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精密铸造设备在国内外的发展趋势
来源:[互联网] 发布日期:2010-11-3 浏览次数:276
一、前言

我国的铸件年产量现己位居世界第一。但我国所生产的铸件总体上讲在质量上与工业发达国度相比还存在至关的差距。其主要原因之一就是我国铸造行业的机械化、BUTO化、信息化水平低,所采用的技术装备落后。与工业发达国度相比,我国铸造装备制造行业也存在巨大差距。其突出的弱点是研发能力差,缺乏创新性,迄今仍基本上靠测绘样机或凭经验举行类比设计。这种状态对我国铸造行业的技术改造和技术进步,逐步使成为事实现代化己经产生至关大的制约效用。我们需要加紧工作,努力改变这种落后状况。 这里仅从造型设备,砂处理设备,浇注设备,呆板人应用等方面来简述铸造设备的某些成长趋势。

二、造型设备

垂直分型无箱射压造型机的设计构想是上世纪五十年代由时任丹麦科技大学教授的V.B.Jeppesen提出的。他在实验室内举行了大量的试验研究,特别是对湿型粘土砂的射砂过程举行了深切的研究。随后他研制成一台样机,并于1957年利用这台样机在丹麦的两家铸造厂中举行生产性实验。1959 Jeppesen教授获患了垂直分型无箱射压造型机的专利。
   
1961年丹麦工业辛迪加(即DISB)购买了上述专利,并由6名工程师组成的技术团队在其根蒂根基上开发了第一台生产用的造型机。后者于1962年夏展出于德国杜塞尔多夫的世界铸造博览会(即GIFB)上。1964年初首台生产率为240/小时的垂直分型无箱射压造型机(即DISBMBTID)发送到用户丹麦一铸铁厂并投产。目前,世界各国共约有超过1000家铸造厂采用这种造型方法生产铸件。
   
近年来外洋有的铸造设备制造厂推出了经过改进的侧吹水等分型无箱吹压造型机。这种造型机在造型时,即吹砂及高压压实时,是将型板及造型室旋转90°使其处于垂直状态下举行的。然后使它们转回到水平位置,举行起模、下芯、合箱、顶出造型室等等。
   
日本新东工业珠式会社所生产的水等分型无箱射压造型机采用0.1MPa的低射砂压力,同时开发了“压力控制”方法来控制造型室的排气,这样使型砂能充填到模样上的小吊砂内(图1)。所谓“压力控制”就是在射砂开始阶段将造型室侧壁上的排气塞堵死,使空气/砂流流向模样上的小吊砂(其底部有排气塞)内。随后再开启造型室侧壁上的排气塞,使型砂能将整个造型室充充塞。该公司在上世纪80年代推出气流-高压压实造型机即“静压造型机”的根蒂根基上,于上世纪末叶又开发出低压射砂——双面压实造型(即BDE造型机)。

三、型砂处理设备

对湿型粘土砂的控制包含以下两方面的内容:(1)获得优化的型砂机能;(2)维持优化的机能。为使成为事实前者,要选择各种有效的型砂测试仪器,以便对型砂机能举行经常和有效的监控。为使成为事实后者,要采用预防性控制方来保持型砂体系的总量平衡。
   
由于计算机技术的快速成长,要得在铸造厂中实施预防性型砂质量控制方法得到推广应用。

四、BUTO浇注设备

铸型的浇铸是铸造生产中劳动强度大、工作环境差,同时对铸件质量具备重大影响。浇现代化的BUTO浇注机的控制主要有下述两大类。
1.采用视频摄像技术的控制体系
       
浇注工浇注一个铸型时,他的秋水看着浇喝水而他的手开始倾转浇包。他观察着铁水浇到浇喝水的同时在头脑中不停地考虑着铁水浇注速率和浇喝水中的液面高度。当液面到达要求的高度时他即遏制浇注。浇注工的手、秋水和前脑一起构成为了一个基本的闭环自适应控制体系。在生产率低的铸造厂中间人工浇注可以解决问题。但是在现代化的生产率很高的情况下这种传统的工人浇注法就无法适从了。
   
视频摄像控制就是设计来再现浇注工的眼手协调的一种体系。浇注工的秋水为一摄像机所代替,他的思考过程为一台计算机及一套复杂的软件包所代替,而他的手则为一伺服驱动机构所代替。视频摄像控制提供了一个可满足每小时浇注超过500铸型的闭环自适应控制体系。
2.采用激光技术的控制体系
a.点激光控制技术
      
