我國鑄造裝備的創(chuàng)新、智能、綠色發(fā)展之路

劉小龍

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

1 我國鑄造裝備現狀

1.1 企業(yè)數量

我國鑄造裝備生產企業(yè)約有280多家，能夠生產靜壓造型線的只有3～4家[1]，客戶認可的國際知名企業(yè)和品牌少之又少。

1.2 裝備技術

我國鑄造裝備的技術水平和國外相當，比如造型線的生產率，國外單主機120箱/h，國內同樣能夠達到，不同的是進口設備故障率可以達到1%左右，國產設備只能在5%～8%。關鍵設備的關鍵元器件國內外基本都采用同一個品牌。

1.3 裝備質量

我國鑄造裝備質量參差不齊，可以說部分企業(yè)的產品已經接近國際知名品牌的產品質量，但更多的是價廉物不美的產品，比如拋丸機的葉片壽命國外已達1000h以上，而國內多數還在300h左右。由于多方面的因素，某些設備的質量根本無法達到國外裝備的質量水平。

1.4 安全措施

國外裝備從設計開始就對安全性考慮的很多，一方面是設備安全，另一方面是人員安全，關鍵設備設置了液壓、電氣、機械三重保護，同時操作、維修設施非常齊全，而國內裝備迫于價格壓力更多的是能減則減，比如目前國內電氣柜如果不特別指明，帶安全鎖的很少。

1.5 裝備價格

同樣規(guī)格的設備，進口價一般是國產價的3～4倍，由于激烈的市場競爭和不正確的認識，國內鑄造裝備價格基本到了成本價，比如一條普通規(guī)格的單主機國產靜壓造型線，一般價格在1200萬元左右（包含砂箱、小車），相當于一條比較復雜的進口造型線配套的國產小車、砂箱價格，因此，制造質量就很難保證，售后服務更無從談起。

1.6 使用壽命

國產設備的使用壽命一般是進口設備的一半或者更少，曾有一個企業(yè)使用的高壓造型線主機，采用2班工作制，每5年就要更新一次。還有一個企業(yè)，其使用的靜壓造型線不到5年也進行了更換，而進口主機的更換周期至少在10年以上，曾有造型線使用35年了還在運行。

總之，國內鑄造裝備現狀可以用以下四句話概括：

裝備企業(yè)眾多，知名企業(yè)極少；

裝備技術尚可，質量參差不齊；

安全意識不強，措施不夠完善；

價格不盡合理，壽命有待提高。

2 鑄造裝備的創(chuàng)新、智能、綠色現狀

首先看看何謂“智能鑄造”?！爸悄荑T造”是信息化與鑄造生產高度融合的產物，包括智能鑄造技術和智能鑄造系統。智能鑄造技術包括數值模擬、3D打印、機器人、ERP等；智能鑄造系統是具有學習能力的大數據知識庫，能夠通過對環(huán)境信息和自身信息的對比分析而進行自我規(guī)劃、自我改善。

所有智能工廠都是以智能裝備為基礎的，比如西門子、ABB、發(fā)那科、奧迪、奔馳、寶馬、波音、空客等等，絕不是用一個數字化軟件設計的工廠就是智能化工廠。

智能裝備是指具備感知、分析決策、執(zhí)行功能的制造裝備。

現在各種新的技術基本都應用在鑄造裝備上了，比如：位移傳感器、壓力傳感器、光學成像系統、光柵、射線技術、RFID、PLC、伺服、無線控制系統、網絡技術、遠程診斷系統、人臉識別系統等。

筆者認為：我國鑄造裝備的創(chuàng)新，主要體現在物流裝備和環(huán)保裝備上，對鑄造工藝設備的創(chuàng)新不多，主要是改進和完善。下面分工序介紹鑄造裝備創(chuàng)新、智能、綠色情況。

2.1 熔化裝備

目前熔化設備多數采用中頻感應電爐，為了安全和扒渣方便，5t/h以上的電爐很多采用了后傾扒渣形式，爐殼要高出爐臺600～800mm左右，扒渣采用機器人或機械手扒渣。

加配料系統實現自動化，就連合金料的稱量、加入等，也實現自動化[2]。

為了提高球化質量和降低球化劑的加入，開發(fā)了喂絲球化裝置。適合各種澆注機的鐵水自動輸送、處理系統也在廣泛應用。

為了實現多點熔化，集中分析，設置風動送樣裝置。

2.2 造型裝備

目前造型裝備多數都是自動造型生產線，主要有靜壓造型線、垂直造型線、水平脫箱造型線、消失模造型線、V法造型線等，壓鑄以機器人為中心組成壓鑄單元。對于批量小、形狀復雜的鑄型，也逐漸采用3D打印技術進行生產。

