劉小龍

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

1 我國鑄造裝備現(xiàn)狀

1.1 企業(yè)數(shù)量

我國鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)約有280多家，能夠生產(chǎn)靜壓造型線的只有3～4家[1]，客戶認可的國際知名企業(yè)和品牌少之又少。

1.2 裝備技術(shù)

我國鑄造裝備的技術(shù)水平和國外相當(dāng)，比如造型線的生產(chǎn)率，國外單主機120箱/h，國內(nèi)同樣能夠達到，不同的是進口設(shè)備故障率可以達到1%左右，國產(chǎn)設(shè)備只能在5%～8%。關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵元器件國內(nèi)外基本都采用同一個品牌。

1.3 裝備質(zhì)量

我國鑄造裝備質(zhì)量參差不齊，可以說部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)接近國際知名品牌的產(chǎn)品質(zhì)量，但更多的是價廉物不美的產(chǎn)品，比如拋丸機的葉片壽命國外已達1000h以上，而國內(nèi)多數(shù)還在300h左右。由于多方面的因素，某些設(shè)備的質(zhì)量根本無法達到國外裝備的質(zhì)量水平。

1.4 安全措施

國外裝備從設(shè)計開始就對安全性考慮的很多，一方面是設(shè)備安全，另一方面是人員安全，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)置了液壓、電氣、機械三重保護，同時操作、維修設(shè)施非常齊全，而國內(nèi)裝備迫于價格壓力更多的是能減則減，比如目前國內(nèi)電氣柜如果不特別指明，帶安全鎖的很少。

1.5 裝備價格

同樣規(guī)格的設(shè)備，進口價一般是國產(chǎn)價的3～4倍，由于激烈的市場競爭和不正確的認識，國內(nèi)鑄造裝備價格基本到了成本價，比如一條普通規(guī)格的單主機國產(chǎn)靜壓造型線，一般價格在1200萬元左右（包含砂箱、小車），相當(dāng)于一條比較復(fù)雜的進口造型線配套的國產(chǎn)小車、砂箱價格，因此，制造質(zhì)量就很難保證，售后服務(wù)更無從談起。

1.6 使用壽命

國產(chǎn)設(shè)備的使用壽命一般是進口設(shè)備的一半或者更少，曾有一個企業(yè)使用的高壓造型線主機，采用2班工作制，每5年就要更新一次。還有一個企業(yè)，其使用的靜壓造型線不到5年也進行了更換，而進口主機的更換周期至少在10年以上，曾有造型線使用35年了還在運行。

總之，國內(nèi)鑄造裝備現(xiàn)狀可以用以下四句話概括：

裝備企業(yè)眾多，知名企業(yè)極少；

裝備技術(shù)尚可，質(zhì)量參差不齊；

安全意識不強，措施不夠完善；

價格不盡合理，壽命有待提高。

2 鑄造裝備的創(chuàng)新、智能、綠色現(xiàn)狀

首先看看何謂“智能鑄造”。“智能鑄造”是信息化與鑄造生產(chǎn)高度融合的產(chǎn)物，包括智能鑄造技術(shù)和智能鑄造系統(tǒng)。智能鑄造技術(shù)包括數(shù)值模擬、3D打印、機器人、ERP等；智能鑄造系統(tǒng)是具有學(xué)習(xí)能力的大數(shù)據(jù)知識庫，能夠通過對環(huán)境信息和自身信息的對比分析而進行自我規(guī)劃、自我改善。

所有智能工廠都是以智能裝備為基礎(chǔ)的，比如西門子、ABB、發(fā)那科、奧迪、奔馳、寶馬、波音、空客等等，絕不是用一個數(shù)字化軟件設(shè)計的工廠就是智能化工廠。

智能裝備是指具備感知、分析決策、執(zhí)行功能的制造裝備。

現(xiàn)在各種新的技術(shù)基本都應(yīng)用在鑄造裝備上了，比如：位移傳感器、壓力傳感器、光學(xué)成像系統(tǒng)、光柵、射線技術(shù)、RFID、PLC、伺服、無線控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠程診斷系統(tǒng)、人臉識別系統(tǒng)等。

