黏土砂造型设备的发展及应用

刘红，田超强

（沈阳航空航天大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110136）

黏土砂造型设备的发展及应用

刘红，田超强

（沈阳航空航天大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110136）

造型是铸造生产的主要工艺过程，紧实方法的发展从震击、震压、微震压实发展到射压、气冲、静压造型。文中主要介绍了各种黏土砂型造型设备的发展及应用情况，并结合我国造型设备应用中存在的问题提出造型设备的发展趋势。

造型设备；紧实方法；铸造；发展趋势

黏土砂型铸造具有造型材料成本低及造型生产率高等优点，目前铸件总产量的约70%是用湿黏土砂型工艺所生产。黏土砂造型在过去半个多世纪里一直是主导的造型工艺，在现在和未来的一个较长时期里，仍然占居重要的地位。其造型设备的机械化、自动化程度决定着铸造生产率的高低，产品质量的优劣，以及工人劳动条件的好坏，同时还对运输设备、浇注设备、落砂机械等的选用起着重要的作用，在一定程度上决定着整个铸造生产的面貌。本文主要介绍各种造型设备的发展过程及使用情况[1-3]。

2各种造型设备的发展及应用情况

2.1震击、震压以及微震压实造型设备

20世纪五、六十年代的造型设备是以震击、震压、微震压实为主的紧实方式。我国震击、震压造型机主要有用于小铸件生产的Z145A型，用于中型铸件生产的Z145B型，用于大的砂型的Z2310型及其系列产品。微震压实造型设备主要有采用全气动控制的ZB148A型半自动顶箱造型机，适用于对机械化、自动化程度要求不太高的铸造车间，以及四立柱微震压实造型机。国外微震压实造型机趋向采用新的震击机构降低噪声。如BMD公司的AKPA型微震压实造型机，采用内震击机构，将震击面移入机体内部，震击缓冲垫改用合成塑料，大大降低了噪声，据称噪声值可控制在85 dB.

20世纪80年代以后，震击、震压、微震压实紧实方式不再是造型机械设备的主要紧实方式，但仍然有不少企业应用此类设备进行铸造生产。2012年对近50家造型设备主要生产企业的销售进行了调查。各种造型线的销售数据为573条，其中有41条为由148、146等造型机配起来的流水线，占总销售数额的7.2%左右。因此，微震压实作为铸型紧实设备仍在使用。目前，我国有10余家造型设备企业生产震压式造型机[4，5]。

2.2多触头高压造型机

多触头高压造型机的压实比压大于0.7 MPa，由于高的比压使砂型紧实度增大，型壁强度提高，铸件尺寸精度较高，铸件表面粗糙度低，铸件致密性好。多触头高压造型通常配备气动微振装置，以便增加工作适应能力[6，7]。

中商情报网针对多触头高压造型机行业编写了《2014年版中国多触头高压造型机项目建议书》，对多触头高压造型机产品行业市场进行了分析。该报告分析了2007年至2012年多触头高压造型机的市场规模和增长率情况。可见，国内外多触头高压造型机的销售数量逐年增多，由2007年的300多台增至2012年的约800台。增长率在前三年每年递增，到2009年达到最大值，增幅超过25%.随后增幅下降。即使这样，在2012年仍有15%左右的增长率[8]。

2.3无箱、脱箱造型机

1）垂直分型无箱射压造型机

1961年丹麦DISA公司购买了垂直分型无箱射压造型机专利，研发了第一台生产用的造型设备。目前，世界各国共约有超过1 000家铸造厂采用这种造型方法生产铸件。1999年以来，DISA公司先后推出了一系列新产品，如DISA230、DISA240、DISA250、DISA280等。

这种造型机的优点：（1）生产率高，组线时辅助机构少；（2）铸型尺寸精度高；（3）便于实现自动化；（4）工作环境好，无震击噪音。我国早在上世纪七、八十年代就引进了丹麦DISA公司、西班牙洛拉门迪公司、日本光洋公司等外国企业的垂直分型造型线，并在此基础上又发展了自己的产品，如ZZ415、ZZ416等型号的造型机。之后，我国各生产企业积极吸收国外先进技术，并结合我国铸造行业特点，不断设计先进机型。目前，国产垂直分型无箱射压造型机能够达到生产率高，铸件尺寸精确，铸件表面质量高，噪声小，组线简单，辅机少以及节能等突出优点。同时采用机、电、气、液等一体化控制技术实现垂直分型无箱射压造型自动控制，提高了造型机运行的速度、准确性与可靠性[9]。

