黏土砂造型設備的發(fā)展及應用

劉紅，田超強

（沈陽航空航天大學材料科學與工程學院，遼寧沈陽110136）

黏土砂造型設備的發(fā)展及應用

劉紅，田超強

（沈陽航空航天大學材料科學與工程學院，遼寧沈陽110136）

造型是鑄造生產的主要工藝過程，緊實方法的發(fā)展從震擊、震壓、微震壓實發(fā)展到射壓、氣沖、靜壓造型。文中主要介紹了各種黏土砂型造型設備的發(fā)展及應用情況，并結合我國造型設備應用中存在的問題提出造型設備的發(fā)展趨勢。

造型設備；緊實方法；鑄造；發(fā)展趨勢

黏土砂型鑄造具有造型材料成本低及造型生產率高等優(yōu)點，目前鑄件總產量的約70%是用濕黏土砂型工藝所生產。黏土砂造型在過去半個多世紀里一直是主導的造型工藝，在現(xiàn)在和未來的一個較長時期里，仍然占居重要的地位。其造型設備的機械化、自動化程度決定著鑄造生產率的高低，產品質量的優(yōu)劣，以及工人勞動條件的好壞，同時還對運輸設備、澆注設備、落砂機械等的選用起著重要的作用，在一定程度上決定著整個鑄造生產的面貌。本文主要介紹各種造型設備的發(fā)展過程及使用情況[1-3]。

2各種造型設備的發(fā)展及應用情況

2.1震擊、震壓以及微震壓實造型設備

20世紀五、六十年代的造型設備是以震擊、震壓、微震壓實為主的緊實方式。我國震擊、震壓造型機主要有用于小鑄件生產的Z145A型，用于中型鑄件生產的Z145B型，用于大的砂型的Z2310型及其系列產品。微震壓實造型設備主要有采用全氣動控制的ZB148A型半自動頂箱造型機，適用于對機械化、自動化程度要求不太高的鑄造車間，以及四立柱微震壓實造型機。國外微震壓實造型機趨向采用新的震擊機構降低噪聲。如BMD公司的AKPA型微震壓實造型機，采用內震擊機構，將震擊面移入機體內部，震擊緩沖墊改用合成塑料，大大降低了噪聲，據(jù)稱噪聲值可控制在85 dB.

20世紀80年代以后，震擊、震壓、微震壓實緊實方式不再是造型機械設備的主要緊實方式，但仍然有不少企業(yè)應用此類設備進行鑄造生產。2012年對近50家造型設備主要生產企業(yè)的銷售進行了調查。各種造型線的銷售數(shù)據(jù)為573條，其中有41條為由148、146等造型機配起來的流水線，占總銷售數(shù)額的7.2%左右。因此，微震壓實作為鑄型緊實設備仍在使用。目前，我國有10余家造型設備企業(yè)生產震壓式造型機[4，5]。

2.2多觸頭高壓造型機

多觸頭高壓造型機的壓實比壓大于0.7 MPa，由于高的比壓使砂型緊實度增大，型壁強度提高，鑄件尺寸精度較高，鑄件表面粗糙度低，鑄件致密性好。多觸頭高壓造型通常配備氣動微振裝置，以便增加工作適應能力[6，7]。

中商情報網針對多觸頭高壓造型機行業(yè)編寫了《2014年版中國多觸頭高壓造型機項目建議書》，對多觸頭高壓造型機產品行業(yè)市場進行了分析。該報告分析了2007年至2012年多觸頭高壓造型機的市場規(guī)模和增長率情況。可見，國內外多觸頭高壓造型機的銷售數(shù)量逐年增多，由2007年的300多臺增至2012年的約800臺。增長率在前三年每年遞增，到2009年達到最大值，增幅超過25%.隨后增幅下降。即使這樣，在2012年仍有15%左右的增長率[8]。

