發布日期：2022-04-27 點擊率：49
鑄造是機械工業重要的基礎工藝。中國鑄行業經過幾十年的建設和發展，已具相當規模與水平。已形成一個具有二萬余廠點、從業人員逾百萬、年產鑄件過千萬噸的大行業。處于世紀之交的中國鑄造行業必須充分了解并分析周邊環境的各種變革對自身產生的直接及潛在影響，并采取恰當的對策，才能順利得到發展。本文試圖就嘴提出自己的一得之見，意在拋磚引玉，引起國內同行的重視和思考。
一、宏、微觀環境對鑄造行業與技術的影響
1.國民經濟宏觀環境及發展戰略對鑄造行業及技術的影響
我國于1995年9月通過的“九五計劃和2010年遠景規則”中，正式將機械、 電子、汽車、石油化工及建筑作為國民經濟的支柱產業。根據規劃，到2000年，我國汽車產量將由1995年的150萬輛增至250～300萬輛，到2010年，將達到600萬輛。一輛整車約有10.5％的零件是鑄鐵件，6.4％鋁鑄件，這些鑄件不僅數量大， 而且質量要求高，有些是現有水平達不到的。汽車產量的翻番將為汽車鑄件生產及汽車鑄件的成套鑄造設備生產同時提供機遇。此外，在振興計劃中重點發展的機械產品，諸如以發電設備為代表的重大技術裝備、以數控機床為代表的整機、以液壓件為代表的基礎以及建筑及建材業大發展對鑄管、暖氣片、磨球、襯板及水暖配件等的需求，均對鑄件的品種、質量、性能及數量提出了新的要求。以球鐵離心鑄管為例，權威部門預測，2000年時年需求量將達120萬噸。
先進制造技術的發展對鑄造行業與技術的影響有及帶動不同學科之間的交叉，滲透及融合，高新技術對傳統技術的不斷影響，是當代科學重要的發展趨勢。在這種趨勢的推動及市場需求變化的牽引下，在制造業形成了先進制造技術(AMT,Advanced Manufacturing Technology)， 先進制造技術的產生與發展是當代機械制造業最重要的技術進展，它必然對機械制造主要方法之一的鑄造行業產生巨大作用和影響。其中對鑄造行業產生重大影響的有：
⑴虛擬制造技術─鑄造工藝模擬及優化虛擬制造技術是隨著計算機擬實技術出現而發展的一種先進制造技術。它是一種在計算機擬實環境下實現的制造技術，它強調在實際投入原材料于產品實現過程之前，完成產品設計與制造過程的全面模擬仿真，以優化實際制造工藝。它將把傳統把傳統的工藝設計由經驗估計變成模樣計算，由定性變成定量。鑄造工藝模擬及優化是進展較快的內容，凝固溫度場模擬及縮孔、縮松的預測已經成熟：現正由宏觀模擬走向預測組織及性能的微觀模擬階段。鑄造工藝模擬主要有三種方法：數值模擬、物理模擬和專家系統，其中數值模擬是最主要的方法。它通過建立鑄造過程的數值理想模型及對數理方程的簡化求解，動態顯示鑄造過程并預測其結果，從而實現對鑄造工藝的優化設計。
⑵精密成形技術─精確鑄造成形 金屬材料的熱加工是將原材料制成我們所需要的零件毛坯的重要方法。當代一個重要的發展趨勢是，隨著精密成形技術的發展，毛坯的成形精度不斷提高。正從近精確成形(Near Net Shape Process)向精確成形(Net Shape Process)方向發展。到目前為止，獲得精確鑄件的途徑有以下四種：①特種鑄造技術，包括壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造、真空吸鑄、擠壓鑄造及半固態鑄造等，以剛型取代砂型，非重力澆注取代重力澆注。使鑄件尺寸精確，表面光潔，內部致密。適用于有色金屬中小件鑄造。②自硬砂精確砂型鑄造，主要有改性水玻璃砂和合成樹脂砂，適用于生產大中型近精確鑄件。近年來采用冷芯盒樹脂砂發展起來的“精確砂芯組芯造型“技術，可以生產壁厚僅有2.5mm的缸體、缸蓋，排氣岐管等復雜的鑄件。 ③高緊實度半剛性砂型鑄造，主要有高壓、射壓、氣壓和靜壓等造型方法。鑄型雖然不烘干，但由于緊實度大大提高了，所以鑄件表面質量(精度、表面粗糙度)也可提高2～3級，適用于大批量鑄件的生產。④采用“強迫鑄型”生產鑄件，所謂強迫鑄型是通過一定措施，避免起模及刷涂料時引起的鑄型精度及表面質量下降，使其完全等同于模樣的水平。主要方法有實型鑄造、轉移法鑄造等。
