一、概述
鑄造是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機(jī)械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置。 我國鑄造業(yè)的現(xiàn)狀是產(chǎn)量大，年產(chǎn)鑄件約1,200萬噸，廠點多，達(dá)2萬多個，鑄造業(yè)的從業(yè)人員在120萬人以上。我國鑄造行業(yè)的一大特色是改革開放以來鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅猛發(fā)展，成為我國鑄造行業(yè)的一支重要力量。鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點數(shù)已超過國有鑄造廠點，鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點的鑄件產(chǎn)量約占全國鑄件總產(chǎn)量的一半。
當(dāng)前世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家鑄造技術(shù)的發(fā)展歸納起來大致有四個目標(biāo)，即：①保護(hù)環(huán)境，減少以至消除污染；②提高鑄件質(zhì)量和可靠性，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近終形鑄件；③降低生產(chǎn)成本；④縮短交貨期。我國鑄造行業(yè)除廠點多,從業(yè)人員多,產(chǎn)量大以外,與發(fā)達(dá)國家相比,在質(zhì)量、效率、能源與材料消耗、勞動條件與環(huán)境保護(hù)等方面都存在差距。造成這些差距的原因是鑄造廠點規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)實力差，工藝和設(shè)備落后，管理水平低，從業(yè)人員素質(zhì)不高。 為了消除這些差距，為了滿足我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，也為了鑄造行業(yè)自身的存在與發(fā)展，我國的鑄造行業(yè)應(yīng)以提高鑄件質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益為中心，面向國內(nèi)和國際兩個市場；加強(qiáng)管理，打好基礎(chǔ)，提高企業(yè)素質(zhì)；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理配置資源，提倡適度規(guī)模經(jīng)營；繼續(xù)以適用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備改造鑄造行業(yè)，實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，保證可持續(xù)發(fā)展。
1 效益是企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ) 發(fā)展的基礎(chǔ)是效益，發(fā)展又是為了實現(xiàn)更高的效益。中國應(yīng)該有一個高效益的鑄造業(yè)。沒有效益的企業(yè)連生存也是困難的，更談不上發(fā)展。為了提高效益，應(yīng)從以下幾方面著手： ①減員增效與節(jié)能降耗。 ②實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)。 ③采用新技術(shù)，實現(xiàn)科學(xué)管理。
2 質(zhì)量是企業(yè)的生命 質(zhì)量和效益有時看似矛盾，但兩者是統(tǒng)一的。產(chǎn)品質(zhì)量低劣的企業(yè)終究是不能立足的，更談不上效益,也不可能持續(xù)發(fā)展。提高產(chǎn)品質(zhì)量需從以下幾方面著手： ①合理選購原輔材料，正確制訂及嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的工藝規(guī)程。 ②采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料。 a.加強(qiáng)計算機(jī)技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的研究。 b.在砂型鑄造中采用高硬度及高均勻度的鑄型,發(fā)展與推廣相應(yīng)的工藝與設(shè)備。 c.發(fā)展近凈形及凈形鑄造成形新工藝。 d.發(fā)展液態(tài)金屬處理及凈化的新工藝新技術(shù)，優(yōu)化材料性能。 e.發(fā)展機(jī)械化自動化，以保證鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性、均一性，改善勞動條件。 f.加強(qiáng)鑄造環(huán)保設(shè)備的研究和應(yīng)用。 ③具有一支穩(wěn)定的高素質(zhì)的從業(yè)人員隊伍。
3 實現(xiàn)清潔化生產(chǎn) 清潔化生產(chǎn)是可持續(xù)發(fā)展的基本要求。清潔化生產(chǎn)的含義是：實現(xiàn)盡可能低的資源(原材料)與能源消耗；實現(xiàn)宜人化的生產(chǎn)環(huán)境及最低或零污染物排放;生產(chǎn)清潔化的產(chǎn)品(產(chǎn)品耗能、耗材少,易于再生復(fù)用及符合人機(jī)工程要求)。鑄造的清潔化生產(chǎn),主要是應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備以實現(xiàn)低消耗、低污染或者無污染及鑄造生產(chǎn)的宜人化環(huán)境等方面。