2.3無箱、脫箱造型機

1）垂直分型無箱射壓造型機

1961年丹麥DISA公司購買了垂直分型無箱射壓造型機專利，研發(fā)了第一臺生產用的造型設備。目前，世界各國共約有超過1 000家鑄造廠采用這種造型方法生產鑄件。1999年以來，DISA公司先后推出了一系列新產品，如DISA230、DISA240、DISA250、DISA280等。

這種造型機的優(yōu)點：（1）生產率高，組線時輔助機構少；（2）鑄型尺寸精度高；（3）便于實現(xiàn)自動化；（4）工作環(huán)境好，無震擊噪音。我國早在上世紀七、八十年代就引進了丹麥DISA公司、西班牙洛拉門迪公司、日本光洋公司等外國企業(yè)的垂直分型造型線，并在此基礎上又發(fā)展了自己的產品，如ZZ415、ZZ416等型號的造型機。之后，我國各生產企業(yè)積極吸收國外先進技術，并結合我國鑄造行業(yè)特點，不斷設計先進機型。目前，國產垂直分型無箱射壓造型機能夠達到生產率高，鑄件尺寸精確，鑄件表面質量高，噪聲小，組線簡單，輔機少以及節(jié)能等突出優(yōu)點。同時采用機、電、氣、液等一體化控制技術實現(xiàn)垂直分型無箱射壓造型自動控制，提高了造型機運行的速度、準確性與可靠性[9]。

2）水平分型脫箱造型機

這種造型機與垂直分型相比下芯和下冷鐵較方便，模板面積利用率高，較易保證鑄件質量；采用雙面模板，壓實時兩面同時受壓，適于復雜鑄型生產。因而這種水平分型脫箱造型的工藝發(fā)展較快。

1964年，美國亨特自動機公司生產的HMP系列水平分型脫箱造型機，采用重力加砂+壓實工藝，是美國主流的水平分型脫箱造型線之一。美國B&P公司采用“頂射+側射+壓實”的水平分型脫箱造型機也得到了迅速的發(fā)展。十年之后歐洲以聯(lián)邦德國BMD公司為代表，推出了Formatic系列水平分型脫箱造型機，其加砂方式為“頂射+底射+高壓壓實”工藝。日本引進歐美技術，并進行改進和創(chuàng)新，生產水平分型脫箱造型設備，并得到了快速發(fā)展。丹麥DISA公司采用“真空吸砂+模板壓實”的新技術研發(fā)了DISA-FORMA3030、DISA-FORMA4040兩種型號的水平分型脫箱造型線，其砂型緊實度分布均勻，型腔表面硬度可達到90以上。之后各國在原有設備的基礎上不斷完善和創(chuàng)新，生產出具有高生產率和可靠性的水平分型脫箱造型設備[10]。

我國從20世紀70年代開始進行水平分型脫箱造型技術研究，80年從日本引進豐和-亨特水平分型脫箱造型線。與此同時，進行各種水平分型脫箱造型機（線）仿制和開發(fā)新產品。XZ42系列水平分型脫箱造型線采用“射砂+模板反壓”緊實工藝，是我國自行研制，并經歷二十多年的改進完善、具有完全自主知識產權的新型水平分型脫箱造型線。采用此設備生產的鑄型分型面及型腔緊實度高且均勻，并逐漸向砂型背面遞減，使得鑄型透氣性好，生產的鑄件尺寸精度高，表面質量好，并減少鑄件產生氣孔的可能性，此設備可生產形狀更為復雜、具有高深吊砂或砂胎的鑄件，應用范圍更廣泛[11]。

2.4氣沖造型機

隨著環(huán)境保護要求的提高，對鑄造廠的噪音加以限制，因此需要尋找低噪聲的型砂緊實工藝。氣壓造型具有噪聲低、耗能少、砂型質量好等優(yōu)點，成為人們研究的重點。

