汽車模具數字化無模鑄造技術發展前景分析

    　鑄造有著數千年的歷史，干將莫邪鑄鐘娘娘的傳說里都有著對鑄造工藝的描述；去年熱映的電影《鋼的琴》里那架鋼琴的琴體也是由鐵水鑄成。

　　在幾千年歷史河水的沖刷中，鑄造工藝幾乎從未被改變過。以應用最廣泛的砂型鑄造為例，先根據圖樣做出木模，再放入砂箱填型做出砂型，后將熔化的金屬澆灌入砂型空腔，冷卻凝固獲得鑄件。從祖輩手中的煙袋鍋子，到現代汽車的發動機缸體，鑄件幾乎都是出自這種工藝。

　　整個過程環節較多，需預留工藝補正量，并且尺寸精度差，人為影響因素很大，因為大部分都是以二維圖紙為基礎進行設計制造。

　　隨著汽車機床等現今制造業技術的高速進步，以及核電航空航天國防軍工等重大裝備和重大工程的實施，鑄造產品發展的趨勢要求更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量，更好的表面質量，更復雜的結構。同時，節能降耗減少污染也是現代制造業的迫切要求。

　　根據《中國鑄造行業發展規劃》，2015年中國的鑄件總產量將達到5000萬噸以上，年產值達到7500億元以上，數字化無模鑄造技術及裝備將在汽車模具機床工程機械航空航天等領域應用前景廣闊。

　　鑄造生產中，砂型鑄造應用最廣泛，世界上大約80%的鑄件都采用木模金屬模等進行砂型鑄造。目前，我國有3萬多家的鑄造企業，2011年我國鑄件年產量超過了4000萬噸，消耗了大量木材和金屬。2012年我國數字化無模鑄造精密成形機預計推廣應用30臺，亞洲歐洲亦有橄欖枝拋來，這種裝備可在兩天內制作出以前需要1-2個月才能完成的砂型，在單件小批量鑄件及鑄造模具開發生產中徹底將鑄造工藝中的木模拋棄，在鑄造行業中推廣應用，將會節約大量木材和金屬，挽救成千上萬棵樹。

　　反觀傳統鑄造工藝，為了達到要求，木模金屬模等的制作過程耗時耗力，動輒以月為單位的開發周期，拖了制造后腿。在提高產品開發效率和降低能耗的呼聲中，鑄造工藝應無模化柔性化數字化精密化綠色化和智能化。

　　2008年，數字化無模鑄造技術的發明者單忠德收到中國一汽的一個鑄件圖紙，對方希望能夠采用數字化無模鑄造技術進行砂型制造的測試，表示如果能在兩天后的周一，依據圖紙制出該鑄件的合格砂型，中國一汽將啟動購置設備談判。兩天后？按照傳統鑄造工藝，通常需要30-45天甚至更長時間！結果是，周一單忠德帶領的研發團隊把砂型擺在了談判客戶面前。單忠德及其團隊開發的數字化無模鑄造精密成形技術及裝備，直接從砂型加工入手。技術人員所需要做的很簡單，先用電腦將所需鑄件的三維CAD模型做出來，自動規劃路徑后輸入到無模鑄造精密成形機，然后，就等著看刀頭的機器舞吧。

　　刀頭會按照程序設定的軌跡移動，或上或下，或左或右，或淺或深這是一種精密機械獨有的運動美感。經過一番切削后，一個完美的砂型得以呈現。這個過程，最快只需要幾個小時，這點時間比起動輒以月為單位的開發周期，幾乎可以忽略不計。

　　看過數控機床的刀頭上下翻飛雕琢一個金屬件的朋友，也許會在無模鑄造精密成形機前體味到異曲同工之妙。

　　但你所不知道的是，由于是對型砂直接切削加工，因此存在著復雜薄壁砂型加工易出現坍塌且表面粗糙高速旋轉的刀具加工砂型易磨損或崩刃，加工的廢砂如何及時清除及刀具冷卻等諸多問題。

　　單忠德舉例說，型砂質地粗糙，高速旋轉的刀具與堅硬的型砂顆粒碰撞，普通刀頭豈有不壞不崩之理？所以無模成形系列技術中，有一項就是專門的長壽命刀具研制。再有，切削型砂不可能用切削液給刀頭降溫，而產生粉塵又該如何處置？他們想到了在刀頭周圍創造出一個正負壓環境，這樣既解決了降溫問題，又不至于讓刀頭起舞時黃沙滾滾。

　　據單忠德介紹，該項目創新提出鑄型數控加工方法復雜薄壁件砂型配方刀具冷卻和廢砂排除一體化方法金屬件自適應鑄型制造及鑄型坎合組裝方法，創新地開發出具有自主知識產權的長壽命高速砂型加工刀具固化砂型加工工藝參數的專用高速高效開放式數控系統和數據接口管理軟件刀具冷卻和廢砂排除一體化系統和系列化的無模鑄造精密成形機。

　　由于三維CAD模型直接驅動鑄型制造，拋棄了傳統的木模或金屬模等模具，大大縮短了鑄造流程，并實現了鑄造行業的數字化，因此數字化無模鑄造精密成形技術被稱作是鑄造技術的革命。

　　技術革命的效果就是，加工費用僅為有模方法的1/10左右，開發時間縮短了50%-80%，相應地制造成本降低了30%-50%。

　　如果你是一個鑄造行業的從業人員，你應該可以體會到，不僅享受到時間節省和成本降低，重要的是使用該技術搶占了市場先機，由此所帶來的收獲更讓人心潮澎湃。

　　如果你是一個鑄造行業的從業人員，你還會注意到，型芯數字化加工，取消了拔模斜度，提高了零件的成形精度，同時減少了設計中的加工余量；型芯柔性化的設計和靈活多樣組合，為設計和制造提供了充分自由度；另外，多種類激冷效果各異的型砂可構造自適應復合砂型。

　　如果在鑄件開發及小批量生產中應用數字化無模鑄造成形技術，將減少大量木材和金屬的消耗，挽救成千上萬棵樹，成片的森林。同時，由于減少拔模斜度和加工余量，每噸鑄件可平均減重3%，還將會節約大量金屬和煤電，利于行業節能減排。

　　截止到2011年年底，單忠德團隊先后在北京吉林長春山東煙臺河南洛陽江蘇常州和廣西玉林等建立了7個數字化無模鑄造精密成形技術與裝備的應用示范基地。中國一汽中國一拖廣西玉柴等企業已經采用該方法及裝備，成功完成了輪轂齒輪殼體變速箱體進排氣管發動機缸體等復雜鑄件的開發，產生經濟效益上億元。