筆者認為：我國鑄造裝備的創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在物流裝備和環(huán)保裝備上，對鑄造工藝設(shè)備的創(chuàng)新不多，主要是改進和完善。下面分工序介紹鑄造裝備創(chuàng)新、智能、綠色情況。

2.1 熔化裝備

目前熔化設(shè)備多數(shù)采用中頻感應(yīng)電爐，為了安全和扒渣方便，5t/h以上的電爐很多采用了后傾扒渣形式，爐殼要高出爐臺600～800mm左右，扒渣采用機器人或機械手扒渣。

加配料系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，就連合金料的稱量、加入等，也實現(xiàn)自動化[2]。

為了提高球化質(zhì)量和降低球化劑的加入，開發(fā)了喂絲球化裝置。適合各種澆注機的鐵水自動輸送、處理系統(tǒng)也在廣泛應(yīng)用。

為了實現(xiàn)多點熔化，集中分析，設(shè)置風(fēng)動送樣裝置。

2.2 造型裝備

目前造型裝備多數(shù)都是自動造型生產(chǎn)線，主要有靜壓造型線、垂直造型線、水平脫箱造型線、消失模造型線、V法造型線等，壓鑄以機器人為中心組成壓鑄單元。對于批量小、形狀復(fù)雜的鑄型，也逐漸采用3D打印技術(shù)進行生產(chǎn)。

為了獲得更好的鑄件表面質(zhì)量，多數(shù)造型線設(shè)置了機器人噴涂裝置，對上、下型腔進行噴涂。

輔機方面：扎氣眼逐漸被鉆氣眼代替。吹氣孔、澆冒口自動完成。值得一提的是為了將生產(chǎn)過程中的不良品或試制件及時隔離，個別企業(yè)在水平線、垂直線上設(shè)置了不良品隔離裝置。部分設(shè)備廠家將機器人應(yīng)用到造型線上，承擔(dān)輔機的功能，還有的將立體倉庫作為造型線的冷卻道。為了適應(yīng)多品種快換模板，設(shè)置有型板快速頂出裝置。

缺乏應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的新的造型方法研究，沒有采用造型線閉式潤滑系統(tǒng)。

2.3 制芯裝備

多數(shù)采用制芯中心生產(chǎn)砂芯，生產(chǎn)率可達40～50盒/h，取芯、修芯、組芯、浸涂料、放入托盤等工序全部采用機器人。為了保證砂芯的水分含量較低，不少砂芯立庫設(shè)置了恒溫恒濕裝置,并對抽出的氣體進行除味處理。

砂芯烘爐的形式各式各樣，有臥式和立式，能源有燃氣、微波、電等。

2.4 砂處理裝備

混砂機基本采用高效轉(zhuǎn)子混砂機，個別采用真空混砂機。混砂質(zhì)量的控制，均采用在線檢測裝置。

關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵部位比如斗式提升機的頭尾輪、多角篩的主軸等都設(shè)置了軸溫檢測和報警裝置。為了提高混砂質(zhì)量，應(yīng)用雙軸增濕攪拌裝置的企業(yè)越來越多。隨著勞動力成本的增加，很多企業(yè)設(shè)置了回砂系統(tǒng)監(jiān)控裝置，以減少人員和減輕勞動強度。

真空混砂機目前國內(nèi)還沒有企業(yè)生產(chǎn)，大型雙盤冷卻器也以進口為主，大型沸騰冷卻床的振動和噪聲問題還沒有解決。

2.5 清理裝備

鑄件清理多數(shù)采取高效專用清理設(shè)備，組成清理作業(yè)線，實現(xiàn)鑄件不落地清理，一般根據(jù)鑄件種類，為鑄件量身定做自動清理單元。

由機器人組成的清理單元越來越多。比如將曲軸切割、平頭兩個工序整合到一次切割的工序，且將2臺切割機、2臺曲軸打磨機、一臺澆冒口沖斷機、輸送皮帶等串聯(lián)起來，由一臺機器人完成這些設(shè)備之間的鑄件搬運工作[2]。再比如由機器人夾住鑄件到各種動力頭上清理的機器人單元應(yīng)用到各種場合。