二、堅持進(jìn)行技術(shù)改造，采用成熟、適用、先進(jìn)技術(shù)
企業(yè)技術(shù)改造，要根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點、批量大小、質(zhì)量要求，合理選用成熟、適用、先進(jìn)的技術(shù)。
首先，所選技術(shù)必須成熟可靠。因為技術(shù)改造不是科研，不允許失敗；也不是中間試驗，可以小規(guī)模、小范圍，而不講時間和條件。技術(shù)改造是要將成熟的科技成果應(yīng)用于設(shè)計、生產(chǎn)中。同時所選技術(shù)對改造企業(yè)來講還必須適用，保證在經(jīng)濟(jì)上合理。實踐告訴我們，并非凡是先進(jìn)的、技術(shù)含量高的一定是適用的。各種技術(shù)都有一定的局限性和適用范圍，適合于一定的零件，選擇不當(dāng)，再先進(jìn)的技術(shù)，也不能確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，不能保證產(chǎn)生高的經(jīng)濟(jì)效益。
1 發(fā)展高性能鑄造合金，提高產(chǎn)品的材質(zhì)水平 據(jù)近五年統(tǒng)計，我國鑄鐵件占鑄件總產(chǎn)量的79%～80%(球鐵約占13%)，鑄鋼件占13%～14%，有色合金鑄件約占7%，(鋁鑄件約占5.5%)。發(fā)展趨勢是灰鑄鐵件、鑄鋼件(主要是碳鋼件)、可鍛鑄鐵件呈下降趨勢，球鐵件在增長，輕合金件占的比例越來越大。發(fā)達(dá)國家輕合金鑄件產(chǎn)量已超過鑄鋼件，其產(chǎn)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鑄鋼件；日本1998年壓鑄件的產(chǎn)值已接近灰鑄鐵件；球墨鑄鐵件的產(chǎn)量為鑄鋼件的四倍多，產(chǎn)值為鑄鋼件的兩倍。 今后，我國應(yīng)提高球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強(qiáng)度灰鑄鐵、合金鑄鋼、鑄造鋁合金、鎂合金的比例。 1)鑄鐵 (1)加強(qiáng)高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā) 低成本和良好的鑄造性能是灰鑄鐵的主要優(yōu)勢，所以灰鑄鐵已廣泛應(yīng)用于汽車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、壓縮機(jī)和市政建設(shè)等領(lǐng)域。今后制約灰鑄鐵件增長和發(fā)展的主要因素之一是輕量化，鑄鐵輕量化將為鑄鐵工業(yè)注入新的活力，今后應(yīng)加強(qiáng)高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)。 (2)進(jìn)一步推廣使用球墨鑄鐵 隨著我國汽車工業(yè)和鑄管工業(yè)的發(fā)展，以及隨著我國球墨鑄鐵生產(chǎn)水平的提高，應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，預(yù)計進(jìn)入21世紀(jì)，我國球鐵件產(chǎn)量必將有大幅度的增長，應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大等溫淬火球墨鑄鐵在承受強(qiáng)載荷工況機(jī)械零件和耐磨件上的應(yīng)用。推廣鑄態(tài)球墨鑄鐵，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。 (3)擴(kuò)大蠕墨鑄鐵的應(yīng)用 蠕墨鑄鐵是一種新型材料,它的強(qiáng)度、塑韌性高于灰鑄鐵,鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵,具有優(yōu)良的耐熱疲勞性能和導(dǎo)熱性能,可在柴油機(jī)缸蓋和排氣管、液壓閥、機(jī)床床身、鋼錠模、玻璃模具等鑄件上推廣應(yīng)用。 (4)抓好鑄鐵熔煉環(huán)節(jié),提供優(yōu)質(zhì)鐵水 抓好鑄鐵的熔煉環(huán)節(jié),及時提供優(yōu)質(zhì)鐵水,這是提高鑄件綜合質(zhì)量的基本保證。所謂優(yōu)質(zhì)鐵水,是指鐵水溫度高,成分合格,波動小,元素?zé)龘p少,增碳率高。 目前我國用于鑄鐵件生產(chǎn)的熔煉設(shè)備90%以上為沖天爐,其中絕大部分又是小型(≤5T/h)冷風(fēng)沖天爐,且多使用冶金焦。這種爐子的能量效率不高(約38.8%),連續(xù)工作時間短,難以熔煉出優(yōu)質(zhì)鐵水。 為了獲得優(yōu)質(zhì)鐵水，應(yīng)當(dāng)推廣鑄造焦和先進(jìn)適用爐型。熔化量大的5t/h以上的沖天爐宜采用外熱風(fēng)(＞500℃)、水冷、連續(xù)作業(yè)、清潔、封閉沖天爐；流水線生產(chǎn)球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵件宜采用沖天爐感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉；生產(chǎn)特種小鑄鐵件，如供電條件好，可用感應(yīng)電爐熔煉。熔煉過程中，還可采用加氧送風(fēng)、等重除濕等先進(jìn)技術(shù)。 小型冷風(fēng)沖天爐或單爐膽熱風(fēng)沖天爐可改為雙爐膽式高效內(nèi)熱風(fēng)沖天爐，使熱風(fēng)溫度由200℃提高到400℃左右；推廣應(yīng)用多孔塞脫硫技術(shù)，發(fā)展蓋包、轉(zhuǎn)包、喂絲等球化工藝，提高球鐵鑄件的質(zhì)量。 在大批量流水生產(chǎn)中推廣應(yīng)用鐵水流、孕育絲和型內(nèi)孕育等瞬時孕育技術(shù)及過濾網(wǎng)技術(shù)，提高材料均勻性，并減少渣孔缺陷。 為及時掌握鐵水的成份變化和鐵水處理的質(zhì)量，應(yīng)逐步在專業(yè)鑄造廠配備一系列現(xiàn)代化的測試、分析和管理手段，要提高監(jiān)測設(shè)備的快速性、精密性及自動化程度。
