《Vulcan Engineering, Mount, Peter E, Macler Assoc 》等三公司，對高科技鑄造工廠應(yīng)是什么樣的狀態(tài)有新考慮，對制芯、造型、熔化、澆注以及清理精整等工序都有設(shè)想，現(xiàn)摘要加以介紹。
一．制芯
Vulcan和Macler Assoc公司認(rèn)為，現(xiàn)在的制芯工藝中，鑄造選用的主要有冷芯盒和殼芯兩種方法。制芯的研究和開發(fā)工作大半都在冷芯盒法方面重點(diǎn)在硬快而且價(jià)格便宜的粘結(jié)劑和制芯機(jī)的開發(fā)，還有制造優(yōu)質(zhì)芯子的工藝方法。這里所說的冷芯盒法是采用胺、SO2、甲酸甲酯的吹氣硬化法。與殼型法相比，一般認(rèn)為冷芯盒法硬化快成本低，但Macler Assoc公司認(rèn)為應(yīng)從制芯機(jī)和原料的價(jià)格、模具成本、作業(yè)費(fèi)用成本、環(huán)保費(fèi)用、產(chǎn)生廢棄物的處理費(fèi)用以及砂再生性等多方面進(jìn)行比較研討。特別是對下述各點(diǎn)應(yīng)更加關(guān)注。
1．應(yīng)考慮芯子的尺寸、形狀以及是否中空等方面，對成本進(jìn)行比較后，才能最終選擇。尤其是殼芯法，實(shí)心或中空對制芯時(shí)間和用砂量有大的影響。
2．制芯法不同，芯盒也不同。任何冷芯盒法都不加熱，而殼型法則要加熱。因而芯盒的材料費(fèi)用比殼型法要便宜（例如用木質(zhì)、塑料、鋁、鑄鐵等都可使用），殼型法必須采用能在425℃制芯盒。
3．由于冷芯盒不必加熱，不用像殼型法那樣在開始作業(yè)時(shí)和更換芯盒時(shí)要費(fèi)時(shí)間加熱芯盒。
4．冷芯盒法更加有利的一點(diǎn)是，用量大的芯砂，可以用機(jī)械的或熱培方式進(jìn)行有效的再生處理，因而可以減少廢棄砂、減少新砂、降低成本。
冷芯盒法雖然有適應(yīng)性好，硬化快、砂再生性好以及單位重量的成本低等優(yōu)點(diǎn)，但殼芯法依然在繼續(xù)使用，殼芯法沒有像冷盒法那樣在制芯機(jī)和原材料方面的革新和進(jìn)步，但殼型法在使用上有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，例如鑄件表面質(zhì)量好，落砂性能好，大型芯子用砂量少和芯子有良好的操作強(qiáng)度等。特別是實(shí)施殼芯法不需要裝設(shè)和保養(yǎng)混砂機(jī)，氣體發(fā)生器排放氣體的洗滌器等設(shè)備。
另外，在新的制芯工藝方面，雖然五年前已開始議論水溶性對環(huán)境影響好的粘結(jié)劑，Mouat 公司也認(rèn)為有可能用于生產(chǎn)，但在經(jīng)濟(jì)上并未得到證明。再就是用動(dòng)物性材料制成的某種粘接劑，使用時(shí)需要對制芯機(jī)進(jìn)行大的改造或發(fā)展新的制芯機(jī)。
最新的粘接劑是利用無機(jī)鹽的水溶性芯子粘接劑。制造粘接劑時(shí)所用水，需加熱去脫除。但制造的芯子容易溶于水，易于從鑄件中去掉芯，是其優(yōu)點(diǎn)。此種粘接劑特別是用于鋁鑄件是很有魅力的。用常用粘接劑而脫芯，有困難時(shí)可以考慮采用。
二．造型
現(xiàn)在鑄造工廠所采用的造型方法，過去十年間沒有大的變化而造型技術(shù)有了大的進(jìn)步。對濕砂造型、精密砂型、消失模鑄造分別敘述如下。
1．濕砂造型法。Mount公司認(rèn)為：適用于大部分金屬材質(zhì)、大批量生產(chǎn)的造型法中，粘土濕砂造型是最經(jīng)濟(jì)的造型法。鑄造工廠裝備有最新技術(shù)的控制裝置，就應(yīng)逐步做到，用濕型砂控制技術(shù)可以反復(fù)得到最佳的性能。這些控制裝置包括，篩分分離金屬、回用砂的冷卻、回用砂混練時(shí)準(zhǔn)確釋量添加劑等等。