為了獲得更好的鑄件表面質量，多數造型線設置了機器人噴涂裝置，對上、下型腔進行噴涂。

輔機方面：扎氣眼逐漸被鉆氣眼代替。吹氣孔、澆冒口自動完成。值得一提的是為了將生產過程中的不良品或試制件及時隔離，個別企業(yè)在水平線、垂直線上設置了不良品隔離裝置。部分設備廠家將機器人應用到造型線上，承擔輔機的功能，還有的將立體倉庫作為造型線的冷卻道。為了適應多品種快換模板，設置有型板快速頂出裝置。

缺乏應用于大批量生產的新的造型方法研究，沒有采用造型線閉式潤滑系統。

2.3 制芯裝備

多數采用制芯中心生產砂芯，生產率可達40～50盒/h，取芯、修芯、組芯、浸涂料、放入托盤等工序全部采用機器人。為了保證砂芯的水分含量較低，不少砂芯立庫設置了恒溫恒濕裝置,并對抽出的氣體進行除味處理。

砂芯烘爐的形式各式各樣，有臥式和立式，能源有燃氣、微波、電等。

2.4 砂處理裝備

混砂機基本采用高效轉子混砂機，個別采用真空混砂機。混砂質量的控制，均采用在線檢測裝置。

關鍵設備和關鍵部位比如斗式提升機的頭尾輪、多角篩的主軸等都設置了軸溫檢測和報警裝置。為了提高混砂質量，應用雙軸增濕攪拌裝置的企業(yè)越來越多。隨著勞動力成本的增加，很多企業(yè)設置了回砂系統監(jiān)控裝置，以減少人員和減輕勞動強度。

真空混砂機目前國內還沒有企業(yè)生產，大型雙盤冷卻器也以進口為主，大型沸騰冷卻床的振動和噪聲問題還沒有解決。

2.5 清理裝備

鑄件清理多數采取高效專用清理設備，組成清理作業(yè)線，實現鑄件不落地清理，一般根據鑄件種類，為鑄件量身定做自動清理單元。

由機器人組成的清理單元越來越多。比如將曲軸切割、平頭兩個工序整合到一次切割的工序，且將2臺切割機、2臺曲軸打磨機、一臺澆冒口沖斷機、輸送皮帶等串聯起來，由一臺機器人完成這些設備之間的鑄件搬運工作[2]。再比如由機器人夾住鑄件到各種動力頭上清理的機器人單元應用到各種場合。

根據鑄件大小自動調節(jié)的伺服控制四面磨削機開始應用。

中小件采用液壓機壓去飛邊、毛刺，并有將多臺設備集成的趨勢，比如將兩臺三工位轉向節(jié)鑄件清理機用機器人聯系起來，形成自動清理單元。鑄件在線檢測廣泛應用。鑄件自動分揀、裝箱技術都在研究應用中，但與鑄件形狀、鑄件運輸速度、鑄件多少等有關，目前某些鑄件仍然無法全部識別。

2.6 物流裝備

2.6.1 AGV大量應用

目前已經有不少鑄造企業(yè)采用AGV輸送砂芯、模具等。

2.6.2 立體倉庫廣泛應用

砂芯立體倉庫：為了平衡制芯和造型生產率的不匹配，在制芯和造型工序中間設置立體倉庫，實現砂芯輸送的自動化，且在整個輸送過程中砂芯不離托盤。個別生產品種較多的企業(yè)，增加砂芯識別系統和智能化管理系統，將制芯到下芯整個工序設置為配送中心。

鑄件立體倉庫：為了解決多品種小批量生產時，鑄件清理設備與造型線產能不匹配的問題，同時提高清理設備的利用率，減少清理設備的臺數，使生產更加精益，很多廠家設置了鑄件立體庫，使各種鑄件的清理設備長期均衡生產。

模具立體倉庫：為了適應小批量多品種的生產需要，很多企業(yè)設置了模具（芯盒）立庫。且更換模具時自動送到造型主機處。

2.6.3 回爐料輸送系統

為了達到回爐料的潔凈度和塊度，開發(fā)了回爐料經過拋丸、破碎、稱量、識別、自動送到爐后相應回爐料料坑的系統。每批料的重量可以通過網絡與企業(yè)MES系統連接。