逐步取消用爐前試塊觀測白口深度的原始粗測法，采用物理方法的鐵水性能速測儀或熱分析儀，快速測定C、Si、碳當(dāng)量和力學(xué)性能；資金充裕者引進(jìn)直讀光譜儀。 沖天爐煙氣凈化的措施就是抽出煙氣，使煙氣中的CO二次燃燒，燃燒余熱再預(yù)熱冷空氣并使熱風(fēng)鼓入沖天爐，同時達(dá)到提高鐵水溫度和煙氣凈化的雙重作用。 沖天爐除塵措施有： ①干式除塵器。投資少者可采用旋流除塵器、旋風(fēng)除塵器(含多管旋風(fēng)除塵器)；投資較多者可采用袋式、靜電、顆粒層等除塵器。 ②濕式除塵器或兩級組合除塵(如旋風(fēng)加布袋)。這要視要求排放標(biāo)準(zhǔn)和投資多少而定，但要注意，常用的袋式除塵器要考慮煙氣冷卻和布袋的使用壽命(特別是打爐時)，濕式除塵要處理好含塵水排放堵塞下水道，造成二次污染的問題。 2)增加鑄鋼品種，提高鑄鋼件質(zhì)量 鑄鋼工業(yè)發(fā)展的趨勢將不再是鑄鋼件產(chǎn)量、鑄鋼廠數(shù)量和生產(chǎn)能力的增加，而是鑄鋼件的質(zhì)量、品種、性能以及合金鋼的比例的不斷提高。我國合金鋼鑄件的比例不足20%，而工業(yè)發(fā)國家已達(dá)到42%～48%。隨著合金鋼鑄件比例的提高，對合金鋼液的精煉要求也愈來愈高。采用高新技術(shù)提高鑄鋼件性能，縮小鑄鋼件體積，提高鑄鋼件壽命是亟待解決的問題。建議在如下幾方面開展工作。 ①開發(fā)鑄鋼中合金鋼新鋼種，提高鑄鋼性能，部分頂替鍛鋼，提高材料利用率，降低成本，縮短制造周期，節(jié)省能源、資源等。 ②采用高新技術(shù)提高鑄鋼鋼液純凈度、均勻度與晶粒細(xì)化程度，進(jìn)一步提高鑄鋼的強(qiáng)韌性，減輕鑄件重量(與國外相比重10%～20%)，降低廢品率。精煉工藝有：氬氣凈化；鈣線射入凈化加氬氣凈化；AOD精煉；VOD、VODC爐精煉。 ③采用近終形鑄造技術(shù)，進(jìn)一步提高鑄鋼件尺寸精度與表面質(zhì)量，減少加工余量(與國外相比，加工余量大1～3倍以上)。 ④降低能源與新砂消耗(噸鋼水耗電：我國700～850kWh，日本450～550kWh)及提高鑄鋼件工藝出品率(我國55%～58%，工業(yè)發(fā)達(dá)國家60%)。 ⑤開發(fā)鋼基復(fù)合材料。 ⑥提高環(huán)保水平，達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 3)有色合金鑄造重點發(fā)展鋁、鎂等輕合金鑄造輕合金由于具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等一系列優(yōu)良特性，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械等各行業(yè)。有色合金熔煉應(yīng)推廣感應(yīng)電爐。感應(yīng)電爐熱效率高，作業(yè)環(huán)境好，應(yīng)是有色合金熔煉的主要設(shè)備。應(yīng)逐步淘汰燃油坩堝爐和焦炭坩堝爐。燃油坩堝爐和焦炭坩堝爐不但熱效率低，而且會對周圍環(huán)境造成污染。還應(yīng)推廣鋁合金氣體噴吹無毒熔煉技術(shù)。
2 發(fā)展先進(jìn)的造型、制芯、落砂、清理工藝和設(shè)備 先進(jìn)、成熟、適用的鑄造成型工藝方面，可按產(chǎn)品為對象，大致分為以下三種類型： (1)大批量生產(chǎn)的中小型鑄件，應(yīng)推廣預(yù)緊實的高壓、靜壓、射壓或氣沖造型高效流水線濕型砂造型，減少、淘汰震壓式造型；推廣樹脂砂高效制芯(熱、溫和冷芯盒，殼芯等)，減少油砂或粘土砂制芯的比例。濕型鑄造中推廣煤粉代用材料。 (2)單件、小批量生產(chǎn)的中、大型鑄件，繼續(xù)推廣各種類型的樹脂自硬砂(呋喃、Pepset法、堿性酚醛樹脂砂等)，在中、大型鑄鋼件生產(chǎn)中，也可推廣采用酯硬化水玻玻璃砂，代替和淘汰粘土砂干型。 (3)特定鑄件應(yīng)推廣各種特種鑄造，如離心鑄管、輕合金壓鑄、低壓鑄造、硅溶膠熔模鑄造或硅溶膠-水玻璃復(fù)合制殼工藝、型材連鑄、鐵型覆砂、V法、消失模鑄造等。 此外，還應(yīng)開發(fā)和推廣能提高鑄件精度和表面質(zhì)量的專用涂料系列和涂敷技術(shù)，如不占位涂料、流涂涂料、能控制冷卻速度的涂料等。
關(guān)于鑄件清理，繼續(xù)推廣強(qiáng)力拋、噴丸等高效機(jī)械化清砂，淘汰水力清砂、水爆清砂，減少手工清砂。對鑄鐵件配備拋丸清理設(shè)備或清理生產(chǎn)線，鑄鋼件或較復(fù)雜的鑄鐵大件采用噴拋聯(lián)合清理設(shè)備，液壓件等小殼體類鑄件可采用電液壓或電化學(xué)清砂設(shè)備；如組織清整生產(chǎn)線要盡量考慮鑄件的在線檢測(如測尺寸精度、表面硬度等)、粗加工基準(zhǔn)定位面，設(shè)置鑄件的防銹處理(浸防銹液或涂底漆等)。 還應(yīng)開發(fā)推廣機(jī)械手和機(jī)器人在落砂清理, 切割澆冒口, 打磨飛邊毛刺中的應(yīng)用, 改善工人的勞動條件。