⑶ 清潔生產(綠色制造)技術──清潔鑄造技術 日趨嚴格的環境與資源的約束，使以清潔生產為特征的綠色制造技術越來越重要，它將成為21世紀制造業的重要特征。鑄造行業要在下個世紀行到持續發展，必須從“源削減”做起，徹底改變耗能耗材、嚴重污染環境的落后狀況，積極發展清潔鑄造生產。清潔鑄造技術的主要內容有：一是采用潔凈的能源，如以鑄造焦代替冶金焦，以電熔化代替沖天爐熔化；二是采用無砂少砂鑄造(如壓鑄、金屬型、金屬型覆砂等)；三是采用高潰散性型砂工藝(如樹脂砂、酯感化水玻璃砂)；四是開發并推廣多種廢棄物(舊砂、 廢渣等)的再生和綜合利用技術；五是研究采用潔凈無毒的工藝材料(如鋁合金無毒精煉劑、無毒無味粘結劑及煤粉代替物等)；六是研制、 開發低噪聲的鑄造設備及在惡劣條件下工作的鑄造機器人。
⑷ 快速制造技術──快速原型技術在鑄造中的應用 隨著全球市場一體化的形成，產品的開發日嗌 成為競爭的主要矛盾，快速制造技術將成為下個世紀的開發重點。快速制造技術包括：基于三維曲面設計的快速設計、快速三坐標測量、快速原型制造、快速零件制造等技術和并行工程方法。其中快速原型技術將對鑄造行業產生較大的影響。快速原型技術是由CAD模樣直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維實體的技術總稱。它采用離散／堆積成形的原理，其過程是：先由三維CAD軟件設計出所需要零件的計算機三維曲面或實體模樣(亦稱電子模樣)，然后根據工藝要求，將其按一定厚度進行分層，把原來的本維電子模樣變成二維平面信息(截面信息 )即離散的過程；再將分層后的數據進行一定的處理，加入加工參數， 產生數據代碼：在微機控制下，數據系統以平面加工方式有序地連續加工了每個薄層并使它們自動粘接而成形，這就是材料堆積的過程。快速原型技術將在國民經濟各部門獲得廣泛的應用，快速產品開發及快速模具制造將是它的兩個主要方向。直接應用快速原型技術或是經過一次或多次轉換制得的模樣將為快速鑄造技術提供極好的條件。
⑸ 計算機集成制造系統──鑄造過程自動檢測與控制 近二、三十年來，微電子、計算機、自動化技術與制造工藝及設備相結合，形成了從單機到系統、從剛性到柔性，從簡單到復雜等不同檔次的多種自動化加工技術，使傳統工藝面貌產生顯著、本質的變化。這種變化也帶動了鑄造工藝及裝備的技術進步，產生了一些具有劃時代的新技術。主要有：①應用集成電路(取代分立元件)、可編程控制器( 取代繼電器)、微機等新型控制裝置實現鑄造設備及生產線的自動控制。 ②與新型傳感、理化檢驗、無損檢測等技術相結合，實時測量監控鑄造過程的溫度、壓力、形狀、尺寸、應力、位移、速度、成分及組織等參數，實現在線檢測技術的電子化、數顯化、計算機化及工藝參數的閉環控制，進而實現自適應控制。主要功能有：型砂性能及砂處理過程的自動化檢測與監控：沖天爐熔煉的配料及關風制度的檢測與控制；金屬液質量的爐前快速檢測及分析；鑄型性能及造型線主輔機工作狀態的自動檢測及監控；鑄件成品質量的自動檢測及分選等。鑄造過程的自動檢測與控制是鑄造柔性單元及CIMS的基礎。③鑄造柔性單元及CIMS，目前已開發出壓鑄柔性加工單元(FMC)，它可在規定的范圍內預先確定其工藝方案， 實現生產多種零件的控制過程，其核心技術是快速更換模具或模板。