Vulcan 公司認(rèn)為，現(xiàn)在的粘土濕砂造型機(jī)具有優(yōu)良的性能，能以二年前從未達(dá)到過的速度，制造要求嚴(yán)格、允許差別很小時(shí)濕砂型。再加上準(zhǔn)確控制效率高的供砂裝置，使粘土濕砂型在鐵基合金和非鐵合金的造型中保持最重要的地位。
Macler Assoc認(rèn)為，在濕砂造型中，垂直分型與水平分型兩種加以比較，對于大批量生產(chǎn)中、小型，灰鐵件或球鐵件的鑄造工廠，重直分型造型都占優(yōu)勢，因其設(shè)備費(fèi)用比較便宜、可以高速造型、所需人員少、緊實(shí)度的偏差小等優(yōu)點(diǎn)。但采用垂直分型工藝，在澆口方案與昌口與形態(tài)上，以及在用復(fù)雜的芯子、過濾片、冷鐵、套管、舂入芯等方面都受到限制。此外，用流動(dòng)性好的合金鑄造時(shí)，由于金屬靜壓比較高，容易引起金屬滲透粘砂。
在制造有色合金鑄件方面，已設(shè)計(jì)了適合這類合金鑄件的大批量生產(chǎn)各種特性垂直分型造型法，現(xiàn)正在推廣。但是，具有要求的機(jī)械特性的鑄件，在用這種造型法達(dá)到相當(dāng)高度的大批量生產(chǎn)之前，作為大批量鋁合金鑄件的生產(chǎn)方式，金屬型鑄造法依然占有優(yōu)勢。
Macler Assoc認(rèn)為，水平分型濕砂型鑄造法，對于中、小批量鑄造工廠，還是有利的造型法之一，無論是上型、下型方式，或雙面模板方式，對復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)都有適應(yīng)性?？稍谝粋€(gè)循環(huán)期內(nèi)更換模樣，短時(shí)間運(yùn)行、長時(shí)間運(yùn)行都可以有效的進(jìn)行生產(chǎn)。但手工操作需要機(jī)械化，為了保證生產(chǎn)表面優(yōu)良、尺寸精度高的鑄件，還需對整套設(shè)備進(jìn)行改造。溫砂造型法的選擇，需要考慮以下各點(diǎn)：
◆ 要有能造型出硬度均一的高質(zhì)量鑄型的造型設(shè)備。
◆ 可以迅速更換模板。
◆ 下芯、鑄型的裝卸機(jī)械化。
Macler Assoc談到，為使造型度均一，采用了多種技術(shù)。有幾種自動(dòng)雙面模板機(jī)采用了射砂和壓實(shí)法，此時(shí)，為了取得均一的鑄型密度，射砂和壓實(shí)法，此時(shí)，為了取得均一的鑄型密度，射砂的方向要是與板垂直的方向。還有一種上型、下型造型機(jī)，為使鑄型密度均一，還采了微振擊和壓實(shí)。另外，為向模樣填砂時(shí)有強(qiáng)的沖擊力，也有用高壓縮氣體的。
但是，為得到均一的鑄型硬度，采用了多種方法，對各種造型方式來講一種方法是解決不了的。在造型機(jī)的選擇上，要對現(xiàn)在使用的鑄造廠進(jìn)行調(diào)查，并用自己的模樣試驗(yàn)，以觀察其結(jié)果。
◆ 精密砂型
這種造型法的要點(diǎn)是用冷芯盒法的化學(xué)粘結(jié)鑄型。Vulcan認(rèn)為這是鋁合金缸體和缸蓋鑄件鑄造工藝的復(fù)活。其理由是這種方法，可將缸套鑄在缸體中，同時(shí)，還有能使用實(shí)現(xiàn)方向性凝固的冷鐵的優(yōu)點(diǎn)。
這種方法是在1970年代出現(xiàn)的用于鑄造近凈形鑄件和用濕砂鑄造對需要增加芯子的形狀復(fù)雜的鑄件。現(xiàn)在，鑄造形狀復(fù)雜尺寸的準(zhǔn)確的鑄件時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的辦法是用冷芯盒造型法。而且，與砂型鑄造相比適用于更多的合金。在制芯作業(yè)中可見到，由于樹脂化學(xué)和造型裝置的革新，可用更低的價(jià)格鑄造質(zhì)量，更高的零部件用液泵和機(jī)械手自動(dòng)生產(chǎn)線，裝置進(jìn)一步改善，所需勞動(dòng)力減少，可生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的鑄件。冷芯盒工藝造型機(jī)是制芯機(jī)的重大的變型。有的造型機(jī)上型、下型同時(shí)造型，有的造型機(jī)可制出兩面型腔的鑄型疊型鑄造，第三種變型是利用二組造型機(jī)，一組是上型，一組造下型。
