铸造工厂如何才能具有先进技术水平

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Vulcan和MaclerVulcan Engineering, Mount, Peter E, Macler Assoc 等三公司，对高科技铸造工厂应是什么样的状态有新考虑，对制芯、造型、熔化、浇注以及清理精整等工序都有设想，现摘要加以介绍。
一．制芯
- K- L; _1 ]1 K0 C" b2 FVulcan和Macler Assoc公司认为，现在的制芯工艺中，铸造选用的主要有冷芯盒和壳芯两种方法。制芯的研究和开发工作大半都在冷芯盒法方面重点在硬快而且价格便宜的粘结剂和制芯机的开发，还有制造优质芯子的工艺方法。这里所说的冷芯盒法是采用胺、SO2、甲酸甲酯的吹气硬化法。与壳型法相比，一般认为冷芯盒法硬化快成本低，但Macler Assoc公司认为应从制芯机和原料的价格、模具成本、作业费用成本、环保费用、产生废弃物的处理费用以及砂再生性等多方面进行比较研讨。特别是对下述各点应更加关注。
1．应考虑芯子的尺寸、形状以及是否中空等方面，对成本进行比较后，才能最终选择。尤其是壳芯法，实心或中空对制芯时间和用砂量有大的影响。
9 e+ i0 a9 P* t# M8 _2．制芯法不同，芯盒也不同。任何冷芯盒法都不加热，而壳型法则要加热。因而芯盒的材料费用比壳型法要便宜（例如用木质、塑料、铝、铸铁等都可使用），壳型法必须采用能在425℃制芯盒。
+ F. \7 Q- X" X  `# W' m3．由于冷芯盒不必加热，不用像壳型法那样在开始作业时和更换芯盒时要费时间加热芯盒。
4．冷芯盒法更加有利的一点是，用量大的芯砂，可以用机械的或热培方式进行有效的再生处理，因而可以减少废弃砂、减少新砂、降低成本。
冷芯盒法虽然有适应性好，硬化快、砂再生性好以及单位重量的成本低等优点，但壳芯法依然在继续使用，壳芯法没有像冷盒法那样在制芯机和原材料方面的革新和进步，但壳型法在使用上有其明显的优点，例如铸件表面质量好，落砂性能好，大型芯子用砂量少和芯子有良好的操作强度等。特别是实施壳芯法不需要装设和保养混砂机，气体发生器排放气体的洗涤器等设备。
另外，在新的制芯工艺方面，虽然五年前已开始议论水溶性对环境影响好的粘结剂，Mouat 公司也认为有可能用于生产，但在经济上并未得到证明。再就是用动物性材料制成的某种粘接剂，使用时需要对制芯机进行大的改造或发展新的制芯机。
; I! I% @: Y& _$ V% @. S! D最新的粘接剂是利用无机盐的水溶性芯子粘接剂。制造粘接剂时所用水，需加热去脱除。但制造的芯子容易溶于水，易于从铸件中去掉芯，是其优点。此种粘接剂特别是用于铝铸件是很有魅力的。用常用粘接剂而脱芯，有困难时可以考虑采用。

二．造型
现在铸造工厂所采用的造型方法，过去十年间没有大的变化而造型技术有了大的进步。对湿砂造型、精密砂型、消失模铸造分别叙述如下。
9 p' }4 L5 _2 d3 P1 u7 W4 N( l1．湿砂造型法。Mount公司认为：适用于大部分金属材质、大批量生产的造型法中，粘土湿砂造型是最经济的造型法。铸造工厂装备二．造型
: x$ e7 O8 [1 }, U6 P) b% m现在铸造工厂所采用的造型方法，过去十年间没有大的变化而造型技术有了大的进步。对湿砂造型、精密砂型、消失模铸造分别叙述如下。
1．湿砂造型法。Mount公司认为：适用于大部分金属材质、大批量生产的造型法中，粘土湿砂造型是最经济的造型法。铸造工厂装备有最新技术的控制装置，就应逐步做到，用湿型砂控制技术可以反复得到最佳的性能。这些控制装置包括，筛分分离金属、回用砂的冷却、回用砂混练时准确释量添加剂等等。
. B5 `) B! {/ x1 Z, p  H2 \Vulcan 公司认为，现在的粘土湿砂造型机具有优良的性能，能以二年前从未达到过的速度，制造要求严格、允许差别很小时湿砂型。再加上准确控制效率高的供砂装置，使粘土湿砂型在铁基合金和非铁合金的造型中保持最重要的地位。