3 將計算機(jī)技術(shù)引入鑄造領(lǐng)域 傳統(tǒng)的鑄造設(shè)計、生產(chǎn)方法已不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)和社會進(jìn)步的要求，為了贏得競爭、占有市場、可持續(xù)發(fā)展，鑄造生產(chǎn)廠必須變革傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，引進(jìn)新技術(shù)、新思維。將計算機(jī)技術(shù)引入鑄造領(lǐng)域正是這一趨勢的迫切要求。 以下就計算機(jī)在鑄造領(lǐng)域應(yīng)用的一些重要方面，包括計算機(jī)輔助設(shè)計與分析、計算機(jī)檢測與控制、專家系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、鑄造工裝的計算機(jī)應(yīng)用以及Internet與鑄造產(chǎn)業(yè)等進(jìn)行闡述。 1)計算機(jī)輔助設(shè)計與分析 (1)計算機(jī)輔助設(shè)計 計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Aided Design,簡稱CAD)是以計算機(jī)為主要手段，輔助設(shè)計者完成某項設(shè)計工作的建立、修改、分析和優(yōu)化，輸出信息全過程的綜合性技術(shù)。 與傳統(tǒng)鑄造工藝設(shè)計方法相比，用計算機(jī)設(shè)計鑄造工藝可以顯著提高設(shè)計效率、縮短設(shè)計周期;能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計與分析的統(tǒng)一;可以存貯并利用鑄造工作者的經(jīng)驗,較容易設(shè)計出合理的鑄造工藝;同時為鑄造計算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering,簡稱CAE)、計算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing,簡稱CAM)、計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(Computer Aided Process Planning,簡稱CAPP)及計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System,簡稱CIMS)的實施準(zhǔn)備完備的信息,奠定良好的基礎(chǔ)。 經(jīng)過幾十年的努力,目前國內(nèi)外研制開發(fā)的鑄造工藝CAD系統(tǒng),概括起來可以分為通用和專用鑄造工藝CAD兩類： 通用鑄造CAD系統(tǒng)：主要用于普通砂型鑄造工藝的設(shè)計,又分為鑄鋼、灰鑄鐵、球鐵及有色等種類。功能包括澆注系統(tǒng)設(shè)計,補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計,分型面、拔模斜度、加工余量的確定,尺寸標(biāo)注以及工藝圖及工藝卡的輸出。 專用鑄造CAD系統(tǒng)：主要用于某些特定范圍和特定目的的鑄造工藝設(shè)計,如壓鑄型CAD、齒輪類CAD、閥體類CAD、曲軸類CAD、機(jī)架類CAD、缸體類CAD、葉片類CAD、DISA造型線鑄造工藝設(shè)計CAD等。 上述鑄造工藝CAD多為二維系統(tǒng)，以甩掉繪圖板、紅藍(lán)鉛筆及鑄造手冊為主要目的。 (2)計算機(jī)輔助分析 計算機(jī)輔助分析又稱計算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering,簡稱CAE),是計算機(jī)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。一般說來,它是通過建立能夠準(zhǔn)確描述研究對象某一過程的數(shù)學(xué)模型,采用合適可行的求解方法,使得在計算機(jī)上模擬仿真出研究對象的特定過程,分析有關(guān)影響因素,預(yù)測這一特定過程的可能趨勢與結(jié)果。鑄造過程數(shù)值模擬技術(shù)便屬于典型的CAE技術(shù)。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展,鑄造CAE所涉及的范圍已相當(dāng)廣泛,歸納起來主要有表1所示的幾個方面：
鑄造CAE的內(nèi)容、數(shù)學(xué)模型及用途
內(nèi) 容 \\\ 數(shù)學(xué)模型 \\\ 用 途
溫度場模擬 \\\ 傳熱學(xué)原理 \\\ 分析鑄件的傳熱過程，模擬鑄件的凝固進(jìn)程，預(yù)測縮孔縮松缺陷
流動場模擬 \\\ 流體力學(xué)原理 \\\ 分析鑄件的充型過程，可以優(yōu)化澆注系統(tǒng)，預(yù)測卷氣、夾渣、沖砂等缺陷
流動，傳熱耦合計算 \\\ 流體力學(xué)與傳熱學(xué)原理 \\\ 在模擬充型同時，計算傳熱，可以預(yù)測澆不足、冷隔等缺陷，提高溫場模擬精度
應(yīng)力場模擬 \\\ 力學(xué)原理(有Heyn模型,彈塑性模型,Perzyna模型等),分固相及固液并存區(qū)兩種類型 \\\ 分析鑄件的應(yīng)力分布，預(yù)測熱裂、冷裂、變形等缺陷
