关于铸造行业技术发展的思考.pdf

第24卷第3期 机电产品开笈与纠新 V01．24。No．3兰里!!生曼旦 旦!!!生!竺竺兰!!!!!!!!!!!!竺竺!翌!!堡!!!!!璺!型型!!竺 塑型：!兰Q!!文章编号：1002—6673(2011)03堋_03关于铸造行业技术发展的思考王斌．张红(中机生产力促进中心，北京100044)摘 要：铸造是机械产品毛坯重要的生产方法。铸造行业在国民经济中占有重要地位．它反映了一个国家制造工业的规模和水平，铸造是装备制造业的基础；把握未来铸造行业的技术发展方向，是装备制造业做强做大的基石。关键词：铸造：关键技术中图分类号：TG24；F4 文献标识码：A doi：10．3969，j．i髓n．1002—6673．2011．03．003Thought on Technological DeVelopment of FoundryWANG B讯，zHANG H啊(c11iIla Productj、，ity Center南r MachiIlery，BegiIlg 1000“，cllim)A嘲ncI：C越dng is蚰ilIlPortant m姐血tIlriIlg method of mecllaIlical blal：lk．FoundIy occupi懿an impo咖t phce iIl tIle n妯onal econo—my．whjch硎cc临dle scale and lc、他l of mdorIal眦nu6lcmring iIld啦口y．Foun出y is dlc fo岫也石on of cquipn圮nt n瑚u6ctufing iIldm口ry出觚can make it bccoming strong叮and biggcr by catcllillg tlle缸t11雎dc、，dopment仃ends．K坷word辩皤dng；k吖technologia0引言“高档数控机床与基础制造装备”是科技重大专项之一。本文在该专项的共性技术课题“数控机床与基础制造装备技术预测与关键技术选择”的研究基础上。提出了关于铸造行业技术发展的建议。1铸造行业国内外技术发展趋势随着以信息技术为代表的高新技术的不断发展和市场需求的个性化与多样化。未来先进铸造技术发展的总趋势是高效、绿色、精密、复合、集成、智能、交叉、综合的方向发展。1．1高效化、敏捷化、清洁化20世纪90年代以来。世界经济表现为竞争全球化、贸易自由化、需求多样化，产品生产朝多品种、小批量方向发展，从而铸造企业应朝着快速响应市场和产品一次制造成功的方向发展。在计算机仿真基础上发展虚拟制造技术。从而更经济、更快捷、更柔性地组织生产和优化布局，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本、收稿日期：2011—o仁28基金项目：科技重大专项课题(2009缃4014—111)作者简介：王斌(1983一)。男．辽宁沈阳人，工程师。主要从事战略规划、产业经济研究工作。提高生产效率。保护环境、节约资源已成为全球密切关注的焦点．发达国家正积极倡导“绿色制造”和“清洁生产”。大力研究开发生态安全型、资源节约型铸造技术。可以预测，虚拟制造的设计、全寿命周期设计、CAD，CAlⅥ，CAPP一体化技术等敏捷设计制造技术与系统在今后若干年内将在铸造行业得到长足发展，开发少、无污染、节约资源的清洁化铸造新技术也是铸造技术的一个重要发展方向。1．2精密化、多样化、复合化进入2l世纪，先进铸造技术正以迅猛的步伐。全面地改变着传统铸造技术的面貌和旧的制造模式。精密加工和超精密加工等精密工程是当今也是未来制造技术的基础．被认为是2l世纪的核心技术和关键技术。高精度也是铸造技术的一个重要发展方向。高精度的铸件可以减少材料、能源的消耗甚至可以直接将铸件用作机械零件。为适应制造业对新型或特种功能材料以及精密、细小、小型、复杂零件的需要，发达国家正大力研究与开发各种原理不同、方法各异的加工与成形方法。同一铸件根据不同需要。采用不同的铸造成形方法。由于材料加工难度越来越大，工件形状越来越复杂，加工质量要求越来越高，复合铸造方法的应用越来越多。1．3柔性化、集成化、智能化铸造技术在相当长的时间内仍将是量大面广、经济实用的制造技术。对其加以优化和革新具有重大技术经7万方数据·开发与创新·济效益。随着精度补偿、应用软件、自动控制、新材料和机电一体化等技术的发展．铸造技术及装备进一步向作业柔性化、控制智能化方向发展。