铸件砂型近净成形成套装备的研究及应用

作者:姚继成 李琛 发布时间:2019-08-20
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本课题的成功实施,提升了我国近净成型成套装备的制造能力和水平,打破了国外厂家在该技术领域的垄断,使我国成为世界上继德国之后少数掌握这一绿色铸造技术的国家之一,为汽车行业对精密铸件的需求提供了关键装备。

在机械装备中,铸件占整机重量的比例很高,比如,在内燃机中占80%,在拖拉机中占50%~80%,在液压和泵类机械中占50%~60%。通常,汽车发动机中的缸体、缸盖、曲轴、缸套、活塞、进气管和排气管等,几乎全部铸造而成。随着汽车制造技术的不断进步,对铸件毛坯的质量要求也日益提高,这些铸件毛坯的质量将直接影响到汽车的性能。因此,近年来,近净成形技术开始在国际铸造行业盛行,该技术可使铸件壁厚最薄达3mm以下,重量可减轻5%~20%,同时还极大地提高了铸件的尺寸精度,实现了绿色铸造、清洁生产。

为紧跟国际技术的发展步伐,在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项的支持下,济南铸造锻压机械研究所有限公司牵头承担了“铸件砂型近净成形成套装备”课题,为我国汽车行业开发急需的铸件生产关键近净成形成套装备。该课题的主要研究内容包括:研发汽车发动机缸体静压自动造型生产线、水平分型脱箱自动造型线和汽车缸体铸件生产用制芯中心。

围绕静压造型紧实技术、型砂精确定量技术、双面模板脱箱造型技术、模板自动更换技术、冷芯盒制芯技术以及机器人组芯技术、计算机监控技术、设备远程诊断与控制、自动浇注技术等,课题组开展了深入研究,在关键技术和核心技术上实现了突破,同时建立了创新平台和示范基地,具体表现在:

1. 汲取国内外静压造型机的成功经验,对静压造型进行了研究,自主创新完成了砂箱内尺寸1000mm×800mm×320/320mm的静压自动造型机总体设计方案,突破了德国、日本等少数发达国家在该领域的技术封锁和价格垄断,满足了我国汽车、航空航天、核电和船舶等重点行业对铸件的应用需求,实现了铸件近净、高效、精密、智能化的国产化生产目标,提升了我国基础制造装备的自主开发能力。

2. 攻克了静压造型线设计、制造和控制等技术难题,包括:静压造型紧实技术、型砂精确定量技术、模板自动更换技术、计算机监控技术、设备远程诊断与控制、自动浇注技术、关键件加工工艺技术、装配技术、调试技术和系统可靠性技术等,使本课题1000mm×800mm规格的造型线整体达到了国际先进水平。其中,静压造型紧实技术系国内首次在造型主机上开发、应用的新技术,主要包括大流量快速启闭吹气阀和快速同步运行的多触头压头;型砂精确定量技术,令造型机定量斗定量精度达到3%;双面模板脱箱造型技术,令合型精度≤0.3mm,生产率达到目前国外同类产品的240箱/小时的水平;模板自动更换技术,实现了在线状态下的不停机自动更换模板,确保了全线运行参数的柔性管理。

3. 在无箱造型线技术领域,攻克了双面模板脱箱造型技术。通过调查研究,确定了水平脱箱自动造型线由主、辅机和自动浇注机组成,造型方式采用技术先进的垂直射砂、两侧压实的紧实工艺,采用大动力液压挤压压实,以及水平回程起模、合型、浇注和机外下芯等方式。完成了水平脱箱自动造型线总体设计方案,对双面模板脱箱造型关键技术进行了详尽的研究,取得了创新性成果。

4. 在制芯中心技术领域,攻克了冷芯盒制芯技术、机器人组芯技术。通过调查研究,确定了制芯中心的技术方案:制芯中心由冷芯盒射芯机、锁芯机、组芯机器人及混砂机等构成。冷芯盒射芯机主要生产单体芯,锁芯机完成自动锁芯,组芯机器人完成砂芯的搬运、浸涂和组芯功能。

5. 建设了静压造型线创新能力平台:建立了完善的有箱线、无箱线和制芯专业的静压造型线研发体系,培养了从事造型装备及工艺开发的人才队伍。建成了静压造型线设计、试验平台和研发制造基地,为研发更高水平的静压造型线储备了技术。

6. 建立了我国静压造型线制造基地和应用示范工程,目前已形成年产8套近净成型成套装备的产业化生产能力,可为我国铸造行业造型、制芯设备及工艺研发提供全方位的优质高效服务,为我国静压造型线成套设备与工艺研发奠定了基础。

目前,课题成果已在新乡美斯威精密机器有限公司得到了示范应用,并建成了静压造型自动生产线应用示范基地。该生产线具备年产4万吨汽车转向节、制动器、排气管、泵体、发动机缸体和箱体等汽车部件的生产能力。


在新乡美斯威精密机器有限公司得到示范应用的铸件砂型近净成形成套装备


转向节


制动器


钳体


排气管


泵体


箱体


飞轮


支架

在课题实施过程中,济南铸造锻压机械研究所有限公司应用本课题的科研成果,开发出了整个系列的静压自动造型线产品(砂箱尺寸从1000mm×800mm~1850mm×1250mm),并在20多家用户单位开展了示范应用;制造了静压自动造型线配套的1500kg全自动浇注机、500kg主-从随动式缸体铸件搬运机械手等全套设备样机,并投入实际生产。到目前为止,静压造型线已推广应用6条,在国内高端用户市场达到了50%以上的占有率,在实际应用中累计创造产值2.46亿元。此外,配套德国HWS造型机的静压造型线也已推广应用了6条。2018年一季度,再次签订了6条静压造型生产线订单。

本课题的成功实施,提升了我国近净成型成套装备的制造能力和水平,打破了国外厂家在该技术领域的垄断,使我国成为世界上继德国之后少数掌握这一绿色铸造技术的国家之一,为汽车行业对精密铸件的需求提供了关键装备。课题成果极大地提高了我国现有静压造型线和水平分型脱箱自动造型线的技术水平、可靠性和稳定性,为替代进口,打造自主品牌做出了应有的贡献。

该课题获授权专利37项,其中发明专利5项,形成国家标准2项,行业标准4项,企业规范1项,发表论文6篇。

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