2.6.4 鑄件自動輸送系統

現在很多鑄造企業(yè)將落砂后的鑄件由鱗板或懸鏈輸送到清理工位，并對鑄件進行識別分類，整個清理車間按照工序將機械設備串聯起來，實現鑄件不落地輸送。

2.6.5 鐵液自動輸送

對于鐵液的輸送，目前有兩種自動輸送形式：一種是將鐵液采用RGV小車空中自動稱重和運輸，并與電爐、球化處理、澆注機等有機連接，減少中間鐵液倒運環(huán)節(jié)，確保鐵液質量。另一種是利用轉運車、輥道等將電爐、稱重、輸送、球化、扒渣、傾倒等工序有機結合的各種地面輸送形式。整個系統可與企業(yè)MES系統連接。

2.6.6 自動送砂系統

對于生產復雜鑄件、砂芯量很多的企業(yè)，一般都采用了將芯砂自動輸送到制芯機上方需要位置，并自動卸料的裝置。

2.7 管理裝備

很多企業(yè)都有“企業(yè)資源計劃（ERP）系統”、有線通信系統、計算機網絡（Intranet）系統、安全防范系統、有線電視系統、門禁系統、抄表系統等。

為實現生產信息化，所有設備都要求配備信息接口，具備數據采集和傳輸功能，并能將信息傳遞到MES系統、ERP系統。

能源管理系統開始應用，并采取計量儀表遠傳監(jiān)測。關鍵設備采用了定期檢修提醒或強制維修的技術。

2.8 環(huán)保裝備

2.8.1 粉塵治理裝備

電爐是一個主要揚塵點，為了有效收集煙氣，目前多數企業(yè)采用龍卷風式吸塵罩，可有效收集煙氣，同時在電爐出鐵液處的上空增加頂吸罩或旋轉式吸塵罩，吸取出鐵時的煙氣，然后經除塵器凈化后排放。

改變沖入法球化工藝，選用喂絲球化工藝，提高球化質量，同時球化過程處于定點密封狀態(tài)（包內包外兩道密封），減少弧光和粉塵的污染，粉塵收集經除塵器處理后達標排放。

對于鐵液輸送路線中煙氣的散發(fā)，也都設置吸煙罩，對煙氣收集處理。

冷卻段的前三分之一煙氣經過除塵器除塵后達標排放。

對于落砂機、清理打磨、砂處理等工序，都設置了密閉的抽風罩和完善的除塵裝置。且將廠區(qū)所有除塵灰發(fā)送到一點，在密閉環(huán)境下卸灰。

2.8.2 廢砂治理裝備

廢砂再生或在線再生廣泛應用。

2.8.3 氣味處理裝備

對熱芯機產生的氣味、三乙胺氣味、砂芯立庫散發(fā)的氣味等進行處理的企業(yè)越來越多?，F場往往是噴淋、活性炭吸附、低溫等離子、光催化、加藥等多種處理方式聯合。采用吸附脫附+蓄熱燃燒工藝的還很少。

2.8.4 噪聲控制裝備

將產生噪聲最大的落砂機布置在冷卻通廊內，減少造型跨噪聲污染，改善操作工工作環(huán)境。如果必須按傳統形式將落砂機布在置造型跨，通常也將落砂機單獨隔離，且四周做吸音處理。

對于除塵的風機，用隔音房隔離，起到降噪的作用。

連續(xù)通過式拋丸機的進出口處，通常也設置隔音裝置，有效吸收拋丸機和振動槽的噪聲。

2.8.5 環(huán)境改善裝備

鑄造車間高溫環(huán)境較多，為了改善工人的勞動環(huán)境，設計時除了考慮自然通風、機械通風外，還考慮了夏季送冷風系統，送風溫度22℃。

將原砂、粘土、煤粉用罐車直接向車間封閉壓送，減少環(huán)境污染；現在多數廠家在廠區(qū)設立了一個或多個粉料庫，大型罐車將物料拉來后直接壓送到料倉里邊，需要時用料倉下邊的壓送裝置直接壓送到用料點。

高負壓吸塵系統廣泛應用于鑄造車間和砂處理工部。

2.9 節(jié)能裝備

2.9.1 余熱退火

改變傳統連續(xù)式退火爐布置形式，落砂后鑄件直接進退火爐，利用鑄件的余熱進行退火。還有廠家把退火爐的排煙余熱引入落砂機除塵系統中，既消除了除塵器布袋結露現象又節(jié)約了能源。