根據(jù)鑄件大小自動調(diào)節(jié)的伺服控制四面磨削機開始應(yīng)用。

中小件采用液壓機壓去飛邊、毛刺，并有將多臺設(shè)備集成的趨勢，比如將兩臺三工位轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件清理機用機器人聯(lián)系起來，形成自動清理單元。鑄件在線檢測廣泛應(yīng)用。鑄件自動分揀、裝箱技術(shù)都在研究應(yīng)用中，但與鑄件形狀、鑄件運輸速度、鑄件多少等有關(guān)，目前某些鑄件仍然無法全部識別。

2.6 物流裝備

2.6.1 AGV大量應(yīng)用

目前已經(jīng)有不少鑄造企業(yè)采用AGV輸送砂芯、模具等。

2.6.2 立體倉庫廣泛應(yīng)用

砂芯立體倉庫：為了平衡制芯和造型生產(chǎn)率的不匹配，在制芯和造型工序中間設(shè)置立體倉庫，實現(xiàn)砂芯輸送的自動化，且在整個輸送過程中砂芯不離托盤。個別生產(chǎn)品種較多的企業(yè)，增加砂芯識別系統(tǒng)和智能化管理系統(tǒng)，將制芯到下芯整個工序設(shè)置為配送中心。

鑄件立體倉庫：為了解決多品種小批量生產(chǎn)時，鑄件清理設(shè)備與造型線產(chǎn)能不匹配的問題，同時提高清理設(shè)備的利用率，減少清理設(shè)備的臺數(shù)，使生產(chǎn)更加精益，很多廠家設(shè)置了鑄件立體庫，使各種鑄件的清理設(shè)備長期均衡生產(chǎn)。

模具立體倉庫：為了適應(yīng)小批量多品種的生產(chǎn)需要，很多企業(yè)設(shè)置了模具（芯盒）立庫。且更換模具時自動送到造型主機處。

2.6.3 回爐料輸送系統(tǒng)

為了達到回爐料的潔凈度和塊度，開發(fā)了回爐料經(jīng)過拋丸、破碎、稱量、識別、自動送到爐后相應(yīng)回爐料料坑的系統(tǒng)。每批料的重量可以通過網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)MES系統(tǒng)連接。

2.6.4 鑄件自動輸送系統(tǒng)

現(xiàn)在很多鑄造企業(yè)將落砂后的鑄件由鱗板或懸鏈輸送到清理工位，并對鑄件進行識別分類，整個清理車間按照工序?qū)C械設(shè)備串聯(lián)起來，實現(xiàn)鑄件不落地輸送。

2.6.5 鐵液自動輸送

對于鐵液的輸送，目前有兩種自動輸送形式：一種是將鐵液采用RGV小車空中自動稱重和運輸，并與電爐、球化處理、澆注機等有機連接，減少中間鐵液倒運環(huán)節(jié)，確保鐵液質(zhì)量。另一種是利用轉(zhuǎn)運車、輥道等將電爐、稱重、輸送、球化、扒渣、傾倒等工序有機結(jié)合的各種地面輸送形式。整個系統(tǒng)可與企業(yè)MES系統(tǒng)連接。

2.6.6 自動送砂系統(tǒng)

對于生產(chǎn)復(fù)雜鑄件、砂芯量很多的企業(yè)，一般都采用了將芯砂自動輸送到制芯機上方需要位置，并自動卸料的裝置。

2.7 管理裝備

很多企業(yè)都有“企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)”、有線通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)（Intranet）系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)等。

為實現(xiàn)生產(chǎn)信息化，所有設(shè)備都要求配備信息接口，具備數(shù)據(jù)采集和傳輸功能，并能將信息傳遞到MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)。