⑹ 新型材料成形與加工技術──金屬基復合材料的鑄造技術 以鋼鐵為代表的金屬材料目前仍是機械工程材料的主體，但是大量的新型結構材料已開始登上機械制造的舞臺，并得到越來越廣泛的技術的產生，這些新材料主要有：超硬材料、超塑材料、高分子材料、復合材料、工程陶瓷、非晶微晶合金及功能材料等。在這些材料中，與鑄技術關系密切、有可能用鑄造方法形成產業化生產的主要是陶瓷顆粒增強型金屬基復合材料(MMCs)。在金屬基體中加入陶瓷顆粒增強相，可以顯著提高材料的強度、彈性模量、硬度、耐磨性和高溫性能等。目前研究應用的熱點集中在鎂基和鋁基合金，增強顆粒主要有AI2O3、SiC等，制備工藝主要有鑄造法和粉末冶金法。根據工藝溫度可分為三類：液相工藝、固相工藝和兩相工藝。屬于鑄造法的主要有：攪拌鑄造法、熔體浸滲法、流變法、噴射沉積法、氣化模法、離心鑄造法和原位反應鑄造法等。目前顆粒增強金屬基復合材料還處于研究開發階段，將來可在航天、航空及汽車工業得到應用。
⑺ 近無缺陷成形與加工──金屬熔體的純凈化、致密化技術及鑄件安全可靠性評估技術 毛坯和零件成形加工質量高低的一個重要指標是缺陷的多少、大小和危害程度。由開熱加工過程十分復雜，外熱加工界提出了“近無缺陷成形與加工”的概念。這個“缺陷”是指不致引起早期的臨界缺陷概念，而不是絕對的零缺陷。對于鑄造技術百言，實現近無缺陷要抓好兩項技術的開發及應用：一是金屬熔體的純凈化、致密化技術，這是提高鑄件內在質量，從根本上杜絕夾渣、氣孔、偏析和組織與性能不合要求等缺陷的基礎。主要方法有真空熔化澆注、爐外精煉、強化孕育變質、采用定向結晶、快速凝固、熱等靜壓及電磁攪拌等新型凝固技術；二是鑄件的無損檢測及安全可靠性評估。根據鑄件的服役條件及載荷類型、大小，科學界定鑄件的臨界缺陷的具體量值，結合無損檢測及工藝模擬優化技術，預測不同工藝條件下鑄件或能產生的缺陷量值，建立鑄件安全可靠性評估系統。
⑻ 先進制造生產模式──先進制造技術在鑄造生產中的應用 先進制造技術系統是一個由技術、人和組織構成的集成體系，三者有效集成才能取得滿意的效果。先進制造生產模式主要有柔性生產、準時生產、精益生產、敏捷制造、并行工程和分散網絡化制造等。并行工程要求產品開發人員在設計一開始就考慮至在產品整個周期中從概念形成到報廢處理的所有因素，以便及時發現制造、裝配、市場和產品維修等各個環節的設計錯誤，避免到了后期由于修改設計方案或返工而造成的大量損失，同時也縮短了產品開發周期。這就要求鑄造工藝設計人員不僅要參與產品設計開發(上游工作)，還要考慮整個鑄件生產的多個環節以及后續的加工及裝配( 下游工作)，才能取得滿意的結果。
二、全球經貿一體化趨勢對鑄造行業的影響
當代世界經貿的一個十分重要的態勢就是全球經貿一體化趨勢的加速。ISO等國際組織為了適應全球經貿一體化的趨勢，規范激烈的市場競爭，也在加緊制定并推行質量、安全和環保等第三方認證制度，這些都將對鑄造行業產生巨大的影響。這些已經實施或即將出臺的認證制度與鑄造企業的生存與發展、鑄造產品的開發與銷售密切相關，必須引起我們的高度重視。這些認證制度主要有以下幾種。
⑴ 風糜全球的ISO9000質量體系認證制度為規范各國質量艚和保證行為并使之有序化，ISO于1987年發布并于1994年重新修訂，形成了ISO9000《質量管理和質量保證》系列標準，并在全球大力推行以此系列標準為依據的認證制度，取得認證書已成為企業走向國際市場的通行證。