2）水平分型脱箱造型机

这种造型机与垂直分型相比下芯和下冷铁较方便，模板面积利用率高，较易保证铸件质量；采用双面模板，压实时两面同时受压，适于复杂铸型生产。因而这种水平分型脱箱造型的工艺发展较快。

1964年，美国亨特自动机公司生产的HMP系列水平分型脱箱造型机，采用重力加砂+压实工艺，是美国主流的水平分型脱箱造型线之一。美国B&P公司采用“顶射+侧射+压实”的水平分型脱箱造型机也得到了迅速的发展。十年之后欧洲以联邦德国BMD公司为代表，推出了Formatic系列水平分型脱箱造型机，其加砂方式为“顶射+底射+高压压实”工艺。日本引进欧美技术，并进行改进和创新，生产水平分型脱箱造型设备，并得到了快速发展。丹麦DISA公司采用“真空吸砂+模板压实”的新技术研发了DISA-FORMA3030、DISA-FORMA4040两种型号的水平分型脱箱造型线，其砂型紧实度分布均匀，型腔表面硬度可达到90以上。之后各国在原有设备的基础上不断完善和创新，生产出具有高生产率和可靠性的水平分型脱箱造型设备[10]。

我国从20世纪70年代开始进行水平分型脱箱造型技术研究，80年从日本引进丰和-亨特水平分型脱箱造型线。与此同时，进行各种水平分型脱箱造型机（线）仿制和开发新产品。XZ42系列水平分型脱箱造型线采用“射砂+模板反压”紧实工艺，是我国自行研制，并经历二十多年的改进完善、具有完全自主知识产权的新型水平分型脱箱造型线。采用此设备生产的铸型分型面及型腔紧实度高且均匀，并逐渐向砂型背面递减，使得铸型透气性好，生产的铸件尺寸精度高，表面质量好，并减少铸件产生气孔的可能性，此设备可生产形状更为复杂、具有高深吊砂或砂胎的铸件，应用范围更广泛[11]。

2.4气冲造型机

随着环境保护要求的提高，对铸造厂的噪音加以限制，因此需要寻找低噪声的型砂紧实工艺。气压造型具有噪声低、耗能少、砂型质量好等优点，成为人们研究的重点。

上世纪80年代以来，气冲造型技术首先由瑞士GF公司和德国BMD公司相继研发成功并推向世界铸造业。世界上第一条空气冲击造型线安装在西德Guss-und Armaturwerk公司，设计能力为100箱/h.设备优点是铸型紧实度高且均匀，透气性好，与同规格的其它设备相比，能源费用节约10%，且砂型没有回弹现象，铸件尺寸精确，重量可减轻5%，劳动条件好。之后，丹麦的DISA公司以及日本的新东工业公司也在气冲紧实方面做了大量投入。

我国于1988年从瑞士引进GF自动造型线，生产率为75型/h，主要生产车后桥和底盘铸件。2008年对该设备进行改造，采用S7-400 PLC主控器替代了原来的S5PLC，系统运行更加安全可靠，造型更精确、合理，铸件质量提高。除了引进气冲造型设备以外，我国济南铸锻机械研究所等单位也应用气冲技术成功开发了自己的产品，并推向市场[12]。

2.5静压造型机

气冲造型线虽具有设备简单、紧实速度快等优点，但其工艺适应性差，并不适应高吊砂及大平面铸型生产。因此，1980年代初日本新东公司发明了静压造型机。静压造型实质上是压缩空气流预紧实+压头压实的造型技术，但由于全部过程无震动、无冲击、低噪声，故将其称为静压造型。

静压造型机在结构上相对比气冲造型机要复杂些，但由于它节省型砂消耗，对型砂无特殊的要求，噪声低、震动小、拔模斜度小，尺寸精度高，可以减轻铸件重量等优点，使其在汽车、电机等铸件的造型中得到广泛的应用。日本新东公司研发的静压造型机有两种系列产品，一种是APS型有箱静压造型机，用来代替日本一直使用的AVS型气动微震压实造型机；另一种是FBS-P和FBM-P系列脱箱静压造型机。新东公司在2000年推出了一种ACE系列造型机。其优点为减少了型砂用量，节约能源，降低噪音。

德国HWS公司从日本新东公司购买静压造型专利，专门生产静压造型线。该公司的水平分型气流预紧实、高压终紧实的造型系统也有几百套在世界各国的铸造厂运行着。德国KW公司在上世纪七十年代也生产高压造型设备。与HWS公司相比，KW公司生产的高压造型设备的静压阀采用2套，多触头没有采用集成块，设备一次性投资成本低，维修方便，但外形美观度差[13]。