組織模擬 \\\ 確定性模型，Monte Carlo、Cellular Automaton等統(tǒng)計法模型，相場模型 \\\ 分宏觀,中觀和微觀模擬,計算形核數(shù),初晶類型,枝晶生長速度,組織轉(zhuǎn)變,石墨形狀、大小,預(yù)測性能
其他過程模擬：沖天爐熔化過程模擬，型砂緊實過程模擬等
上述模擬技術(shù)已從最初的普通重力砂型鑄造擴(kuò)展到壓鑄、低壓鑄造、熔模鑄造、電磁鑄造、雙輥連鑄、電渣熔鑄等眾多鑄造方法。 目前，鑄造數(shù)值模擬技術(shù)尤其是三維溫度場模擬、流動場模擬及彈塑性狀態(tài)應(yīng)力場模擬已逐步進(jìn)入實用階段，國內(nèi)外一些商品化軟件系統(tǒng)先后推向市場，對實際鑄件生產(chǎn)起著越來越重要的作用。因此，對計算機(jī)輔助設(shè)計與計算機(jī)輔助分析應(yīng)以積極推廣。 ①實施甩圖板、甩紅藍(lán)鉛筆、甩鑄造手冊工程 當(dāng)前國內(nèi)鑄造生產(chǎn)依然是采用傳統(tǒng)的工藝設(shè)計手段，鑄造工藝CAD的應(yīng)用幾近空白，應(yīng)當(dāng)盡快實施甩圖板、甩紅藍(lán)鉛筆、甩鑄造手冊工程，實現(xiàn)鑄造工藝的計算機(jī)設(shè)計。這是鑄造行業(yè)技術(shù)改造的必然要求。 ②大力推廣鑄造CAE技術(shù) 目前國內(nèi)采用鑄造CAE技術(shù)的企業(yè)不到100家，僅占所有鑄造廠家的0.5%左右，與西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家(10%左右)差別很大，推廣應(yīng)用工作應(yīng)大力加強(qiáng)。一方面國內(nèi)鑄造業(yè)應(yīng)解放思想，大膽采用最新科技成果；另一方面還應(yīng)正確認(rèn)識鑄造CAE系統(tǒng)的作用，它側(cè)重于分析、優(yōu)化鑄造工藝，但它絕對不能完全代替鑄造工程技術(shù)人員，不能神化它的功用，亦不應(yīng)無視其作用，確切地說它是鑄造工作者手中的有利工具。最后還需要政府的扶植，多渠道推廣。 ③鑄造工裝初步實現(xiàn)CAD／CAE/CAM/RPM一體化，進(jìn)一步實現(xiàn)遠(yuǎn)程制造 在整個鑄造生產(chǎn)中，鑄造工裝尤其是鑄造模具/模板的設(shè)計制造，比較易于實現(xiàn)CAD/CAE/CAM/RPM一體化。目前國內(nèi)一些鑄造工裝企業(yè)已初步采用了上述先進(jìn)設(shè)計制造技術(shù)，甚至還實現(xiàn)了遠(yuǎn)程制造。但范圍太小，需要進(jìn)一步加大推廣應(yīng)用力度。 ④加強(qiáng)人才培訓(xùn) 鑄造CAD、CAE推廣應(yīng)用的另一個關(guān)鍵是人才培訓(xùn)，性能先進(jìn)的CAD、CAE軟件系統(tǒng)只有配以高素質(zhì)的應(yīng)用人才才能達(dá)到最佳效果。因此在推廣高技術(shù)的同時應(yīng)大力加強(qiáng)人才培訓(xùn)。 2)計算機(jī)檢測與控制 利用計算機(jī)實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測與控制是計算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的重要內(nèi)容。近些年來，已經(jīng)出現(xiàn)了很多利用微機(jī)來測試各種參數(shù)、監(jiān)視生產(chǎn)狀況、控制生產(chǎn)過程的設(shè)備及裝置，從而有效地提高了鑄件質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低鑄造成本。鑄造過程采用微電子及計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測與控制是生產(chǎn)高質(zhì)量鑄件的必備條件，也是現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)的一個重要標(biāo)志。
微機(jī)檢測與控制系統(tǒng)通常由計算機(jī)硬件與軟件、I/O接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)、傳感器及執(zhí)行機(jī)械等部分組成。 目前在鑄造生產(chǎn)中運用的微機(jī)檢測與控制系統(tǒng)主要有如下幾個方面： ①型砂性能及砂處理過程微機(jī)檢測與控制。主要功能有緊實率、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、有效粘土含量、透氣性測定及水分控制。 ②沖天爐熔煉的微機(jī)檢測與控制。主要功能有配料的自動控制、風(fēng)量調(diào)節(jié)、冷卻水量控制、濕度及溫度控制。 ③金屬液質(zhì)量的爐前快速檢測及微機(jī)處理。主要功能有各元素成分測定、金屬液溫度、共晶度、孕育效果、抗拉強(qiáng)度、硬度的測定。 ④鑄件成形過程的微機(jī)檢測與控制。主要功能有金屬液流動性檢測、鑄型性能檢測、造型線主輔機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控。 ⑤鑄件成品質(zhì)量的微機(jī)檢測。主要功能有檢測鑄件內(nèi)部空洞的大小、檢測鑄件表面的粗糙度。 此外還有低壓及壓鑄生產(chǎn)過程微機(jī)控制系統(tǒng)、料庫監(jiān)控系統(tǒng)及生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)等。 