這些造型機(jī)為了提高精度，使分型線的飛邊最小，在全過程中將鑄型緊實(shí)是其特點(diǎn)。大型造型機(jī)，為使其動(dòng)作平滑可靠完全用油壓驅(qū)動(dòng)。裝有機(jī)械手，實(shí)施上涂料型、干燥、下芯、涂粘結(jié)劑和合箱等作業(yè)。由于有了這些裝置，可減少所需的勞動(dòng)力，保證最高的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這種冷芯盒造型機(jī)，其鑄型的狀況不僅影響鑄件表面質(zhì)量和清理作業(yè)，對芯子的正確組裝和芯頭使型砂在射砂頭中流態(tài)化的位置也有影響，因而，鑄型的設(shè)計(jì)是非常重要的。
Macler Assoc稱，冷芯盒造型機(jī)有幾種射砂技術(shù)。大部分造型機(jī)，這種型式的造型機(jī)，用低壓大風(fēng)量射砂，每個(gè)循環(huán)后都可以使射砂。有二、三個(gè)機(jī)械廠不是使砂子流態(tài)化，而是用"擠出方式，用有專利權(quán)設(shè)計(jì)的射砂，低氣量高壓射砂，有的機(jī)械廠認(rèn)為，用擠出方式，制造復(fù)雜的鑄型時(shí)，砂子也容易流動(dòng)。這二種技術(shù)，最好用自己的模樣進(jìn)行試用比較，選出最好的方法"。
冷芯盒造型法，可以制造尺寸非常準(zhǔn)確的復(fù)雜鑄型，但模費(fèi)用和型砂粘接劑、催化劑的成本比濕砂型用的砂和粘接劑的價(jià)格要高，冷芯盒造型法的造型速度低。
消失模鑄型
Vulcan消失模鑄造由于設(shè)備和原料改進(jìn)而有所發(fā)展，采用的比率在不斷擴(kuò)大。多方向的充填工作點(diǎn)，充填砂（后續(xù)砂）即時(shí)充填等新技術(shù)、使鑄件質(zhì)量，造型速度提高而成本降低。
消失模鑄造的優(yōu)點(diǎn)有：發(fā)泡?？蓻]有斜度或鈄度很小，有時(shí)還可用鈄度使復(fù)雜形狀可以造型，設(shè)計(jì)上有自由度。此外，可使鑄件重量減輕，減少甚至不需機(jī)械加工，不用芯子也可鑄造等。設(shè)備上的革新，組成的部件、涂料、充填介質(zhì)等新的開發(fā)、使鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率提高，從而使市場日益擴(kuò)大。
三．熔化和澆注
想快速而且高質(zhì)量生產(chǎn)多種合金鑄件的鑄造工廠，都在尋求能在較廣范圍適應(yīng)要求的熔化方法。Vulcan認(rèn)為從現(xiàn)狀看只有用電爐。從現(xiàn)在的傾向來看，澆注多種合金的鑄造廠，用坩堝式低頻感應(yīng)電爐完全可以滿足要求。
Macler Assoc認(rèn)為，選擇合適的熔化裝置應(yīng)考慮以下各點(diǎn)：
◆ 澆注用的合金；
◆ 連續(xù)式澆注還是需要分批澆注；
◆ 需要的熔化速度；
◆ 能購入的爐料的特性；
◆ 能源成本和能源使用的限度；
◆ 操作時(shí)間；
◆ 要求操作者熟練程度；
◆ 安全及環(huán)境問題。
由于電氣技術(shù)的進(jìn)步，感應(yīng)電爐能改變頻率、功率更大，從而使感應(yīng)熔化的有效性更進(jìn)一步擴(kuò)大。與此同時(shí)，熔爐或多熔爐和保溫爐可使用一個(gè)電源供電，從而使利用效率和靈活性大幅度提高，也可使電費(fèi)降低。