2.9.2 電爐冷卻水余熱

有的工廠利用電爐循環(huán)水出水余熱經熱交換后作為洗澡水熱源，從而起到節(jié)能的效果。

2.9.3 空壓站余熱利用

更多廠家將空壓機的余熱收集起來，經熱交換后，用于加熱供職工洗澡。

通過以上介紹，可以看出我國鑄造裝備的現狀可以如下總結：

各種新的技術，逐漸應用鑄造；

裝備創(chuàng)新不斷，缺乏核心創(chuàng)新；

部分智能裝備，應用效果不錯；

綠色還很遙遠，仍需共同努力。

3 鑄造裝備發(fā)展之路

我國鑄造裝備應該做好“規(guī)、新、?！比齻€字。

3.1 規(guī)

所謂規(guī)就是：規(guī)劃、規(guī)矩、規(guī)模。

規(guī)劃：作為一個鑄造大國，要對鑄造裝備的發(fā)展有一個系統的規(guī)劃。對各種造型方式的裝備生產企業(yè)要有重點的培養(yǎng)幾個國際一流的企業(yè)。

規(guī)矩：鑄造行業(yè)要有一定的規(guī)矩，要避免無序、低水平競爭。要制定相關鑄造裝備的技術、安全、質量等標準，限定不具備條件的產品不能進行銷售，關停一批既沒有人才、也沒有生產設備，只會生產低劣產品的鑄造裝備企業(yè)。在此建議我國鑄造企業(yè)要用客觀、公正的觀點對待我國的鑄造裝備，要對國產鑄造裝備有信心，要給國產鑄造裝備的發(fā)展提高提供機會，在設備招標和談判時，不要價格一壓再壓，條件苛刻再苛刻，請相信“一分價錢一分貨”是千古不變的真理，事實證明“價廉物肯定不美”。同時鑄造裝備生產企業(yè)要講誠信，要提高質量，要公平競爭。

規(guī)模：各鑄造裝備企業(yè)要有一定的規(guī)模，體系健全，專業(yè)人員數量足夠，生產裝備完善。

3.2 新

所謂新就是：新認識、新手段、新模式、新裝備。

新認識：要認識到鑄造在機械工業(yè)中的基礎作用、低端鑄造裝備的危害性以及鑄造裝備的復雜性。

新手段：要利用各種創(chuàng)新手段，以新材料、新技術、新工藝生產新裝備，要多學科結合研發(fā)新的鑄造裝備。

新模式：要設立國家級的鑄造裝備研發(fā)機構，研發(fā)新的綜合性鑄造裝備；要改變過去的跟隨模式，進行原創(chuàng)性的研究；要有鼓勵創(chuàng)新和推廣新裝備的相關政策。

新裝備：現代鑄造已經發(fā)展到去核心化設備時代，即沒有關鍵設備和非關鍵設備之分，隨著人們對美好生活的向往，鑄造廠的工藝投資占比越來越小，代之以信息化、智能化、節(jié)能、安全、環(huán)保等投資比例越來越大，因此，要加強各種非鑄造工藝裝備的研發(fā)和投入。

3.3 專

所謂專就是：專業(yè)人才、專有技術、專業(yè)生產。

專業(yè)人才：鑄造是一個復雜的生產工藝，涉及多門學科，需要各種專業(yè)人才，但目前缺乏專業(yè)的鑄造人才，更可怕的是人才培養(yǎng)體系還很不健全，因此，要多渠道培養(yǎng)人才。要建立各種專業(yè)的人才庫和專門研發(fā)機構，讓專業(yè)的人干專業(yè)的事。

專有技術：國家層面我們應該有自己的鑄造專有技術，要研發(fā)制約行業(yè)發(fā)展的關鍵鑄造裝備，要制定創(chuàng)新裝備的入市鼓勵政策；要鼓勵科技人員進行技術創(chuàng)新，對使用別人專有技術的企業(yè)要進行有效監(jiān)督，確保專有技術人員的利益不受侵犯。

專業(yè)生產：要劃定每類鑄造裝備生產企業(yè)的數量，控制其經營范圍，要樹立典型鑄造裝備生產企業(yè)，對每種專業(yè)設備生產企業(yè)，進行動態(tài)分級管理，力爭打造一批鑄造裝備企業(yè)的單項冠軍和“百年老店”，使我國鑄造裝備的地位和鑄件產量相匹配，為我國高質量發(fā)展，提供鑄造力量。