随着铸造业生产规模向“小批量一少品种大批量一多品种变批量”的演进，发达国家铸造业自动化系统也相应地从20世纪80年代的计算机控制(CNC)、柔性生产线和柔性制造系统(FMS)以及20世纪80年代中期以后的计算机集成制造系统(CIMS)，正向更高水平的智能制造系统(IMS)和敏捷制造系统推进。1．4交叉化、综合化学科交叉、综合是当今科学技术的重要特点及发展趋势。随着现代科技的突飞猛进，铸造技术正吸收计算机科学与技术、信息科学、材料科学、生物化学等诸多学科的理论知识和最新成果。先进铸造技术的研究与开发越来越依赖于多学科的交叉与综合。各国都在积极探索铸造产业新材料、新工艺、新方法，大力推进铸造技术创新能力建设。计算机辅助设计、辅助制造、辅助工艺管理、计算机集成制造系统、计算机模拟仿真技术、敏捷制造技术、快速响应制造技术、精密制造技术、绿色制造技术等高新技术都是传统铸造业与计算机技术、信息技术交叉、综合产生的结果。这些新技术改造提升了铸造企业。促进了铸造技术升级。2主机行业对铸造技术需求分析铸造是汽车、石化、钢铁、电力、造船、装备制造等产业的基础。随着世界统一市场的形成和市场经济的发展。以及航空、航天、船舶、汽车、发电设备等领域蓬勃发展，装备中大型复杂铸件的需求量越来越大．对铸造金属的性能及铸件本身的可靠性等要求越来越高，铸造产品对主机性能提高发挥着重要作用。(1)航天航空领域：我国自主发展飞机制造业，要具有国际市场竞争力，必然像波音和空客一样。大量采用高强韧铝合金的整体精密铸件．例如大飞机项目所需的铝合金舱门等精密铸件。我国要发展飞机制造业，舱门类大型薄壁复杂铝合金优质铸件生产技术是必须突破的基础技术。随着国际制造业生产能力全球配置的进一步深化，国际航空制造业巨头在全球采购计划中越来越重视中国零部件的供货能力．其中包括飞机用高端铸件的制造能力。我国高端铝合金铸件打入国际市场意义重大。(2)船舶制造领域：我国船舶工业中长期发展规划目标要求造船能力所需要的设备类投资将不低于50亿元。围绕船舶制造业对大型海洋石油工程装备、LNG运输船等大型高技术、高附加值船舶及大功率柴油机等制造的需求，开发船体件体积成形、泵体，叶轮等需要的成形装备，如船用大型螺旋桨毛坯铸造所需100吨以上8大型铸造设备。(3)发电设备领域： “十二五”期间，我国将大力发展大型、高效、清洁发电装备，到2020年需新增装机容量3．4亿千瓦。重点发展：百万千瓦级核电机组、大型水电机组及抽水蓄能机组、超超临界火电机组、燃气一蒸汽联合循环机组、大功率风力发电机组等。而我国发电设备中超临界、超超临界转子用铸锻件绝大多数为进口。目前，特大铸件铸造设备需进口，这种局面亟需转变。(4)汽车制造领域：国家将大力鼓励发展汽车制造国产技术，以降低生产成本，提高国产汽车的国际竞争I力，促进国内企业发展。汽车铸件生产线包括铸铁件精密铸造生产线，铝镁合金铸件的压铸、重力铸造、低压I 铸造生产线等，其中大吨位压铸机制造单元(铝合金铸件)依靠进口，压铸模具国内差距巨大。此外，铸造行业是机械制造业中的高耗能、高污染行业，需要通过发展先进铸造技术、清洁生产技术、资源循环利用技术，实现节能、降耗、减污，真正走上可：持续发展道路。lI 3对“十二五“期间铸造技术发展的建议l3．1铸造关键技术预测结果围绕航空航天、船舶、汽车制造和发电设备制造等重点领域对高档数控机床与基础制造装备的需求，通过对铸造领域的重点企业进行现场调研、专家座谈、调查研究。提出一批关键技术：(1)反重力精确成形技术。近年来国内外金属材料精确成型的发展证明，该技术很有应用潜力。开展此项研究工作，使我国具备制造此类先进生产装备的能力。可以提供先进的成型手段。提高铸件的制造水平，实现镁合金、铜合金及铝基复合材料高端铸件的国产化。提升我国在先进制造技术领域的竞争力。(2)高温合金单晶及叶片制造工艺与检测技术。单晶高温合金具有优良的高温性能。是先进航空发动机及燃气轮机的关键材料。高温合金单晶叶片由于具有特殊的耐高温能力．制造技术与装备已成为航空发动机及燃气轮机发展的瓶颈之一．被列入技术禁运之列。此项技术不仅是当今材料制备技术的前沿。也是能源工业发展的重大需求；无论对民用还是军用。该技术对提高我国装备制造业技术水平。辐射其他工业领域具有重要意义。是关系到国家国防与经济安全的重大问题。(3)大型薄壁复杂铝合金先进铸造技术。该技术可满足航空、航天、国防和交通领域装备发展日益精密、先进、轻量化、节能和低制造成本的领域需求，从而提高我国大型薄壁铝合金铸件的产品质量、生产效率和技万方数据·开发与创新·术水平。推动我国铝合金铸造技术创新和技术进步。(4)钛合金等易氧化合金铸件的精密成形技术及装备。随着近年我国“载人航天工程”、 “探月工程”以及“大飞机计划”的展开．