Macler Assoc认为，在湿砂造型中，垂直分型与水平分型两种加以比较，对于大批量生产中、小型，灰铁件或球铁件的铸造工厂，重直分型造型都占优势，因其设备费用比较便宜、可以高速造型、所需人员少、紧实度的偏差小等优点。但采用垂直分型工艺，在浇口方案与昌口与形态上，以及在用复杂的芯子、过滤片、冷铁、套管、舂入芯等方面都受到限制。此外，用流动性好的合金铸造时，由于金属静压比较高，容易引起金属渗透粘砂。
在制造有色合金铸件方面，已设计了适合这类合金铸件的大批量生产各种特性垂直分型造型法，现正在推广。但是，具有要求的机械特性的铸件，在用这种造型法达到相当高度的大批量生产之前，作为大批量铝合金铸件的生产方式，金属型铸造法依然占有优势。
, \" r* x1 z5 E: [2 n7 U' iMacler Assoc认为，水平分型湿砂型铸造法，对于中、小批量铸造工厂，还是有利的造型法之一，无论是上型、下型方式，或双面模板方式，对复杂铸件的生产都有适应性。可在一个循环期内更换模样，短时间运行、长时间运行都可以有效的进行生产。但手工操作需要机械化，为了保证生产表面优良、尺寸精度高的铸件，还需对整套设备进行改造。温砂造型法的选择，需要考虑以下各点：
◆ 要有能造型出硬度均一的高质量铸型的造型设备。
◆ 可以迅速更换模板。
◆ 下芯、铸型的装卸机械化。
- m! M6 o  q+ }, d* k  u1 H3 e+ eMacler Assoc谈到，为使造型度均一，采用了多种技术。有几种自动双面模板机采用了射砂和压实法，此时，为了取得均一的铸型密度，射砂和压实法，此时，为了取得均一的铸型密度，射砂的方向要是与板垂直的方向。还有一种上型、下型造型机，为使铸型密度均一，还采了微振击和压实。另外，为向模样填砂时有强的冲击力，也有用高压缩气体的。
* O4 F" B7 N# @6 z$ N+ l& u但是，为得到均一的铸型硬度，采用了多种方法，对各种造型方式来讲一种方法是解决不了的。在造型机的选择上，要对现在使用的铸造厂进行调查，并用自己的模样试验，以观察其结果。
◆ 精密砂型
这种造型法的要点是用冷芯盒法的化学粘结铸型。Vulcan认为这是铝合金缸体和缸盖铸件铸造工艺的复活。其理由是这种方法，可将缸套铸在缸体中，同时，还有能使用实现方向性凝固的冷铁的优点。
这种方法是在1970年代出现的用于铸造近净形铸件和用湿砂铸造对需要增加芯子的形状复杂的铸件。现在，铸造形状复杂尺寸的准确的铸件时，标准的办法是用冷芯盒造型法。而且，与砂型铸造相比适用于更多的合金。在制芯作业中可见到，由于树脂化学和造型装置的革新，可用更低的价格铸造质量，更高的零部件用液泵和机械手自动生产线，装置进一步改善，所需劳动力减少，可生产出高质量、低成本的铸件。冷芯盒工艺造型机是制芯机的重大的变型。有的造型机上型、下型同时造型，有的造型机可制出两面型腔的铸型叠型铸造，第三种变型是利用二组造型机，一组是上型，一组造下型。
: s' D+ N2 P4 i2 v5 C这些造型机为了提高精度，使分型线的飞边最小，在全过程中将铸型紧实是其特点。大型造型机，为使其动作平滑可靠完全用油压驱动。装有机械手，实施上涂料型、干燥、下芯、涂粘结剂和合箱等作业。由于有了这些装置，可减少所需的劳动力，保证最高的质量和生产效率。这种冷芯盒造型机，其铸型的状况不仅影响铸件表面质量和清理作业，对芯子的正确组装和芯头使型砂在射砂头中流态化的位置也有影响，因而，铸型的设计是非常重要的。
Macler Assoc称，冷芯盒造型机有几种射砂技术。大部分造型机，这种型式的造型机，用低压大风量射砂，每个循环后都可以使射砂。有二、三个机械厂不是使砂子流态化，而是用"挤出方式，用有专利权设计的射砂，低气量高压射砂，有的机械厂认为，用挤出方式，制造复杂的铸型时，砂子也容易流动。这二种技术，最好用自己的模样进行试用比较，选出最好的方法"。
- q( C& C! Z+ D! F  _冷芯盒造型法，可以制造尺寸非常准确的复杂铸型，但模费用和型砂粘接剂、催化剂的成本比湿砂型用的砂和粘接剂的价格要高，冷芯盒造型法的造型速度低。
消失模铸型
! H) r+ ?3 l  _" j) zVulcan消失模铸造由于设备和原料改进而有所发展，采用的比率在不断扩大。多方向的充填工作点，充填砂（后续砂）即时充填等新技术、使铸件质量，造型速度提高而成本降低。
