UGS征文2:UGⅡ软件驱动催生消失模铸造产业化

    1 、前言

    公元1994年,安徽全柴集团股份有限公司从美国VULCAN  ENGINEERING公司全套引进了一条消失模铸造生产线和一副产品模具。公元1995年全柴集团从美国EDS公司中国上海办事处南京一级代理德基公司购买了UGⅡ软件‚用于研发消失模铸造产品模具。这样带着浓郁西方文明色彩的UG文化就溶入了全柴并作为一道亮丽的风景线辉映着并改变着企业的工业文明和人文文明。     
 
    时至今日‚我们已经研发出了四大系列九种产品的消失模铸造产品模具∶R175A气缸盖、R175A气缸体、S1125气缸体、N485排气管、N485飞轮壳、N485离合器壳、N485气缸盖、N490气缸体和4105ZLQ气缸体‚并于公元2005年12月18日正式创建了消失模铸造产业化股份有限公司,以高新技术企业的资格申请了三项发明专利。

    以下，我们简单的介绍4105ZLQ气缸体消失模铸造生产工艺。

    4105ZLQ柴油机气缸体铸件是属于长行程、干式缸套类型的四缸孕育铸铁件，缸体最大轮廓尺寸为535mm×396mm×346mm,气缸中心距124mm，缸套内径Φ105mm,结构基本壁厚5.5mm,缸套壁厚的均匀性要求高,壁厚差小于1mm,水套内水道的流态要严格符合工艺路线的要求.该铸铁件在组织生产时有较大的技术难度.其产品结构如图1所示：
       

图1  气缸体产品模型

    由于产品结构复杂，气缸体泡沫模型在生产上是无法实现一次性发泡成型并顺利脱模的，一般适当分片、单独制模，再整体胶合。4105ZLQ气缸体生产工艺是将气缸体泡沫模型分割成9个独立的模片①～⑨对每个模片设计出其成型模具及其工装附件（⑨模片可发镶嵌在任一个模片的模具组合中的空白地带，与主模片连体制模后切割分离即可。）待各模片成功制出后，用热熔胶或冷胶将它们按一定工艺顺序胶合起来。对于结构复杂的模片如③～⑧，均需三方面抽芯五面开合的组合模具才能完成制模的工作。

    由于模片脱模后的周围环境温度很高，人工取模片显然是不合适的，我们采用负压吸盘简易机械手将模片从高温的制模状态中取出。在模片胶合时，为了保证胶合质量和生产效率，我们采用了自动化胶合工艺，即相互胶合的模片（簇）均由靠吸附来持，让其中的一个单体模片进入胶池从胶印板上蘸取粘结胶后，到另一靠模板处与其夹持的模处（簇）完全胶合并压实，从而完成胶合任务。

    浇注系统由两部分组成：直浇注和横浇注组合（内浇道固连在横浇道框架上）。制模时，它们是单独成型的，为了降低生产成本，浇注系统用的泡沫材料是普通型EPS珠粒，产品模型用的是价格较高的共聚物EPS珠粒。模型簇的组装是分阶段进行的，将产品模型与横浇道组合组装起来浸涂消失模涂料，直浇道模型单独浸涂料，待它们烘干后再进行组装起来用于造型浇注，在浸涂料时，由于模型簇所受浮力很大（模型簇体积有效实体部分35dm3，涂料密度1.4kg/dm3,浮力为490N）我们设计制造了专用夹具夹持模型簇,,经由机械手按照浸涂工艺的程序指令完成模型簇的浸涂工作。

    浸涂后的模型簇烘干处理时，烘干温度控制在50℃±5℃较佳，温度过低影响生产效率，温度过高泡沫模型易发生变形，二则粘结胶易软化导致模型簇易互相剥离解体。

    造型用的是粒度较粗的单一的干砂（30/50目）无需添加任何的辅助材料。型砂以雨淋式填砂，这样可以控制模型簇的变形量。整个砂箱是由其底部的四个高气压垫支撑着的，铸型的震实是由一个变频式电动机带动一个由偏心凸轮机构上的2个液压缸组合将砂箱与该机构夹持牢固连成同步运动的刚体水平运动来完成的,其振幅很小.

    在砂箱的底部结构中有一个空腔,真空泵通过此处将铸型变成负压状态.该空腔上部平板结构即离了型砂,又能让铸型中气体顺利通过其下部底板上开设一个Φ100mm的孔洞,用于与负压抽取装备相连接.当造型结束后,启动真空泵,让砂箱内的铸型变成负压状态,为了提高负压程度,可以在砂箱顶部覆盖塑料薄膜.铸型在负压状态下一则可以让型砂紧实的充填泡沫模型的内外型腔,防止浇注时铸件变形,二则可以迅速将泡沫模型燃烧产生的气体排走,防止浇注时金属液反喷飞溅伤人和铁液卷气导致铸件内产生气孔.通常浇注完毕后砂箱内的负压状态仍需保持一段时间后方可卸掉负压,以利于铸件的精确成形.

    2、4105ZLQ气缸体消失模铸造生产工艺可行性分析

    2．1工艺可行性

    为了充分发挥消失模技术的特点，在保证发动机性能的前提下，可以将气缸体上没有配合要求长油道孔与气缸结合面上的水孔，放水开关底孔等方便地直接铸出，这样既然节约了材料又免去了机械加工；在浇道工艺方面，我们设计出一箱两件的生产工艺，其中浇注系统的理论重量为62Kg，气缸体两件的总重量为226Kg，铸造工艺出品率为78.5%,这样出品率是比较高的,有效的降低铸造成本。
       

                
    2.2铸造成本预算的可行性

    按照目前铸件市场价格,一只机械加工完毕的4105ZLQ气缸体零件价格为1800元人民币.组织生产时,每吨HT300铁水成本为3500元,每吨铸件消耗原材料1800元,每吨消失模气缸体的铸造成本价为5300元,即每公斤成本价为5.3元,4105ZLQ气缸体的理论重量为113Kg,因此每只气缸体的消失模铸件成本价约为600元,按照常规的机械加工,一只4105ZLQ气缸体铸铁件加工完毕后机械制造成本为350元,这样一只机械加工完毕的缸体零件生产成本约为950元人民币.由此可见从经济上来说消失模工艺是可行的.

    2.3从环保角度看该工艺的可行性

    从消失模铸生产工艺的各个组成环节来看,劳动者的劳动强度大幅度降低了,劳动强度大幅度降低了,劳动环境显著地改善了,职业危害减小了。