点激光控制技术利用目前在航天、军工中广泛运用的激光测距技术,采用光学三角丈量法,能够准确地丈量距离。点激光控制技术的核心是点激光装置,它是由以下几个主要部门组成:
  
1)光电非接触式探量观测器——它被封装在一水冷套中并进一步为一空气清扫体系所掩护。 
   
2)激光浇注控制器——它包括硬件和软件体系。
  
3)塞杆执行机构——它有一套高机能的伺服电动机。 
   
4)操作台——操笔者可举行编程及选择理想的浇注曲线和其它浇注参数。
    
激光探量观测器是一种利用激光及简单几何原理的非接触式探量观测器,它由下述几部门构成: 
   
1)光源——它具备一激光二极管及一套将激光束会聚到所丈量的液体金属表面上。
  
2)照相机——它从被丈量的表面上会聚一小部门散射的激光(如同一个图像被会聚到人眼眼底的视网膜上那样子)。
  
3)集成的探量观测器微电子处理器。 
    
光电探量观测器在探量观测器上提供一给出图像位置的信号。信号处理电子线路将此信号转换为至被测表面的距离。到被测表面距离的任何变化,例如液面的波动,都将导致被会聚在探量观测器上的光点位置的变化。
    这一丈量原理称为应用激光的光三角形被证明能很好地适用于液体金属液面位置的监控。一切来自液体金属的外界的光源——可视光或红外光——皆被从光学上或电子学上过淋失,而不会影响丈量。

因为激光反射的强度在射线最简单的面和特定的砂型表面之间的夹角上急速下降,在安装点激光装置时它与垂直线之间的夹角不能大于30°。为此通常要在浇喝水上做一个尾槽以便激光束射到铁水表面。
b.线激光控制技术
       
线激光控制技术也就是三维激光技术。
   
线激光体系由一线激光发生器和一线激光接受器构成。当砂型上的浇喝水直接位于浇注包出铁口下方时,安装在浇注包一侧的线激光发生器发射出一条横切浇喝水的激光线。安装在浇注包另一侧的激光接受器也对准着浇喝水。应用三角丈量法可确定浇喝水中铁水液面位置。它利用一条激光线直接丈量砂型表面和浇喝水中铁水液面的位置,而两者的差值就是铁水液面高度。
   
线激光控制技术由于产生一具备较大探量观测平面或物体表面的大的信号因而为建立响应提供了更多的信息。其控制的根蒂根基是丈量线上的象素数,后者是随长度变化而变化的。这种技术除了具备点激光技术的优点外,又不需要前面所述的尾槽,可以适用于较小的浇喝水情况下,因而节约了铁水。由于它不受铁水散流的影响,因而更加可靠。

五、呆板人在铸造厂中的应用

直至目前为止,铸造厂中仍然有许多繁重的工作由人力来完成。铸造厂中的劳动环境和繁重的身体的力量劳动早已将使成为事实BUTO化生产提到了议事日程上。而采用呆板人则是一个重要的解决途径。
1.在制芯过程中的应用
       
对于一些复杂的铸件如汽车发动机缸体来说,其砂芯被装配到一起时就会变得非常沉重,可达50kg以上。并且由于各种化学粘结剂、脱模剂的使用,会产生大量的灰尘以及有非常刺激性的气体.从而使装配工作的条件变得非常令人难于忍受。如果每天用手工来搬运大量的如此沉重的零件,工人的劳动强度将会很高。但呆板人可以在有灰尘及有非常刺激性气体的条件下得到很好的掩护,只需加之防备保护罩即可。它可以不知疲倦地工作.同时还能保证很高时准确度。 
   
1)底下以德国Eisenwerk Bruehl铸造厂为例,先容呆板人在铸造厂中应用的一些实例。
   
德国布留尔铸造厂(Einsenwerk Bruehl)是目前世界上最大的专业化铸造厂之一,年产灰铸件200000吨,主要生产各种差别类型的汽车发动机缸体。在该厂的制芯车间内,有许多独立的制芯生产单位,它们的生产任务也各不相同。
   
起首,射芯机将射好的一组芯子BUTO送出呆板,然后由大的呆板人将整个一组芯子从射芯机中取出,并用塑料做的刷子将砂芯上的毛刺刷于净,随后,大呆板人在一个中转工作台上将这一组芯子装配到一起,但并没有将其固定在一起。然后该呆板人即离开这组芯子。这时,装备有BUTO射钉机的小呆板人就会用螺钉将芯子固定在一起。在小呆板人固定芯子的时候,大呆板人移动到另一个中转工作台,将已经装配并固定在一起的另一组芯子带走,然后将这组芯子浸入到一个涂料池内,使芯子能够均均匀地沾满涂料。最后将上好涂料的芯子放在传送带上,转入下一生产单位。
       