要達(dá)到高水平，使操作者減少危險(xiǎn)，減少勞務(wù)費(fèi)用，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，對裝入的材料的秤量和干燥應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步實(shí)施機(jī)械化，且應(yīng)采用自動(dòng)裝料。對于高純度合金，可考慮在熔化和出爐時(shí)用惰性氣體的屏蔽。
幾個(gè)專業(yè)鑄造工廠采用裝置感應(yīng)電爐和化學(xué)粘結(jié)鑄型的真空鑄造法。這項(xiàng)真空鑄法，使用有底注澆口的局部浸入式鑄型，從熔爐直接向鑄型澆注潔凈的熔液是其特點(diǎn)。這種方法鑄造的鑄件非常美觀，特別是表面的鮮明度好。
大量生產(chǎn)一種或二種鑄鐵的鑄造廠，現(xiàn)在也還有依靠沖天爐的傾向。這種方式比其他熔化方式每噸當(dāng)量的成本低，可大量生產(chǎn)質(zhì)量好的鑄鐵件。沖天爐操作一般需要的勞動(dòng)力多，但由于澆注量達(dá)到有效的成本。球鐵鑄造廠對熔化裝置的選擇，受消費(fèi)量的影響，電爐熔化和沖天爐熔化都可以取得優(yōu)質(zhì)的鐵水。
熔制大量單一鋁合金的工廠，按所需熔化量，在成本上最有效的熔化法可以是氣體反射爐。但熔化少量多種鋁合金廠，其熔化方式傾向于長降擺動(dòng)或托升的電爐。
碳鋼鑄造廠的熔化方式，由于可用便宜爐料精煉合金，用電弧爐熔煉較好，合金鋼鑄造廠則廣泛使用感應(yīng)爐。
無論選擇什么熔化法都可以，但鑄造廠需對與熔化設(shè)備相關(guān)的作業(yè)的成本、環(huán)境問題、勞動(dòng)力及原料、在操作上能否取得成本上的效果等方面應(yīng)進(jìn)行評價(jià)。
四．清理和精整
鑄造廠要提高效率、質(zhì)量、處理的速度同時(shí)要降低成本，必須尋求減少鑄件清理作業(yè)人員方法，只有提高工藝技術(shù)才能達(dá)到這個(gè)目的。
Macler Assoc認(rèn)為，在為增加磨光設(shè)備投資前，必須認(rèn)真研究如何才能減少清理和精整作業(yè)（如除毛刺、冒口、澆口和芯頭等），根本原因在于鑄型的設(shè)計(jì)和修補(bǔ)、型砂、管理、鑄型的硬度和均一性、鑄造方法、施涂粒的方法、澆口的方案、設(shè)備的維護(hù)等方面。
Macler Assoc談到批量和大量生產(chǎn)的工廠已經(jīng)開發(fā)出數(shù)種提高效率的手段。主要有：
◆ 減少清理工作的勞動(dòng)力，對多次反復(fù)進(jìn)行的工作量采用機(jī)械手。小型鑄件機(jī)械人可以與手工操作同樣的握緊操作，大型鑄件可以用清理工具對鑄件清理。
◆ 有的情況下，可以用切斷機(jī)或修邊壓力機(jī)，使?jié)部谂c鑄件分離。
◆ 可廣泛用修邊壓力機(jī)切除分型面飛邊和毛刺等，機(jī)械手可用于修邊壓力機(jī)裝卸工件。小型鑄件用振動(dòng)球式給料器自動(dòng)區(qū)分并送到適當(dāng)部位。
◆ 可在旋轉(zhuǎn)工作臺的周邊設(shè)置多用途的清理工具，進(jìn)行磨光、切斷、修整及機(jī)械加工等作業(yè)。旋轉(zhuǎn)工作臺為適應(yīng)選擇操作和裝卸工件，可設(shè)多個(gè)可靠位置。
◆ 澆口和冒口用沖擊錘、楔鐵、切斷機(jī)等除掉，這些操作在其作業(yè)位置反復(fù)進(jìn)行，如能可靠控制其用工具作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)目動(dòng)化。
在小批量生產(chǎn)時(shí)可采用下述有效的手段：
◆ 為減少疲勞和危險(xiǎn)以及提高效率和質(zhì)量使清理工部近代化。
◆ 使用升降及可傾斜操作裝置，作業(yè)胎具、萬能爽具、懸掛軟管、平衡工具以及照明換氣等改善作業(yè)條件。
◆ 鑄件從作業(yè)場所的進(jìn)出，采用運(yùn)輸機(jī)。
◆ 采用裝箱，將鑄件提高適當(dāng)?shù)母叨取?