消失模铸造的优点有：发泡模可没有斜度或钭度很小，有时还可用钭度使复杂形状可以造型，设计上有自由度。此外，可使铸件重量减轻，减少甚至不需机械加工，不用芯子也可铸造等。设备上的革新，组成的部件、涂料、充填介质等新的开发、使铸件质量和生产效率提高，从而使市场日益扩大。
三．熔化和浇注
5 n; c7 ?2 v5 S% {  Q+ ]想快速而且高质量生产多种合金铸件的铸造工厂，都在寻求能在较广范围适应要求的熔化方法。Vulcan认为从现状看只有用电炉。从现在的倾向来看，浇注多种合金的铸造厂，用坩埚式低频感应电炉完全可以满足要求。
Macler Assoc认为，选择合三．熔化和浇注
% A& v- d$ [9 O4 Y想快速而且高质量生产多种合金铸件的铸造工厂，都在寻求能在较广范围适应要求的熔化方法。Vulcan认为从现状看只有用电炉。从现在的倾向来看，浇注多种合金的铸造厂，用坩埚式低频感应电炉完全可以满足要求。
Macler Assoc认为，选择合适的熔化装置应考虑以下各点：
◆ 浇注用的合金；
) \6 b# l+ n' I3 i4 I- [. a/ e& e◆ 连续式浇注还是需要分批浇注；
◆ 需要的熔化速度；
- Y3 \1 m+ _$ w◆ 能购入的炉料的特性；
' b2 h! ~' z% N◆ 能源成本和能源使用的限度；
◆ 操作时间；
◆ 要求操作者熟练程度；
# L1 {. S- J: o& j9 z# x" O◆ 安全及环境问题。
( d  N& t, l6 K& N. F由于电气技术的进步，感应电炉能改变频率、功率更大，从而使感应熔化的有效性更进一步扩大。与此同时，熔炉或多熔炉和保温炉可使用一个电源供电，从而使利用效率和灵活性大幅度提高，也可使电费降低。
3 `  `" b' Z; B要达到高水平，使操作者减少危险，减少劳务费用，进一步提高生产效率和质量，对装入的材料的秤量和干燥应当进一步实施机械化，且应采用自动装料。对于高纯度合金，可考虑在熔化和出炉时用惰性气体的屏蔽。
几个专业铸造工厂采用装置感应电炉和化学粘结铸型的真空铸造法。这项真空铸法，使用有底注浇口的局部浸入式铸型，从熔炉直接向铸型浇注洁净的熔液是其特点。这种方法铸造的铸件非常美观，特别是表面的鲜明度好。
$ v! o: i5 r; Y- Z: I# K% }! j大量生产一种或二种铸铁的铸造厂，现在也还有依靠冲天炉的倾向。这种方式比其他熔化方式每吨当量的成本低，可大量生产质量好的铸铁件。冲天炉操作一般需要的劳动力多，但由于浇注量达到有效的成本。球铁铸造厂对熔化装置的选择，受消费量的影响，电炉熔化和冲天炉熔化都可以取得优质的铁水。
1 V+ B, b1 u5 t8 e) D" K熔制大量单一铝合金的工厂，按所需熔化量，在成本上最有效的熔化法可以是气体反射炉。但熔化少量多种铝合金厂，其熔化方式倾向于长降摆动或托升的电炉。
/ @4 k6 m3 w9 p, X/ Z  }碳钢铸造厂的熔化方式，由于可用便宜炉料精炼合金，用电弧炉熔炼较好，合金钢铸造厂则广泛使用感应炉。
5 y& [; {  p* x) i0 S无论选择什么熔化法都可以，但铸造厂需对与熔化设备相关的作业的成本、环境问题、劳动力及原料、在操作上能否取得成本上的效果等方面应进行评价。
1 z. c1 d' C: @! Y四．清理和精整
铸造厂要提高效率、质量、处理的速度同时要降低成本，必须寻求减少铸件清理作业人员方法，只有提高工艺技术才能达到这个目的。
$ |  m. z/ v2 U3 A- C; Q; A0 iMacler Assoc认为，在为增加磨光设备投资前，必须认真研究如何才能减少清理和精整作业（如除毛刺、冒口、浇口和芯头四．清理和精整
铸造厂要提高效率、质量、处理的速度同时要降低成本，必须寻求减少铸件清理作业人员方法，只有提高工艺技术才能达到这个目的。
8 w( V+ k' @2 }. w7 fMacler Assoc认为，在为增加磨光设备投资前，必须认真研究如何才能减少清理和精整作业（如除毛刺、冒口、浇口和芯头等），根本原因在于铸型的设计和修补、型砂、管理、铸型的硬度和均一性、铸造方法、施涂粒的方法、浇口的方案、设备的维护等方面。