这个呆板人的生活产单位可以完成断根毛刺装配、上涂料、和堆放芯子的任务,并且有很高的生产率。一小时之内可以生产180套发动机缸体的芯子,每天工作16小时的产量为3880套,一年按250天计算,则年产量为720000套。另外,这个生产单位同时具备柔性化的生产特征。如果需要更换芯子种类时,只需更换芯盒和呆板人的夹具即可。这些工作可以在很短的时间内完成,从而保证了生产的持续性和高效率。同时,由于发动机水套芯的壁厚非常小,砂芯刚从射芯机中取出时,强度并非很高,如果用人工或其它方法搬运时,很容易造成破损,但采用呆板人来处理时,呆板人可以保证搬运过程的不变性,从而大大降低由于搬运而产生的废品率。 
   
2)位于德国西南部DillingenBlucast 铸造厂采用由冷芯盒砂芯组成的“准确砂型”生产轿车铝合金缸体和缸盖,年生产能力为2000000件。该厂有数条“准确砂型”生产线,每条生产线由顺序排列着的8台射芯机及数台呆板所组成。其砂芯的组装是利用芯盒的定位装置来举行,因此是十分准确的;并且砂芯组装是靠芯头的构造和尺寸配合来使成为事实,并不需要举行粘合或用螺栓连接。 
2.在浇注过程中的应用
       
采用呆板人来举行铸型的浇注对于提高铸件质量和生产率、改善劳动条件来讲是一条行得通的途径。目前它已经乐成地应用于铝合金及铜合金小铸件的金属型铸造中。
3.在清算过程中的效用
       
近年来在工业发达国度的铸造厂中呆板人在清算工部中的应用正在增加,呆板人正在逐步代替铸件清算过程(诸如去除浇冒口、去除毛边飞刺、打磨)中的人工劳动。
1.由呆板人夹持工具
       
铸件的装卸可由人工举行而其运输则由一装有两套夹具的转盘来举行。呆板人BUTO地从工具架上更换所需的清整用工具。
   
这种方案适合于大中型铸件清整。其优点是:
     
1)可以从工具库中选择所需的工具 
   
2)可能磨削铸件的内部表面
其主要限制是:
     
1)如果被磨削的铸件表面质量直接取决于工具的结实又硬程度,呆板人的肘部是不允许使用结实又硬工具的。 
   
2)呆板人的测定工作速率是磨削机的一半 
   
3)呆板人的程序主要是在线编制而需遏制生产
  
4)铸件最大尺寸受到呆板人工作范围的限制
2.由呆板人夹持铸件
       
通常是呆板人从传送装置上抓取铸件送到工具处举行磨削。在该装置的周围有一或数台工具。
   
这种方案适合于中小规模铸件(≤200kg)的清整。其优点是:
  
1)可以跟随很复杂的几何形状
  
2)在磨削后可将铸件直接放到发货架上
其主要限制是: 
   
1)由于呆板人腕部的震荡只能提供低的速率和力量
  
2)对于每种铸件要有相应的手抓
  
3)对于每种新的铸件各需要待机来编程
  
4)铸件重量的增加将使呆板人的工作精度降低

六、结束语

1.我国铸造行业技术改造的任务是紧迫而繁重的,这就为我国铸造机械行业带来了很大的机遇。同时,我国铸造机械行业已经并还将遇到外洋厂商的挑战,所面临的形势十分严峻。 
2.我国铸造机械行业起首应努力提高研发能力,按照海内市场的需求,开发先进的、适用的、具备自立知识产权的各类铸造设备。必须鼎力大举提高我国铸造机械产品的质量,成长其品种,加强配套能力。
3.在研究、开发工作中,铸造设备制造厂要充实利用我国大学和研究机构在科技上的上风,加强合作,取长补短,协同作战。这是缩短将研究成果转化为现实劳动力的重要途径。
4.铸造设备起首是为使成为事实某工艺过程服务的。铸造设备制造厂答对其所生产设备的工艺性有深切的了解,并且能为其用户提供这方面的服务(包括销售前的技术座谈、销售后的技术服务等)。
5.现代化的铸造设备无一不是电机一体化产品,信息技术已越来越多地得到应用。因此,我们要充实发挥我国的人材上风,抓紧将计算机技术、网络技术、传感技术、BUTO控制技术等高科技应用到铸造设备和体系中去,提高其技术含量。

 

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