隨著科技的發(fā)展，鑄造行業(yè)計算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)將越來越強(qiáng)調(diào)在線監(jiān)控，強(qiáng)調(diào)集成化與智能化。 ①在線化 能夠?qū)﹁T造過程或設(shè)備進(jìn)行在線檢測與控制，能夠及時準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場狀態(tài)，實時控制有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，從而使鑄造過程或設(shè)備保持著最佳狀態(tài)。 ②集成化 各監(jiān)控系統(tǒng)能夠相互配合、相互協(xié)調(diào)，成為一個有機(jī)的整體。 ③智能化 監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場實際情況，自動發(fā)出準(zhǔn)確合理的指令控制相關(guān)對象。 ④遠(yuǎn)程化 利用Internet可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程(異地)監(jiān)控。 國內(nèi)鑄造企業(yè)這一領(lǐng)域的計算機(jī)應(yīng)用相對較多,尤其是一些大規(guī)模專業(yè)鑄造生產(chǎn)廠家,比較注重該方面技術(shù)的應(yīng)用。但總的來說,應(yīng)用面還不夠?qū)?現(xiàn)有的檢測與控制系統(tǒng)也大都是散兵游勇,各自為政,相對孤立地完成某一特定的工作。因此鑄造企業(yè)一方面在抓現(xiàn)有鑄造監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)代化改造的同時,注重引進(jìn)吸收先進(jìn)在線化、智能化、集成化的監(jiān)控技術(shù),從而達(dá)到高效低耗生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄件的目的。
3)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)(Expert System)是近幾十年來人工智能領(lǐng)域研究開發(fā)的計算機(jī)系統(tǒng),它是人類長期以來對智能科學(xué)的探索成果和實際問題求解需要相結(jié)合的必然產(chǎn)物。 專家系統(tǒng)是一種基于知識的智能系統(tǒng),以求解那些人類專家才能解決的高難度問題為特征。一般包括知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識獲取機(jī)制、解釋機(jī)制及用戶接口等部分。 鑄造生產(chǎn)是一個復(fù)雜的過程,產(chǎn)品質(zhì)量受諸多影響因素的制約。而這些因素一般是隨機(jī)的、復(fù)雜的、很難用數(shù)學(xué)公式描述。在處理一些突發(fā)事件時,往往需要豐富的知識與經(jīng)驗,而這些知識與經(jīng)驗并不是所有人都能夠掌握的。一個性能優(yōu)越的鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)就可以處理生產(chǎn)中錯綜復(fù)雜的情況,在不確定信息基礎(chǔ)上得到正確的結(jié)論,及時準(zhǔn)確地解決問題。國外鑄造專家系統(tǒng)的研制起始于80年代,一些不同類型的鑄造專家系統(tǒng)先后推向市場,如沖天爐控制專家系統(tǒng),鑄件缺陷分析診斷專家系統(tǒng),鑄造過程規(guī)劃、咨詢系統(tǒng),熔模鑄造專家系統(tǒng)等,在實際生產(chǎn)中已取得較好的應(yīng)用效果。 國內(nèi)這一領(lǐng)域的研究開發(fā)工作起步較晚，但在一些方面也取得了長足進(jìn)步,先后推出了型砂質(zhì)量管理專家系統(tǒng),鑄造缺陷分析專家系統(tǒng),自硬砂質(zhì)量分析專家系統(tǒng),壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計及缺陷診斷鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)等。 盡管鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)的研究工作已在很多領(lǐng)域展開,并取得了一定的應(yīng)用效果,但總的來說目前還處于初始階段。
一些技術(shù)及應(yīng)用環(huán)節(jié)的障礙,如鑄造知識類型復(fù)雜、知識表達(dá)困難、決策空間大、多目標(biāo)和多重約束、模糊性和不確定性等都有待于進(jìn)一步解決。 專家系統(tǒng)控制是智能控制的另一個重要分支,是專家系統(tǒng)應(yīng)用研究的前沿。在線專家系統(tǒng)控制更是倍受關(guān)注,鑄造領(lǐng)域這方面的研究將逐步展開。 鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)是一個與實際生產(chǎn)結(jié)合極其緊密的應(yīng)用技術(shù),需要從實際中來,到實際中去。鑄造專家系統(tǒng)的研制及應(yīng)用均需要鑄造生產(chǎn)企業(yè)給予大力的幫助與支持,因此應(yīng)用推廣工作應(yīng)引起多方面高度重視。
