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铸造技术

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作者： 来源： 发布时间：2014/2/10 0:00:00  点击数：1755

一、概述
    机床是装备制造业中的主要产品，也是各行业广泛采用的加工设备。
    国务院关于加速发展装备制造业的若干意见中，加速发展数控机床是重点内容之一。机床的结构件和许多主要部件都是以铸件为坯料的，因此机床用铸件的好坏，对机床的质量、寿命、精度保持性都有重要的影响。数控机床对铸件则应有更高的要求。
    近十余年来，随着机床行业主要企业的改组，以及各工业城市发展规划的实施和铸造专业化生产的发展，一些主要机床生产企业的铸造部门纷纷走向分割独立、异地迁建、改组或撤消，机床铸件也在走向商品化、市场化。据不完全统计，现在向主要机床企业供应铸件的铸造企业有20 家左右。此外，尚有约1/ 5 的主要机床生产企业仍保有自己的铸造部门。一些具有法人资格、独立经营的铸造企业，实际上仍在机床集团公司的控制之下，受到很多制约。由于受长期重冷轻热传统观念影响，铸件商品化的市场机制还未很好形成，加之铸造企业自身又有很多不足，近年来铸件质量和企业生产技术管理水平不仅未能随我国机床行业的发展而同步提高,反而比过去有所下降，呈滑坡趋势。虽然少数机床铸造企业仍保持质量控制和工艺纪律的要求，但从总体上看来，与机床行业的发展是不相适应的，就是与加工、装配相比也有很大的反差，与外资的铸造企业相比有相当大差距，甚至是非常大的差距，这对我国机床行业今后的发展必将产生很大的负面影响。
    由于制造业迅速发展的拉动，我国对机床的需求不断增长，近年来各种机床产量逐年大幅度增长，机床行业形势喜人，2003 年全国机床产量比2002 年增加了33 %，达到了30. 68 万台，成为世界上的第一机床生产大国。
    在机床产量逐年大幅度增长的同时，我国机床的自给率却在下降，机床进口量逐年增多，目前每年进口机床的总值在30 亿美元以上，接近了自产机床的产值,档次高一点的机床基本上都靠进口，按产值计，机床自给率只在50 % 左右。每当参观机床展览会，看到机床行业发展之快，心里非常高兴，但细想起这些，就不免有怅然若失之感。
    造成这种情况的原因很多，本文对此不详加分析,但从铸造行业协会的角度看来，重视产量的增长而忽视铸件质量，是导致国产机床存在外观不尽如人意，保持精度性能差等问题的重要原因。为了进一步了解情况，近来我们走访了一些主要机床铸造企业，到现场进行了调查。虽然我们所见的只是粗浅的表面现象，但已令人心情十分沉重。以下就机床铸件生产中存在的问题和相关的改进措施，提出我们的一些看法和意见。
    二、存在的问题
    近年来我国制造业的发展很快，一些原来基础较好的机床公司把工作的重点转到扩大规模和增加产量方面上，对铸件的需求量逐年大幅度增长，在数量和质量难以兼顾的情况，就舍质量而求数量。原来一些为工艺过程控制提供基础的检测项目逐步被废弃了，有些企业虽然还作一些，但大多是敷衍了事，并不对结果认真地分析，也更谈不到进行过程控制。铸造生产中如不认真实施工艺过程控制，是不能保证铸件质量的，因此总体而言，现在我国机床铸件的内在质量，较20 世纪50 年代中期不是有所提高，而是降低了。
    1. 外观质量
    考察铸件外观质量的主要指标是尺寸精度、表面粗糙度和宏观不直度。自20 世纪80 年代以来，我国机床行业生产中、大型铸件已由过去的粘土砂干型工艺逐步改为树脂自硬砂工艺，因而铸件外观质量有了明显的改善。但是，由于大多数机床铸造企业虽然都有I SO9000 认证的牌子，但实际没有工艺过程控制，我国机床铸件的外观质量，与其他工业国家的产品相比，与采用树脂自硬砂应达到的水平相比差距还相当大，这是很不应该的。用树脂自硬砂造型时，认真地舂实砂型对保证铸件质量是至关重要的。由于机床铸件大多为中型铸件，绝大多数工厂都未装备震实台，尤其应该认真地做好人工辅助舂实。实际上，我们走访的企业中，除北京一机床等少数企业比较认真地舂实外，其他许多铸造企业造型作业都有待进一步加强。