90年代初我国引进静压造型设备，用以制造发动机缸体、壳体铸件以及形状复杂芯子又多的铸件。同时，国内也进行静压造型工艺与设备的研发、设计和生产，目前主要有3家公司，分别是济南铸造锻压机械研究所有限公司、保定维尔铸造机械股份有限公司和苏州铸造机械厂有限公司。这三家公司生产的静压造型机采用了液压比例和伺服技术、电机伺服驱动技术、远程诊断技术，其使用性能接近国外先进水平。但与国外设备相比，国内静压造型设备液压电气系统可靠性较差，工艺程序存在不合理现象，加工装配质量不高，生产率较低。因此，需要继续研发高生产率的静压造型机，分析影响可靠性的诸多因素，控制好每一个环节，研发生产高可靠性静压造型机[14]。

3造型设备发展趋势

目前，我国有100余家造型设备企业。从整体来讲，造型设备生产存在的比较严峻问题是缺乏创新性，国产造型设备生产制造技术水平和自动化水平较低，设备的合型精度及其稳定性持续时间、生产率、产品可靠性、设备密封性、定位准确程度等方面较之进口的设备存在差距，高能产品主要应用国外技术。

因此，国内厂商要根据市场的需求开发具有自主知识产权的先进造型设备，要充分整合现有资源，并将先进的传感技术、计算机技术和自动控制技术应用到造型设备及其系统中去，设计研发智能化水平高端的先进造型设备，使造型设备的生产制造智能化、集约化，从而提高产品的精度、可靠性、稳定性。在此基础上，调整产业结构，加大生产力度，以进一步提高生产效率和节能减排为目标，逐渐缩小甚至赶上国外造型设备的发展。

4结束语

在铸造生产中黏土湿型砂造型仍将是主要造型生产方法，在造型设备的发展过程中，研究开发生产率高、造型精度高、低噪声低污染的造型设备将是铸造厂商发展的重点。

参考献：

［1］谢明义，阎鹏飞，徐贵宝.浅谈铸造造型设备的选用［J］.机械工业标准化与质量，2012（5）：45-46.

［2］贾瑛.中小企业铸造车间改造中造型设备和造型自动线的选用［J］.铸造设备研究，2007（4）：5-8.

［3］卢军.国产砂型和金属型清洁高效铸造设备的现状分析［J］.中国铸造装备与技术，2010（3）：13-15.

［4］张伯明.我国铸造业发展中一些问题的探讨［J］.铸造设备与工艺，2012（3）：53-58.

［5］母向东.对降低震击式造型机噪声的研究［J］.商品与质量，2015（3）：56-57.

［6］王继祥，张伯明.2012年造型设备市场的回顾与讨论［J］.机械工业标准化与质量，2013（3）：41-45.

［7］韦清华.KW造型线液压系统的新特点［J］.中国铸造装备与技术，1999（6）：50-50.

［8］中商情报网.2014年版中国多触头高压造型机项目建议书［EB/OL］.http：//www.askci.com/

［9］张少芳，李献军，刘志静.垂直分型无箱射压造型线过控系统设计［J］.铸造技术，2015（4）：1032-1033.

［10］白凤文.水平分型脱箱造型线的应用与垂直分型造型线展望［J］.中国铸造装备与技术，2010（3）：54-56.

［11］王孟苏，陈巧华，王祥生.新型水平分型脱箱造型机的应用［J］.铸造，2010（1）：46-50.

［12］陈放平，吴清生，陈尚文等.GF气冲造型线电气控制系统的技术改造［J］.中国铸造装备与技术，2009（2）：48-51.

［13］蔡济昊.静压造型技术的发展［J］.中国铸造装备与技术，1999（5）：7-10.

［14］武明怀，李专政.国内外静压造型工艺与设备简介［J］.中国铸造装备与技术，2012（4）：5-10.

Development and Application of Clay Sand Molding Equipment

LIU Hong，TIAN Chao-qiang
（School of Material Science and Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang Liaoning 110136，China）

In casting production，molding is the main process.The compaction method develops from shock，jolt-squeeze，slight shock compacting to shoot squeeze，impulse molding and static pressure molding.Along with the development，the compacting effect is gradually improving.In this paper，the development and application of various clay sand molding equipment is introduced，and combined with the problems of the application in our country，the development trend of molding equipment is presented.

molding equipment，compaction method，casting，development trend

TG231.6

A

1674-6694（2017）02-0004-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.002

2016-12-02

刘红（1972-），女，辽宁沈阳人，博士，副教授，主要从事材料成型设备及工艺方面的工作。