0 D& W5 Z$ p$ a* l: S# F. s6 O) PMacler Assoc谈到批量和大量生产的工厂已经开发出数种提高效率的手段。主要有：
◆ 减少清理工作的劳动力，对多次反复进行的工作量采用机械手。小型铸件机械人可以与手工操作同样的握紧操作，大型铸件可以用清理工具对铸件清理。
6 I* M+ g: U' y8 c1 d9 `◆ 有的情况下，可以用切断机或修边压力机，使浇口与铸件分离。
◆ 可广泛用修边压力机切除分型面飞边和毛刺等，机械手可用于修边压力机装卸工件。小型铸件用振动球式给料器自动区分并送到适当部位。
◆ 可在旋转工作台的周边设置多用途的清理工具，进行磨光、切断、修整及机械加工等作业。旋转工作台为适应选择操作和装卸工件，可设多个可靠位置。
◆ 浇口和冒口用冲击锤、楔铁、切断机等除掉，这些操作在其作业位置反复进行，如能可靠控制其用工具作业，可实现目动化。
在小批量生产时可采用下述有效的手段：
6 v' c; U4 V, h0 g6 ^  k5 c◆ 为减少疲劳和危险以及提高效率和质量使清理工部近代化。
1 X, W# v# o# V# T- |) j& |◆ 使用升降及可倾斜操作装置，作业胎具、万能爽具、悬挂软管、平衡工具以及照明换气等改善作业条件。
+ ^7 t! x6 Y3 V' r2 y" [◆ 铸件从作业场所的进出，采用运输机。
2 ]/ q$ @( v9 P6 k; K4 ?◆ 采用装箱，将铸件提高适当的高度。
Mouat认为，现在铸件清理工部中，抛丸清理方面最广泛使用的是滚筒抛丸机。这种装置5-100Cuft范围内各种尺寸的都有。这种喷丸方式完全自动化的，由于人工用到最小限度是很经济的。这种装置铸件用高速流动的磨料在滚筒中清理，有相当好的清理效果。长时间使用滚筒抛丸机，由于有链式输送器，其部件有出现故障的可能，此外，链条和滚筒部分磨损后，也需要修补费用。但最新技术是将组装滚筒代替链条式滚筒，由前后振动使工件有适当的翻转。因此，不产生故障，也没有象链条滚筒抛丸机那样需要高的补修费的问题。这种装置的设计，适合生产多种铸件的铸造厂，可连续清理。此种装置中的限制器，能限制铸件的进入量，因而能使最难于清理的铸件也能适当的清理。抛丸滚筒的问题之一是，薄壁铸件和小型铁及非铁铸件，由于相互间碰撞而出现损伤。为此，最近引入的新技术是用高速喷丸冲击进行振动清理，也可以说是组合堆团清理的方式。这种技术是利用输送器运送各种材质的铸件时，保持其中互相碰撞，为使铸件进行积极地清理，将铸件置于磨料流中，使铸件的外部、内部都能平稳进行磨擦。这种方式的优点是处理磨料流中心的磨料进行作业，不会出现由于喷射过剩而产生废弃的磨料。
9 A' b, B. u+ a! b; v发动机的缸体、缸盖和阀门等大型有复杂的芯子的铸件，一般都采取旋转吊勾方式，用单轨输送器，将吊挂的铸件一个或数个进行旋转抛丸清理。这种方式可以对铸件全面的，从许多角度抛丸冲击，也可防止铸件内部通路排出的磨料堵塞。
$ \0 z/ Z0 Q! @% c' N  k' b5 A3 k此外，有用夹具进行旋转喷射，使铸件全面旋转的方式。也有用特殊的遮蔽夹具使用机械手的方式。
# K9 R; d& N% z! A1 ^( z" U$ F现用的修边压力机可以自动装卸铸件，去掉多数面的毛刺，还可以进一步增加其机能；组装成自动铣削、钻孔、非破检查、计量等方面的动能。在工具设计进步的同时，这种设备可用于球铁、灰铁、铝铸件等，根据铸件的尺寸和形状的不同可作到每小时处理900个以上的速度。
由于工具价贵，修边压力机用于自动清理装置，仅用于高速铸造。但至少有二家工厂在自动清理工部采用了CNE柔性自动化装置。这种方式处理速度不高比修边压力机的要慢1.5-3倍，但这些工厂不要求高价的工具，利用类似Custodial控制器的材料处理装置，用普通的机械手，作业迅速而且耐磨。
Vulcan谈到用上述装置，如仅清理铸件，可由图像和机械手室指令，输入计算机规则的程序。此机械手室中使用的是用机械手进行操作，而设计的剪断，去毛刺装置的新的磨光机。这此新设计的预定目标要达到剪切刀口的磨耗量最适当、切断效率高，铸件清理工程的综合能力高。