上世紀80年代以來，氣沖造型技術首先由瑞士GF公司和德國BMD公司相繼研發(fā)成功并推向世界鑄造業(yè)。世界上第一條空氣沖擊造型線安裝在西德Guss-und Armaturwerk公司，設計能力為100箱/h.設備優(yōu)點是鑄型緊實度高且均勻，透氣性好，與同規(guī)格的其它設備相比，能源費用節(jié)約10%，且砂型沒有回彈現(xiàn)象，鑄件尺寸精確，重量可減輕5%，勞動條件好。之后，丹麥的DISA公司以及日本的新東工業(yè)公司也在氣沖緊實方面做了大量投入。

我國于1988年從瑞士引進GF自動造型線，生產率為75型/h，主要生產車后橋和底盤鑄件。2008年對該設備進行改造，采用S7-400 PLC主控器替代了原來的S5PLC，系統(tǒng)運行更加安全可靠，造型更精確、合理，鑄件質量提高。除了引進氣沖造型設備以外，我國濟南鑄鍛機械研究所等單位也應用氣沖技術成功開發(fā)了自己的產品，并推向市場[12]。

2.5靜壓造型機

氣沖造型線雖具有設備簡單、緊實速度快等優(yōu)點，但其工藝適應性差，并不適應高吊砂及大平面鑄型生產。因此，1980年代初日本新東公司發(fā)明了靜壓造型機。靜壓造型實質上是壓縮空氣流預緊實+壓頭壓實的造型技術，但由于全部過程無震動、無沖擊、低噪聲，故將其稱為靜壓造型。

靜壓造型機在結構上相對比氣沖造型機要復雜些，但由于它節(jié)省型砂消耗，對型砂無特殊的要求，噪聲低、震動小、拔模斜度小，尺寸精度高，可以減輕鑄件重量等優(yōu)點，使其在汽車、電機等鑄件的造型中得到廣泛的應用。日本新東公司研發(fā)的靜壓造型機有兩種系列產品，一種是APS型有箱靜壓造型機，用來代替日本一直使用的AVS型氣動微震壓實造型機；另一種是FBS-P和FBM-P系列脫箱靜壓造型機。新東公司在2000年推出了一種ACE系列造型機。其優(yōu)點為減少了型砂用量，節(jié)約能源，降低噪音。

德國HWS公司從日本新東公司購買靜壓造型專利，專門生產靜壓造型線。該公司的水平分型氣流預緊實、高壓終緊實的造型系統(tǒng)也有幾百套在世界各國的鑄造廠運行著。德國KW公司在上世紀七十年代也生產高壓造型設備。與HWS公司相比，KW公司生產的高壓造型設備的靜壓閥采用2套，多觸頭沒有采用集成塊，設備一次性投資成本低，維修方便，但外形美觀度差[13]。

90年代初我國引進靜壓造型設備，用以制造發(fā)動機缸體、殼體鑄件以及形狀復雜芯子又多的鑄件。同時，國內也進行靜壓造型工藝與設備的研發(fā)、設計和生產，目前主要有3家公司，分別是濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司、保定維爾鑄造機械股份有限公司和蘇州鑄造機械廠有限公司。這三家公司生產的靜壓造型機采用了液壓比例和伺服技術、電機伺服驅動技術、遠程診斷技術，其使用性能接近國外先進水平。但與國外設備相比，國內靜壓造型設備液壓電氣系統(tǒng)可靠性較差，工藝程序存在不合理現(xiàn)象，加工裝配質量不高，生產率較低。因此，需要繼續(xù)研發(fā)高生產率的靜壓造型機，分析影響可靠性的諸多因素，控制好每一個環(huán)節(jié)，研發(fā)生產高可靠性靜壓造型機[14]。

3造型設備發(fā)展趨勢

目前，我國有100余家造型設備企業(yè)。從整體來講，造型設備生產存在的比較嚴峻問題是缺乏創(chuàng)新性，國產造型設備生產制造技術水平和自動化水平較低，設備的合型精度及其穩(wěn)定性持續(xù)時間、生產率、產品可靠性、設備密封性、定位準確程度等方面較之進口的設備存在差距，高能產品主要應用國外技術。