4)信息處理系統(tǒng) 信息社會的一個重要特征就是"信息爆炸",在這樣的背景下,如何運用高效的管理手段及時準(zhǔn)確地分析和處理要"爆炸"的信息和浩瀚的數(shù)據(jù)就顯得非常重要了。對于一個鑄造企業(yè)來說,企業(yè)內(nèi)部各管理部門之間、各生產(chǎn)部門之間、管理和生產(chǎn)部門之間以及企業(yè)和外部之間需要傳遞大量的信息；另一方面企業(yè)內(nèi)部各部門技術(shù)的進(jìn)步往往會發(fā)生一些阻礙信息交流的"孤島",一些處理系統(tǒng)如CAD、CAE、CAM、CAPP所需要的及所生成的數(shù)據(jù)彼此差異很大,需要協(xié)調(diào)管理,才能達(dá)到資源共享。根據(jù)上述要求信息處理系統(tǒng)(Information Processing System)應(yīng)運而生。 企業(yè)信息處理系統(tǒng)有別于管理信息系統(tǒng)(Management Informtation System,簡稱MIS)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Production Data Management,簡稱PDM),是一個范圍更廣、內(nèi)容更深,集整個企業(yè)所有行為為一體的信息處理系統(tǒng)。以鑄造生產(chǎn)為例,一個鑄造廠的信息處理系統(tǒng)應(yīng)含蓋該廠的所有行為,包括市場營銷、物料進(jìn)出、生產(chǎn)組織與協(xié)調(diào)、行政管理、與外界的信息交換等等。 當(dāng)今世界信息技術(shù)即將成為第一大產(chǎn)業(yè),各種各樣信息處理技術(shù)大量涌現(xiàn)、日新月異,特別是信息高速公路的出現(xiàn),使人類社會進(jìn)入了一個嶄新時代。但是與其他領(lǐng)域相比,鑄造行業(yè)信息處理技術(shù)研究、開發(fā)與應(yīng)用顯得過于落伍。特別是國內(nèi)的鑄造生產(chǎn)廠家,基本是拒信息技術(shù)于門外,盡管也有個別企業(yè)嘗試采用現(xiàn)代先進(jìn)信息處理技術(shù),但畢竟鳳毛麟角,遠(yuǎn)沒有形成氣候。總結(jié)國內(nèi)鑄造行業(yè)信息處理技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀,有以下特點： ①研究開發(fā)沒形成規(guī)模 基本上處于手工、作坊式、來料加工方式,沒有形成規(guī)模、特色。所采用的技術(shù)也遠(yuǎn)不是最先進(jìn)的。 ②應(yīng)用范圍較窄 主要集中在鑄造企業(yè)的財務(wù)、人事、庫料管理等方面,現(xiàn)場生產(chǎn)管理很少,基本上談不上系統(tǒng)集成。 ③缺乏先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用 如PDM技術(shù)、MRP-Ⅱ技術(shù)、Internet/Intranet技術(shù)等應(yīng)用還處于起步階段。 但是,作為機(jī)械產(chǎn)品毛坯重要的生產(chǎn)方式,鑄造必須吸納各種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù),以實現(xiàn)自身的完善與發(fā)展。先進(jìn)信息處理技術(shù)的應(yīng)用將是鑄造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段及將來的技術(shù)進(jìn)步最重要的領(lǐng)域之一。其發(fā)展也必將呈現(xiàn)集成化、國際化等趨勢。 鑄造企業(yè)信息處理系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程,需要有長遠(yuǎn)的目標(biāo)與規(guī)劃。該系統(tǒng)的實施與應(yīng)用將徹底改變鑄造企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)、管理方式。
5)鑄造工裝的計算機(jī)應(yīng)用 鑄造工裝尤其鑄造模具、模板的設(shè)計制造與普通鑄件生產(chǎn)過程相比,更方便采用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)。因此,目前在整個鑄造相關(guān)環(huán)節(jié)中,鑄造工裝的生產(chǎn)過程相對較多地應(yīng)用了先進(jìn)的設(shè)計與制造手段。 進(jìn)入九十年代中期,國內(nèi)外一些專業(yè)鑄造模具/模板制造企業(yè),已比較普遍采用以下列方面為代表的先進(jìn)設(shè)計與制造手段,完全變革了傳統(tǒng)的制模方式,帶來了鑄造工裝生產(chǎn)的徹底性革命。
①CAD/CAM一體化 在三維特征造型系統(tǒng)上直接進(jìn)行模具的設(shè)計,能夠?qū)崿F(xiàn)模具各部分的虛擬裝配,自動檢查干涉情況;能夠完成走刀規(guī)劃和加工模擬;可以自動生成NC代碼,迅速快捷地生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄造模具來。 ②快速原型制造 利用快速原型制造(RPM)技術(shù),能夠快速提供鑄造工裝的模樣,可以顯著縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，降低試制成本。 ③并行工程(CE) 在鑄造模具/模板設(shè)計的一開始就綜合并行考慮模具的設(shè)計、加工、裝配、使用直到報廢處理的所有環(huán)境,可以將設(shè)計錯誤降低到最低。 ④遠(yuǎn)程設(shè)計與制造 隨著Internet的不斷發(fā)展,鑄造工裝的異地設(shè)計、異地制造已成為現(xiàn)實,遠(yuǎn)程設(shè)計與制造技術(shù)能夠充分發(fā)揮不同國家、不同地區(qū)的各種資源優(yōu)勢,達(dá)到最佳配置。 展望先進(jìn)鑄造工裝生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢，將呈現(xiàn)如下特點： ①并行環(huán)境下CAD/CAE/CAM/RPM集成 將CAE技術(shù)引入鑄造工裝的設(shè)計制造過程,分析預(yù)測產(chǎn)品制造及使用過程各物理特性的變化,從而優(yōu)化設(shè)計與制造工藝。進(jìn)一步將實現(xiàn)并行環(huán)境下CAD/CAE/CAM/RPM集成。 ②分散網(wǎng)絡(luò)化制造(DNM) 作為遠(yuǎn)程設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展,分散網(wǎng)絡(luò)化制造能快速、并行地將不同的成員組合成鑄造工裝虛擬企業(yè),以最大限度地滿足市場需求,充分利用現(xiàn)有資源,保證可持續(xù)發(fā)展。 盡管國內(nèi)鑄造工裝制造的計算機(jī)應(yīng)用已倍受關(guān)注,也取得了巨大的進(jìn)步,但與西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比,國內(nèi)的技術(shù)研究開發(fā)水平還很落后,推廣應(yīng)用范圍還很小,亟需迅速提高。
6)Internet與鑄造產(chǎn)業(yè) 因特網(wǎng),即Internet是一個國際性的計算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò),它由千百萬計相互聯(lián)接的計算機(jī)組成,范圍已遍及五大洲幾乎所有的國家,是現(xiàn)代社會傳遞信息的重要工具,對人類活動產(chǎn)生著日益深刻的影響。 與其他領(lǐng)域一樣,因特網(wǎng)對制造業(yè)的影響是巨大的。目前國外的先進(jìn)制造企業(yè)50%左右的生產(chǎn)信息是通過因特網(wǎng)傳遞的。一些企業(yè)的商務(wù)活動已過渡到網(wǎng)上商務(wù)時代。因特網(wǎng)正改變著傳統(tǒng)企業(yè)的運作模式,使大部分企業(yè)行為方式發(fā)生了本質(zhì)革命,主要體現(xiàn)在如下一些方面： ①新的商務(wù)模式 包括網(wǎng)上企業(yè)主頁信息發(fā)布;網(wǎng)上產(chǎn)品與服務(wù)廣告;網(wǎng)上訂貨與銷售等,Internet能夠在企業(yè)與用戶間、企業(yè)與協(xié)作企業(yè)間建立快速信息流傳遞,為制造業(yè)抓住商機(jī)、快速報價、簽定合同、組織協(xié)作、建立供應(yīng)鏈、敏捷響應(yīng)用戶需求提供了保證。 ②新的研究、開發(fā)、設(shè)計與制造方式 利用Internet可以實現(xiàn)異地協(xié)同研究、開發(fā),異地協(xié)同設(shè)計及遠(yuǎn)程制造,充分合理利用、配置資源。 ③新的售前、售后服務(wù)方式 包括遠(yuǎn)程演示、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、遠(yuǎn)程診斷服務(wù)、遠(yuǎn)程實時檢測等嶄新手段。 ④新的企業(yè)管理方式 Internet和Intranet的應(yīng)用可以使企業(yè)管理集約化。對供應(yīng)鏈實行動態(tài)優(yōu)化,減少庫存,實時了解生產(chǎn)狀態(tài),能夠提高管理水平,降低管理費用。 ⑤新的企業(yè)組織方式 利用Internet可以組織不同區(qū)域的相關(guān)企業(yè),形成虛擬企業(yè),實現(xiàn)分散網(wǎng)絡(luò)化制造(DNM),能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢,最大限度合理利用各種資源。 西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的鑄造組織及鑄造企業(yè)非常重視Internet的使用,紛紛建立自己的主頁、站點,這些國家鑄造產(chǎn)業(yè)的網(wǎng)上電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計與制造、虛擬鑄造工廠等領(lǐng)域都在飛速發(fā)展。 國內(nèi)鑄造業(yè)Internet發(fā)展也非�？�,一些組織、企業(yè)都已擁有自己的主頁、站點,部分鑄造企業(yè)的網(wǎng)上電子商務(wù)活動相當(dāng)活躍,尤其是一些鑄造模具生產(chǎn)廠家已實現(xiàn)了異地設(shè)計及遠(yuǎn)程制造。但總的來說應(yīng)用面還不夠廣,尚需進(jìn)一步拓寬,應(yīng)用的層次還比較低,亟待進(jìn)一步提高。 國內(nèi)鑄造企業(yè)應(yīng)盡快駛上"信息高速公路",首先建立自己的主頁,逐步開展網(wǎng)上電子商務(wù)。根據(jù)各自企業(yè)的實際情況,有計劃、有步驟地采用網(wǎng)絡(luò)化高新技術(shù),來改進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)手段,面向二十一世紀(jì)的中國鑄造業(yè)必將煥然一新。（來源：中國熱加工網(wǎng) ） |
力達(dá)動態(tài) 