能源管理系統(tǒng)開始應(yīng)用，并采取計量儀表遠傳監(jiān)測。關(guān)鍵設(shè)備采用了定期檢修提醒或強制維修的技術(shù)。

2.8 環(huán)保裝備

2.8.1 粉塵治理裝備

電爐是一個主要揚塵點，為了有效收集煙氣，目前多數(shù)企業(yè)采用龍卷風(fēng)式吸塵罩，可有效收集煙氣，同時在電爐出鐵液處的上空增加頂吸罩或旋轉(zhuǎn)式吸塵罩，吸取出鐵時的煙氣，然后經(jīng)除塵器凈化后排放。

改變沖入法球化工藝，選用喂絲球化工藝，提高球化質(zhì)量，同時球化過程處于定點密封狀態(tài)（包內(nèi)包外兩道密封），減少弧光和粉塵的污染，粉塵收集經(jīng)除塵器處理后達標排放。

對于鐵液輸送路線中煙氣的散發(fā)，也都設(shè)置吸煙罩，對煙氣收集處理。

冷卻段的前三分之一煙氣經(jīng)過除塵器除塵后達標排放。

對于落砂機、清理打磨、砂處理等工序，都設(shè)置了密閉的抽風(fēng)罩和完善的除塵裝置。且將廠區(qū)所有除塵灰發(fā)送到一點，在密閉環(huán)境下卸灰。

2.8.2 廢砂治理裝備

廢砂再生或在線再生廣泛應(yīng)用。

2.8.3 氣味處理裝備

對熱芯機產(chǎn)生的氣味、三乙胺氣味、砂芯立庫散發(fā)的氣味等進行處理的企業(yè)越來越多?，F(xiàn)場往往是噴淋、活性炭吸附、低溫等離子、光催化、加藥等多種處理方式聯(lián)合。采用吸附脫附+蓄熱燃燒工藝的還很少。

2.8.4 噪聲控制裝備

將產(chǎn)生噪聲最大的落砂機布置在冷卻通廊內(nèi)，減少造型跨噪聲污染，改善操作工工作環(huán)境。如果必須按傳統(tǒng)形式將落砂機布在置造型跨，通常也將落砂機單獨隔離，且四周做吸音處理。

對于除塵的風(fēng)機，用隔音房隔離，起到降噪的作用。

連續(xù)通過式拋丸機的進出口處，通常也設(shè)置隔音裝置，有效吸收拋丸機和振動槽的噪聲。

2.8.5 環(huán)境改善裝備

鑄造車間高溫環(huán)境較多，為了改善工人的勞動環(huán)境，設(shè)計時除了考慮自然通風(fēng)、機械通風(fēng)外，還考慮了夏季送冷風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)溫度22℃。

將原砂、粘土、煤粉用罐車直接向車間封閉壓送，減少環(huán)境污染；現(xiàn)在多數(shù)廠家在廠區(qū)設(shè)立了一個或多個粉料庫，大型罐車將物料拉來后直接壓送到料倉里邊，需要時用料倉下邊的壓送裝置直接壓送到用料點。

高負壓吸塵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于鑄造車間和砂處理工部。

2.9 節(jié)能裝備

2.9.1 余熱退火

改變傳統(tǒng)連續(xù)式退火爐布置形式，落砂后鑄件直接進退火爐，利用鑄件的余熱進行退火。還有廠家把退火爐的排煙余熱引入落砂機除塵系統(tǒng)中，既消除了除塵器布袋結(jié)露現(xiàn)象又節(jié)約了能源。

2.9.2 電爐冷卻水余熱

有的工廠利用電爐循環(huán)水出水余熱經(jīng)熱交換后作為洗澡水熱源，從而起到節(jié)能的效果。

2.9.3 空壓站余熱利用

更多廠家將空壓機的余熱收集起來，經(jīng)熱交換后，用于加熱供職工洗澡。

通過以上介紹，可以看出我國鑄造裝備的現(xiàn)狀可以如下總結(jié)：

各種新的技術(shù)，逐漸應(yīng)用鑄造；

裝備創(chuàng)新不斷，缺乏核心創(chuàng)新；

部分智能裝備，應(yīng)用效果不錯；

綠色還很遙遠，仍需共同努力。

3 鑄造裝備發(fā)展之路

我國鑄造裝備應(yīng)該做好“規(guī)、新、?！比齻€字。

3.1 規(guī)