因此，國內廠商要根據(jù)市場的需求開發(fā)具有自主知識產權的先進造型設備，要充分整合現(xiàn)有資源，并將先進的傳感技術、計算機技術和自動控制技術應用到造型設備及其系統(tǒng)中去，設計研發(fā)智能化水平高端的先進造型設備，使造型設備的生產制造智能化、集約化，從而提高產品的精度、可靠性、穩(wěn)定性。在此基礎上，調整產業(yè)結構，加大生產力度，以進一步提高生產效率和節(jié)能減排為目標，逐漸縮小甚至趕上國外造型設備的發(fā)展。

4結束語

在鑄造生產中黏土濕型砂造型仍將是主要造型生產方法，在造型設備的發(fā)展過程中，研究開發(fā)生產率高、造型精度高、低噪聲低污染的造型設備將是鑄造廠商發(fā)展的重點。

參考獻：

［1］謝明義，閻鵬飛，徐貴寶.淺談鑄造造型設備的選用［J］.機械工業(yè)標準化與質量，2012（5）：45-46.

［2］賈瑛.中小企業(yè)鑄造車間改造中造型設備和造型自動線的選用［J］.鑄造設備研究，2007（4）：5-8.

［3］盧軍.國產砂型和金屬型清潔高效鑄造設備的現(xiàn)狀分析［J］.中國鑄造裝備與技術，2010（3）：13-15.

［4］張伯明.我國鑄造業(yè)發(fā)展中一些問題的探討［J］.鑄造設備與工藝，2012（3）：53-58.

［5］母向東.對降低震擊式造型機噪聲的研究［J］.商品與質量，2015（3）：56-57.

［6］王繼祥，張伯明.2012年造型設備市場的回顧與討論［J］.機械工業(yè)標準化與質量，2013（3）：41-45.

［7］韋清華.KW造型線液壓系統(tǒng)的新特點［J］.中國鑄造裝備與技術，1999（6）：50-50.

［8］中商情報網.2014年版中國多觸頭高壓造型機項目建議書［EB/OL］.http：//www.askci.com/

［9］張少芳，李獻軍，劉志靜.垂直分型無箱射壓造型線過控系統(tǒng)設計［J］.鑄造技術，2015（4）：1032-1033.

［10］白鳳文.水平分型脫箱造型線的應用與垂直分型造型線展望［J］.中國鑄造裝備與技術，2010（3）：54-56.

［11］王孟蘇，陳巧華，王祥生.新型水平分型脫箱造型機的應用［J］.鑄造，2010（1）：46-50.

［12］陳放平，吳清生，陳尚文等.GF氣沖造型線電氣控制系統(tǒng)的技術改造［J］.中國鑄造裝備與技術，2009（2）：48-51.

［13］蔡濟昊.靜壓造型技術的發(fā)展［J］.中國鑄造裝備與技術，1999（5）：7-10.

［14］武明懷，李專政.國內外靜壓造型工藝與設備簡介［J］.中國鑄造裝備與技術，2012（4）：5-10.

Development and Application of Clay Sand Molding Equipment

LIU Hong，TIAN Chao-qiang
（School of Material Science and Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang Liaoning 110136，China）

In casting production，molding is the main process.The compaction method develops from shock，jolt-squeeze，slight shock compacting to shoot squeeze，impulse molding and static pressure molding.Along with the development，the compacting effect is gradually improving.In this paper，the development and application of various clay sand molding equipment is introduced，and combined with the problems of the application in our country，the development trend of molding equipment is presented.

molding equipment，compaction method，casting，development trend

TG231.6

A

1674-6694（2017）02-0004-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.002

2016-12-02

劉紅（1972-），女，遼寧沈陽人，博士，副教授，主要從事材料成型設備及工藝方面的工作。