Mouat認(rèn)為，現(xiàn)在鑄件清理工部中，拋丸清理方面最廣泛使用的是滾筒拋丸機(jī)。這種裝置5-100Cuft范圍內(nèi)各種尺寸的都有。這種噴丸方式完全自動(dòng)化的，由于人工用到最小限度是很經(jīng)濟(jì)的。這種裝置鑄件用高速流動(dòng)的磨料在滾筒中清理，有相當(dāng)好的清理效果。長時(shí)間使用滾筒拋丸機(jī)，由于有鏈?zhǔn)捷斔推鳎洳考谐霈F(xiàn)故障的可能，此外，鏈條和滾筒部分磨損后，也需要修補(bǔ)費(fèi)用。但最新技術(shù)是將組裝滾筒代替鏈條式滾筒，由前后振動(dòng)使工件有適當(dāng)?shù)姆D(zhuǎn)。因此，不產(chǎn)生故障，也沒有象鏈條滾筒拋丸機(jī)那樣需要高的補(bǔ)修費(fèi)的問題。這種裝置的設(shè)計(jì)，適合生產(chǎn)多種鑄件的鑄造廠，可連續(xù)清理。此種裝置中的限制器，能限制鑄件的進(jìn)入量，因而能使最難于清理的鑄件也能適當(dāng)?shù)那謇?。拋丸滾筒的問題之一是，薄壁鑄件和小型鐵及非鐵鑄件，由于相互間碰撞而出現(xiàn)損傷。為此，最近引入的新技術(shù)是用高速噴丸沖擊進(jìn)行振動(dòng)清理，也可以說是組合堆團(tuán)清理的方式。這種技術(shù)是利用輸送器運(yùn)送各種材質(zhì)的鑄件時(shí)，保持其中互相碰撞，為使鑄件進(jìn)行積極地清理，將鑄件置于磨料流中，使鑄件的外部、內(nèi)部都能平穩(wěn)進(jìn)行磨擦。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是處理磨料流中心的磨料進(jìn)行作業(yè)，不會(huì)出現(xiàn)由于噴射過剩而產(chǎn)生廢棄的磨料。
發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋和閥門等大型有復(fù)雜的芯子的鑄件，一般都采取旋轉(zhuǎn)吊勾方式，用單軌輸送器，將吊掛的鑄件一個(gè)或數(shù)個(gè)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拋丸清理。這種方式可以對鑄件全面的，從許多角度拋丸沖擊，也可防止鑄件內(nèi)部通路排出的磨料堵塞。
此外，有用夾具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射，使鑄件全面旋轉(zhuǎn)的方式。也有用特殊的遮蔽夾具使用機(jī)械手的方式。
現(xiàn)用的修邊壓力機(jī)可以自動(dòng)裝卸鑄件，去掉多數(shù)面的毛刺，還可以進(jìn)一步增加其機(jī)能；組裝成自動(dòng)銑削、鉆孔、非破檢查、計(jì)量等方面的動(dòng)能。在工具設(shè)計(jì)進(jìn)步的同時(shí)，這種設(shè)備可用于球鐵、灰鐵、鋁鑄件等，根據(jù)鑄件的尺寸和形狀的不同可作到每小時(shí)處理900個(gè)以上的速度。
由于工具價(jià)貴，修邊壓力機(jī)用于自動(dòng)清理裝置，僅用于高速鑄造。但至少有二家工廠在自動(dòng)清理工部采用了CNE柔性自動(dòng)化裝置。這種方式處理速度不高比修邊壓力機(jī)的要慢1.5-3倍，但這些工廠不要求高價(jià)的工具，利用類似Custodial控制器的材料處理裝置，用普通的機(jī)械手，作業(yè)迅速而且耐磨。
Vulcan談到用上述裝置，如僅清理鑄件，可由圖像和機(jī)械手室指令，輸入計(jì)算機(jī)規(guī)則的程序。此機(jī)械手室中使用的是用機(jī)械手進(jìn)行操作，而設(shè)計(jì)的剪斷，去毛刺裝置的新的磨光機(jī)。這此新設(shè)計(jì)的預(yù)定目標(biāo)要達(dá)到剪切刀口的磨耗量最適當(dāng)、切斷效率高，鑄件清理工程的綜合能力高。
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