⑵ 方興未艾的產品安全認證制度ISO成立了ISO／TC199機械安全標委全， 加速機械安全標準的制定，并于1996年成立了中國機械安全誰中心，目前已在制冷、木工機床、機械壓力機、風機及起重機械等產品中試行。由于鑄造機械服役條件惡劣，對操作者存在火焰、高溫、機械、沖擊、振動、電氣、噪聲和有害材料及物質等多種危險因素，因而要密切關注這方面的動態，必須在標準、技術和認證等方面作好準備。
⑶ 已啟動實施的環境認證制度 為了解決全球范圍內的環境問題， ISO于 1993年6月正式成立了TC207“環境管理技術委員會”。TC207的任務就的采用與質量管理體系同樣的原則，通過制訂和實施一套環境管理標準，規范企業和社會團體等所有組織的環境行為。其主要依據是ISO14000。前不久，在匈牙利召開的第63屆國際鑄造會議上已評出十家環保獲獎企業。我國國務院于1994年3月通過了《中國 21世紀方程》，也已將開展清潔生產列為中國可持續發展的重大行動。
⑷ 積蓄待發的“職業安全與衛生”認證制度隨著社會發展，重視人身安全衛生的該類標準及認證制度遲早會有一天要實施，鑄造行業亦應及早在思想及措施上作好準備。
三、現代生產模式的產生對鑄造行業的影響
現代生產模式的產生及發展不僅直接影響制造業的生產工藝過程，而且對未來的企業組織結構也將產生很大的影響，對鑄造廠與主機廠的關系也將產生直接或潛在的影響。企業組織結構將從金字塔式的多層分工模式向分布式網絡化的扁平模式轉化，機械制造業的全球化、網絡化、虛擬化已成為重要的發展趨勢。零部件制造業發展迅速，“中聲產業”正在崛起( 所謂中場產業是批處于最終裝配工業和基礎材料工業之間的產業)。鑄造行業是機械制造全過程中不可缺少的重要環節， 亦屬中場產業。面對上述變化，亦應采取必要的對策。
根據上述分析，結合我國鑄造行業的實際情況，建議處于世紀之交的中國鑄造行業重點作好如下工作。
1.打好鑄造行業的組織結構優化戰役，爭取形成一批鑄造專業化生產“小型巨人“
我國鑄件年產量已達到1200萬t，位居世界第二，但點多批量小為世界之最。 生產廠點多達2萬多家，平均每個廠年產只有500多t， 只相當于工業發達國家平均水平的1／8～1／9；專業化程度只有30％(工業化國家已達80％～90％)，在專業化鑄造廠中，有不少也是“大而全，小而全”的全能鑄造廠，鑄造方法多樣，技術裝備落后，什么鑄件都干，沒有專業特色、產品特色和經濟規模，沒有真正發揮專業優勢。因此鑄造行業組織結構優化的任務十分艱巨，要全力打好自身的組織結構優化戰役，通過行政、政策、技術、市場、法律及經濟等手段進行改組、改制，實現如下三個目標。
⑴ 鑄件質量要上去，生產廠點要下來 在確保質量的基礎上根據需求穩步增加產量，而生產廠點數一定要下來。要通過各級政府統籌規劃、政策導向、法規制約、市場優勝劣汰等手段，把現有的鑄造廠點的數量減下來。其中，隨著主機廠的聯合而伴生的鑄造車間聯合及大型鑄造廠兼并小型鑄造廠是兩種主要形式。中小鑄造廠在這場調整中能否找至自已的位置，關鍵是技術及管理水平，以及是否有特色。
⑵ 走專業化規模經營之路，并形成一批鑄造專業生產“小型巨人” 鑄造行業要在市場競爭中求得生存與發展，必須走專業化規模經營之路。專業化生產的標志，一是看是否采用先進適用的工藝和設備；二是看是否具有合理的經濟規模，是否批量大、效率高及耗能低；三是看鑄件是否有特色，有無穩定的主機廠和市場；四是看是否有一批有技術專長的職工隊伍和管理經驗。要在實現專業化生產的企業中培育一批技術水平高、產量大、質量好的小型巨人，成為100家巨人企業的鑄件可靠供應基地和實現“兩頭在內，中間在外”的中間環節。
