面對全球信息、技術(shù)空前高速發(fā)展,機(jī)械制造業(yè)尤其是裝備制造業(yè)的現(xiàn)代化水平高速提升,中國(這里只講大陸的情況,不包括臺灣和港澳地區(qū))鑄造業(yè)當(dāng)清醒認(rèn)識自己的歷史重任和與發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)實(shí)差距,大膽利用人類文明的最新成果,認(rèn)清“只有實(shí)現(xiàn)高新技術(shù)化才能跟上時(shí)代步伐”的道理,機(jī)智地把握現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢,理智地采用先進(jìn)適用技術(shù),明智地實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,立足現(xiàn)實(shí)又高瞻遠(yuǎn)矚,以振興和發(fā)展中國鑄造業(yè)的累累碩果來奠定中國現(xiàn)代工業(yè)文明進(jìn)程的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
1.發(fā)達(dá)國家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng),如在歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化、智能化(計(jì)算機(jī)控制、機(jī)器人操作)。
鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機(jī)測控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐,普遍使用鑄造焦,沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉,采用氮?dú)膺B續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達(dá)0.01%以下;熔煉合金鋼精煉多用AOD、VOD等設(shè)備,使鋼液中H、O、N達(dá)到幾個或幾十個10-6的水平。
在重要鑄件生產(chǎn)中,對材質(zhì)要求高,如球墨鑄鐵要求P≯0.04%、S≯0.02%,鑄鋼要求P、S均≯0.025%,采用熱分析技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確控制C、Si含量,用直讀光譜儀2~3分鐘分析出十幾個元素含量且精度高,C、S分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的C、S含量得以準(zhǔn)確控制,采用先進(jìn)的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。
普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù),過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷A級合格率提高13個百分點(diǎn),鋁鎂合金經(jīng)過濾,抗拉強(qiáng)度提高50%、伸長率提高100%以上。
廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù),使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染,實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動化控制。
鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用,如汽車驅(qū)動桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作,并已在高級賽車上應(yīng)用;在汽車向輕量化發(fā)展的進(jìn)程中,用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。
采用熱風(fēng)沖天爐、兩排大間距沖天爐和富氧送風(fēng),電爐采用爐料預(yù)熱、降低熔化溫度、提高爐子運(yùn)轉(zhuǎn)率、減少爐蓋開啟時(shí)間,加強(qiáng)保溫和實(shí)行微機(jī)控制優(yōu)化熔煉工藝。在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中廣泛采用小冒口和無冒口鑄造。鑄鋼件采用保溫冒口、保溫補(bǔ)貼,工藝出品率由60%提高到80%?紤]人工成本高和生產(chǎn)條件差等因素而大量使用機(jī)器人。由于環(huán)保法制嚴(yán)格(電爐排塵有9國規(guī)定100-250mg/m3、沖天爐排塵,11國規(guī)定100-1000mg/m3,或0.25-1.5kg/t鐵液;砂處理排塵,8國規(guī)定100-250mg/m3。),鑄造廠都重視環(huán)保技術(shù)。
在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中,大多采用微機(jī)控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機(jī)械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝。
砂處理采用高效連續(xù)混砂機(jī)、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。
用自動化壓鑄機(jī)生產(chǎn)鑄鋁缸體、缸蓋;已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線。用差壓鑄造生產(chǎn)特種鑄鋼件。所生產(chǎn)的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量95%以上,球鐵管占球鐵年產(chǎn)量30%-50%。
成功地采用EPC技術(shù)大批量生產(chǎn)汽車4缸缸體、缸蓋等復(fù)雜鑄件,生產(chǎn)率達(dá)180型/小時(shí)。在工藝設(shè)計(jì)、模具加工中,采用CAD/CAM/RPM技術(shù);在鑄造機(jī)械的專業(yè)化、成套化制備中,開始采用CIMS技術(shù)。
鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),鑄件廢品率僅2%-5%;標(biāo)準(zhǔn)更新快(標(biāo)齡4-5年);普遍進(jìn)行ISO9000、ISO14000等認(rèn)證。
重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),紛紛建立自己的主頁、站點(diǎn)。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。
2.我國鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
總體上,我國鑄造領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究并不落后,很多研究成果居國際先進(jìn)水平,但轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的少。國內(nèi)鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平高的僅限于少數(shù)骨干企業(yè),行業(yè)整體技術(shù)水平落后,鑄件質(zhì)量低,材料、能源消耗高,經(jīng)濟(jì)效益差,勞動條件惡劣,污染嚴(yán)重。具體表現(xiàn)在,模樣仍以手工或簡單機(jī)械進(jìn)行模具加工;鑄造原輔材料生產(chǎn)供應(yīng)的社會化、專業(yè)化、商品化差距大,在品種質(zhì)量等方面遠(yuǎn)不能滿足新工藝新技術(shù)發(fā)展的需要;鑄造合金材料的生產(chǎn)水平、質(zhì)量低;生產(chǎn)管理落后;工藝設(shè)計(jì)多憑個人經(jīng)驗(yàn),計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用少;鑄造技術(shù)裝備等基礎(chǔ)條件差;生產(chǎn)過程手工操作比例高,現(xiàn)場工人技術(shù)素質(zhì)低;僅少數(shù)大型汽車、內(nèi)燃機(jī)集團(tuán)鑄造廠采用先進(jìn)的造型制芯工藝,大多鑄造企業(yè)仍用震壓造型機(jī)甚至手工造型,制芯以桐油、合脂和粘土等粘結(jié)劑砂為主。大多熔模鑄造廠以水玻璃制殼為主;低壓鑄造只能生產(chǎn)非鐵或鑄鐵中小件,不能生產(chǎn)鑄鋼件;用EPC技術(shù)穩(wěn)定投入生產(chǎn)的僅限于排氣管、殼體等鑄件,生產(chǎn)率在30型/小時(shí)以下,鑄件尺寸精度和表面粗糙度水平低;雖然建成了較完整的鑄造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系,但多數(shù)企業(yè)被動執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多低于GB(國標(biāo))和ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)),有的企業(yè)廢品率高達(dá)30%;質(zhì)量和市場意識不強(qiáng),僅少數(shù)專業(yè)化鑄造企業(yè)通過了ISO9000認(rèn)證。結(jié)合鑄造企業(yè)特點(diǎn)的質(zhì)量管理研究十分薄弱。
近年開發(fā)推廣了一些先進(jìn)熔煉設(shè)備,提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量,如外熱式熱風(fēng)沖天爐開始應(yīng)用,但為數(shù)少,使用鑄造焦的僅占1%。一些鑄造非鐵合金廠仍使用燃油、焦炭坩堝爐等落后熔煉技術(shù)。沖天爐-電爐雙聯(lián)工藝僅在少數(shù)批量生產(chǎn)的流水線上得以應(yīng)用。少數(shù)大、中型電弧爐采用超高功率(600-700kVA/t)技術(shù)。