所謂規(guī)就是：規(guī)劃、規(guī)矩、規(guī)模。

規(guī)劃：作為一個鑄造大國，要對鑄造裝備的發(fā)展有一個系統(tǒng)的規(guī)劃。對各種造型方式的裝備生產(chǎn)企業(yè)要有重點的培養(yǎng)幾個國際一流的企業(yè)。

規(guī)矩：鑄造行業(yè)要有一定的規(guī)矩，要避免無序、低水平競爭。要制定相關(guān)鑄造裝備的技術(shù)、安全、質(zhì)量等標準，限定不具備條件的產(chǎn)品不能進行銷售，關(guān)停一批既沒有人才、也沒有生產(chǎn)設(shè)備，只會生產(chǎn)低劣產(chǎn)品的鑄造裝備企業(yè)。在此建議我國鑄造企業(yè)要用客觀、公正的觀點對待我國的鑄造裝備，要對國產(chǎn)鑄造裝備有信心，要給國產(chǎn)鑄造裝備的發(fā)展提高提供機會，在設(shè)備招標和談判時，不要價格一壓再壓，條件苛刻再苛刻，請相信“一分價錢一分貨”是千古不變的真理，事實證明“價廉物肯定不美”。同時鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)要講誠信，要提高質(zhì)量，要公平競爭。

規(guī)模：各鑄造裝備企業(yè)要有一定的規(guī)模，體系健全，專業(yè)人員數(shù)量足夠，生產(chǎn)裝備完善。

3.2 新

所謂新就是：新認識、新手段、新模式、新裝備。

新認識：要認識到鑄造在機械工業(yè)中的基礎(chǔ)作用、低端鑄造裝備的危害性以及鑄造裝備的復(fù)雜性。

新手段：要利用各種創(chuàng)新手段，以新材料、新技術(shù)、新工藝生產(chǎn)新裝備，要多學(xué)科結(jié)合研發(fā)新的鑄造裝備。

新模式：要設(shè)立國家級的鑄造裝備研發(fā)機構(gòu)，研發(fā)新的綜合性鑄造裝備；要改變過去的跟隨模式，進行原創(chuàng)性的研究；要有鼓勵創(chuàng)新和推廣新裝備的相關(guān)政策。

新裝備：現(xiàn)代鑄造已經(jīng)發(fā)展到去核心化設(shè)備時代，即沒有關(guān)鍵設(shè)備和非關(guān)鍵設(shè)備之分，隨著人們對美好生活的向往，鑄造廠的工藝投資占比越來越小，代之以信息化、智能化、節(jié)能、安全、環(huán)保等投資比例越來越大，因此，要加強各種非鑄造工藝裝備的研發(fā)和投入。

3.3 專

所謂專就是：專業(yè)人才、專有技術(shù)、專業(yè)生產(chǎn)。

專業(yè)人才：鑄造是一個復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，涉及多門學(xué)科，需要各種專業(yè)人才，但目前缺乏專業(yè)的鑄造人才，更可怕的是人才培養(yǎng)體系還很不健全，因此，要多渠道培養(yǎng)人才。要建立各種專業(yè)的人才庫和專門研發(fā)機構(gòu)，讓專業(yè)的人干專業(yè)的事。

專有技術(shù)：國家層面我們應(yīng)該有自己的鑄造專有技術(shù)，要研發(fā)制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵鑄造裝備，要制定創(chuàng)新裝備的入市鼓勵政策；要鼓勵科技人員進行技術(shù)創(chuàng)新，對使用別人專有技術(shù)的企業(yè)要進行有效監(jiān)督，確保專有技術(shù)人員的利益不受侵犯。

專業(yè)生產(chǎn)：要劃定每類鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量，控制其經(jīng)營范圍，要樹立典型鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)，對每種專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，進行動態(tài)分級管理，力爭打造一批鑄造裝備企業(yè)的單項冠軍和“百年老店”，使我國鑄造裝備的地位和鑄件產(chǎn)量相匹配，為我國高質(zhì)量發(fā)展，提供鑄造力量。