⑶ 大力推進鑄件毛坯商品化工作，擴大出口根據國外用戶要求，搞好摶坯深加工，發展成高附加值的“中場產業”。根據用戶要求，鑄件的專業化生產，可采取多種形式。既可以專業化生產鑄件，也可以向濃度加工延伸，發展成成品零件的專業化生產。形成一批滿足國內外用戶需要的鑄件生產供應商，不僅提高鑄件出口的數量，也要提高出口鑄件的技術含量和檔次。同時要盡可能加入有關的高貿信息網絡，在網絡中尋求合作伙伴及用戶。另外，有條件的企業要進行現代生產模式的試點。實現鑄造精益生產，進而通過分散網絡化系統，實現與主機廠及用戶的異地設計、異地制造。
2.打好鑄件質量翻身戰役，開展創名牌鑄件、明星鑄造企業活動⑴
大力普及優質、高效、低耗的清潔鑄造工藝及設備 通過技改與技術革新，全行業大力普及工業發達國家早在60年代即已普及的優質高效低耗鑄造工藝，改變鑄造行業的技術構成。重點是提高六個比例：在熔煉方法中，提高鑄造焦化鐵、熱風沖天爐及雙聯的比例；在鑄鋼熔煉中，提高鈉液精煉的比例；在機械化造型方法中，提高氣沖、高壓、擠壓和靜壓等高緊實率造型的比例；在干型及型芯制造過程中，同樹脂砂及酯硬化、VRH法水玻璃砂的比例；在鑄鐵件生產中， 提高球墨鑄鐵、高強度灰鑄鐵件的比例；在有色鑄造中，提高壓鑄、低壓及金屬型鑄造的比例。
⑵ 建立適應鑄造行業特點的質量體系， 力爭更多企業通過認證 貫徹實施 ISO9000標準，是企業保證鑄件質量穩定的重要管理措施， 也是企業建立質量信譽、取行主機廠及用戶信任和走向國外市場的重要途徑。鑄造生產由于工序繁雜，原材料眾多，工藝因素多變，貫徹ISO9000標準更顯重要。 已經開展“工藝突破口”工作并已取得成效的鑄造企業，要在鞏固已有成績的基礎上建立健全質量保證體系，并爭取通過認證。
3.打好鑄造行業開發能力提高戰役，提高快速響應市場的能力， 全面提高鑄造技術水平開發能力
提高戰役的目標旨在通過建立企業技術開中心，提高企業自主開發新產品的能力，特別是著重提高快速響應市場的能力及設計制造水平。結合鑄造行業情況，建議重點抓好以下三方面的研究工作。
⑴ 開發并普及快速模具制造及快速鑄造技術，提高快速響應市場的能力，迸而實現異地設計、鑄造 各種鑄模具(模樣、金屬型、模板、芯盒)是鑄造生產重要的工藝裝備，它的設計、加工、制造速度是整個鑄造生產過程的瓶頸。快速模具制造技術包括如下不同層次的技術內容：
①不同檔次的鑄造工藝及模具CAD／CAM技術 a.鑄造工藝模擬仿真技術：就用計算機模擬鑄件的充型、凝固、冷卻過程，預測鑄件可能產生的缺陷及位置，比較不同工藝條件的鑄件質量，是快速優化及位置，比 同工藝條件的鑄件質量，是快速優化鑄造工藝的基礎技術。b.鑄造工藝CAD技術：可以采用低檔的、 建立在經驗基礎上的工藝CAD，代替人工進行工藝設計，繪制鑄造工藝圖； 也可采用建立在計算機模擬仿真技術基礎上的高檔工藝CAD。c.鑄造工藝及模具的CAD／CAM或CAD ／ CAE／CAM一體化技術：具有接受鑄件圖樣(計算機文件方式接受)、工藝分析及報價、模擬鑄造過程、優化工藝參數及鑄型和模具設計，并將完成的模具設計信息傳送到數控機床，直接加工出鑄造模具等系統功能。