对钛合金等易氧化有色合金精铸件提出了更高要求．其它各个领域随着新技术、新工艺的推出和发展．所需的各种有色合金铸件质量要求也越来越高。结构也越来越复杂。(5)热风水冷无(薄)炉衬长炉龄冲天炉熔化成套技术。针对铸造生产量大面广的冲天炉熔化工艺。为大批量铸铁生产提供节能环保的冲天炉熔化成套设备。(6)成形制造全过程优化分析、建模方法与仿真技术。该技术是提高铸造行业自动化水平的重要基础，可靠而精确的数字模型是实现铸造等成形供工艺先进技术和网络化制造的前提条件。计算机技术与成形工艺的结合全面地提升了成形技术水平．可缩短产品的设计和试制周期等。从传统铸造向现代铸造转变的重要途径在于采用计算机模拟．实现对材料制备过程的可视化铸造技术，以达到省时、省力、保证质量和降低成本的目的。3．2 “十二五”期间铸造技术发展的建议针对上述预测出结果．建议重点研究以下内容：(1)反重力精确成形技术。主要研究：镁合金防燃保护技术．避免在镁合金反重力成型的全过程中。镁液的燃烧威胁安全生产、破坏铸件质量：镁合金反重力液面精确加压控制系统．解决由于镁合金的密度小而引起的压力波动影响充型平稳性及由于充型时镁液的波动而引起产品质量降低；大型铜合金反重力成型液面快速加压控制系统，解决由于铜合金密度较大而造成的充型速度较慢、铜合金铸件渗漏难题：大型铜合金反重力升液管防冻结技术。防止由于铜合金冷却速度快而造成的升液管冻结事故，保证反重力设备的正常运行；铝基复合材料精炼除气关键技术．攻克铝基复合材料由于制备过程中搅拌造成含气量高的难题：铝基复合材料低压铸造充型关键技术．解决铝基复合材料由于粘度大而造成的充型难题。(2)高温合金单晶及叶片制造工艺与检测技术。在现已取得高温度梯度定向凝固设备研发成果的基础上。主要研究：为保证陶瓷型芯与型壳在长时间液态金属作用下不发生断裂或变形、获得高尺寸精度叶片应研发大尺寸、耐高温的陶瓷型壳和形状复杂、低变形量、与型壳膨胀相匹配的陶瓷型芯，避免尺寸差大，型芯变形或偏移，满足燃机定向和单晶叶片的铸造需求，需要解决大尺寸陶瓷型壳、型芯制造问题：晶体取向控制技术：燃气轮机叶片长度、截面尺寸大．定向凝固过程中按预定的结晶方向生长难度大。需开展本项研究，使单晶叶片按照预定的晶相生长。无余量成形；先进精铸工装敏捷化设计、制造技术；空心涡轮叶片精铸模拟仿真技术；空心涡轮叶片的无损检测与评估技术。(3)大型薄壁复杂铝合金先进铸造技术。主要研究：高质量铸造铝合金液制备技术。改进现有合金材料制备过程中除气、精炼、细化、变质工艺。提高合金材料的力学性能；新型先进大型薄壁铝合金铸件成型方法。集成创新现有铸造技术和成套设备．显著提高大型铝合金铸件成型能力和铸造质量．同时降低铸造能耗和有害气体排放；铸件充型工艺设计及参数优化，针对典型铸件结构特点设计浇注系统，并对相关铸造工艺参数进行优化；铸件凝固过程和内部控制技术．采用计算机模拟技术模拟铸件整个凝固过程。通过对模拟结果的分析。优化铸造工艺。特别是冒口补缩系统及冷铁激冷系统。从而提高铸件内部质量：铸件变形控制技术。采用应力分析技术分析铸件铸造过程和热处理过程的变形．提高我国铝合金铸件的尺寸精度：铸造关键过程自动化控制技术。(4)钛合金等易氧化合金铸件的精密成形技术及装备。主要研究：易氧化合金纯净化熔炼新技术：大型、复杂、薄壁易氧化合金铸件整体精密成形技术：大型、复杂、薄壁易氧化合金铸件铸型制备及整体强度技术；大型薄壁铸件高尺寸精度及质量控制技术：大型、复杂、薄壁易氧化合金铸件离心铸造技术。(5)热风水冷无(薄)炉衬长炉龄冲天炉熔化成套技术。主要研究：20t，lI以上热风长炉龄水冷无(薄)炉衬冲天炉熔化成套技术；冲天炉熔化全程数字化、自动化控制，包括炉气中CO浓度控制及燃烧器内温度控制技术、铁水质量自动控制技术等；成套设备制造的可靠性技术，废气处理的燃烧系统(余热利用装置)、供风装置中的换热系统、无炉衬的水冷装置系统、炉气成套除尘净化系统等。(6)成形制造全过程优化分析、建模方法与仿真技术。该技术是先进制造技术的共性技术。主要研究：成形制造全过程(工艺缺陷一微观组织一机械性能一使用寿命)优化分析建模方法；成形制造全过程数值模拟技术及其软件系统。4结束语围绕航空航天、船舶、汽车、发电设备四大用户对铸造技术的需求，结合铸造行业技术发展趋势、以及相关行业专家对未来5一15年铸造技术预测和技术选择的结果，提出的关键技术，希望对“十二五”期间铸造技术的发展有所借鉴。参考文献：【ll中机生产力促进中心．数控机床与基础制造装备关键技术选择研究报告(课题报告)【z1．20lO．【2】中国技术前瞻撤告2004fMl．科学技术文献出版桂，2005．9万方数据