②快速原型制造技術 快速原型技術(RPM,Rapid Prototyping Manufacture) 是90年代發展起來的一種CAD／CAM一體化技術。至今已發展有十金種方法，其中較為成熟的有五種方法，即立體印刷技術(SLA)、分層實體制造技術(LOM)、選擇性激光燒結技術(SLS)、熔化沉積制造技術(FDM)和三維印刷技術(3D-P)。RPM技術在鑄造生產中有如下三種應用方式：a.原型模樣直接澆注鑄件：與熔模、消失模鑄造結合起來，形成快速鑄造技術，用于時間要求十分緊迫的開關復雜的單件。b.用原型翻制母模后再澆注鑄件，用于鑄件有一定批量時。c.利用原型模樣制造模具，可用于鑄件大批量生產。具體實施方法有：LOM法、FDM法制得的模樣外表噴涂一層高硬度樹脂或合金；用SLS法直接制得金屬模具原型等。
③應用高速模具加工檢測設備(加工中心、三坐標測量機等)，縮拓模具制造周期。
⑵加快用高新技術改造傳統鑄造技術的步伐，徹底改變鑄造技術的落后面貌 在鑄造工藝方面：正由溫度場、流場及應力場等宏觀模擬走向組織性能的微觀模擬；由單項模擬走向充型、凝固及冷卻模擬的集成；由砂型鑄造走向特幫造；由提高質量走向提高速度，并最終實現在并行工程環境下鑄造工藝模擬與產品CAD／CAM的集成，形成鑄造虛擬成形技術。 在鑄造機械化、 自動化方面：由鑄造設備單機的 PLC、工業控制機的自動控制，到通過網絡系統控制形成聯線技術，并與機器人、 物流、自動檢測及MIS技術結合起來，形成鑄造生產不同檔次的FMS、CIM技術。 在鑄造合金方面：研究高比強度全金及金屬基復合材料的材料配制及鑄造成形工藝，并擴大應用。
⑶攻克一批鑄造關鍵技術，滿足支柱產業對先進鑄造技術的需要 建議重點抓好以下三方面的技術：
①高效的精密鑄件成形工藝及設備 針對30萬輛轎車鑄造毛坯精化及大批量生產的需求，開發140～160型／h的氣沖造型線，全自動冷芯盒造芯設備，200t／h大型砂處理設備等黑色金屬缸體砂型鑄造成套工藝裝備；缸蓋、排氣管金屬型鑄造，轉向臂金屬球鐵，變速箱體鋁合金壓鑄及輪轂鋁鑄件低壓做造等特種鑄造成套工藝和設備。
②大型合金鋼鑄件成套工藝 針對三峽工和水輪機轉輪( 外么達10m, 重量近 500t)毛坯鑄造，開發轉輪用鋼、上下冠葉片及導葉的電渣熔鑄工藝。
③大口徑離心球鐵鑄管成套技術 解決冷模法(1m以下)、熱模法(1m以上)工藝及其形簡制造工藝，以滿足建筑業及水利工程發展的需要。
四、發展綠色鑄造技術，重視環境保護和人身安全，迎接ISO14000認證及安全認證，取得參與市場競爭權鑄造行業作為資源消耗大戶，是環境及人身安全危險的多發行業，必須重視發展綠色鑄造技術(清潔生產技術)，重視并主動申請環境及安全認證。這不僅體現了鑄造行業對社會的貢獻，而且也涉及鑄造行業自身的生存與發展。因為隨著認證制度的推開，其產品能否在市場流通的大問題。具體就抓好以下三方面的工作。
⑴ 樹立清潔生產意識，大力發展綠色鑄造技術 建議重點開發無毒精煉和變質劑技術；沖天爐廢氣利用及除塵技術；無粉塵鑄造技術；型砂再生技術；無毒、無味粘結劑及白色鑄造輔料；新型落砂清理設備及鑄造用機器人應用技術等。
⑵ 認真學習貫徹ISO14000系列標準。開展各類人員的培訓，有條件的鑄造企業(特別是采用無砂精密鑄造的專業化廠)積極爭取通過認證，為提高效率，減輕企業負擔，可以采取申請ISO9000和ISO14000的聯合認證方式。
⑶ 在鑄造機械設計、制造中，認真貫徹已制定的機械安全標準，特別要認真貫徹《機械安全──基本概念與設計通則》標準。在設計階段考慮安全因素、并重視國際、歐洲及我國有在機械安全法規、標準的規定，在商貿中予以貫徹實施。
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