    由此，在浇注过程中铸型开裂、铸件表面粘砂、冲砂等缺陷十分常见，导致铸件外观质量很差，不仅加大了清理、精整的工作量，而且和外国产品一比就相形见绌。尺寸精度究竟能达到什么等级，是要根据大量检测数据择定的，我们走马看花，无从确定。宏观不直度( 直线度) 本来应该是检测项目，但大多数企业都未能提供检测数据，据我们草草看来，能达到每米长度上的不直度≤1. 5mm 的为数不多。表面粗糙度一般不是必检项目，但铸造厂应自行控制。由于不是必检项目，所以我们所到的企业没有一家用标准样块进行评定，因而也就无从知道自己与他人有多大差距。对于这项质量指标，大多数企业都不予理睬的。外观质量固然仍有待提高，但我国机床铸件质量与其他工业国差距更为重要的是内在质量方面。
    2. 大多数机床铸造企业的金相组织失控
    按照我国《JBn3997 —1985》机床灰铸铁技术文件,金相组织不作为验收依据，但对机床铸件的生产企业而言，必须作为最重要的自控项目。因为机床铸件对强度、保持尺寸精度的能力、刚性、耐磨性和切削性能都有很高的要求，而灰铸铁的这些性能必有良好的金相组织来保证，而良好的金相组织则是靠严格的过程控制来保证的，如严格的炉料管理、合理的炉料配比、最佳的熔炼控制、认真的孕育处理和适当的浇注温度等，缺一不可。金相组织失控，表明我国大多数机床铸造企业中工艺过程控制是不严格的，具有很大的随意性.
    我们走访的一些主要机床铸造企业中，多数企业都具有金相检查手段，但都没有人认真对检查结果加以分析并将分析结果反映到工艺过程控制体系中。有的厂检查后简单地在纪录本上写一个结论，有的在表格上填写一个结论提交质检部门，成为敷衍了事的官样文章。我们曾到一个厂，看到最近的一份质检报告中简单地写了“石墨形态A 型”，而调出样品在显微镜下观察才发现,试样中A 型石墨只有43% ，而试验人员说: “只要其中有A 型的，我们就写A 型”。这样的检查比形同虚设更为可怕，实际上是自我安慰，自欺欺人。有一些厂则干脆取消了对金相组织的检测。只有个别厂认真检测金相组织，保持产品质量上乘。
    3. 没有一家企业控制铸铁的弹性模量灰铸铁的弹性模量是影响铸铁的刚度和尺寸稳定性的重要性能指标，对机床铸件来讲尤为重要。影响灰铸铁弹性模量的主要因素是组织中石墨的形态、长度等级及其在铸铁中所占的体积百分数。因此,加强孕育处理，控制金相组织是提高弹性模量的关键。国外生产机床铸件，都将弹性模量作为重要的自控项目，由于其过程控制严格，冶金质量较好，灰铸铁的弹性模数指标相当高。过去，我国铸铁的冶金质量较差，相同牌号的灰铸铁，弹性模量都低于其他工业国的指标，数据见附表。
    现在，我国机床铸造企业中已经没有人考虑这一重要的性能了，这应引起行业人士的关注。近几年我国机床行业发展很快，不仅产量大增，而且还兼并了某些工业国家的老机床企业，但是从以上所谈到的三方面来看，作为机床件的铸件质量不但没有相应提高，反而呈滑坡趋势，与其他工业国家的差距越来越大。目前我国铸件产量很大，但其铸件在国际上的竞争能力还有待加强。现在我们的迫切任务是发奋图强,尽快改变这种状况，而不是喊口号，空谈什么“达到国际先进水平”。在国家号召自主创新的情况下，不少企业挂出了“研究开发中心” 的牌子，有的还是省级的中心，实际上连企业的基础铸造技术工作都不做，这种徒有虚名的情况应尽快改变。
     三、对尽快提高机床铸件质量的几点建议
    为使我国机床质量早日达到国际先进水平，希望机床行业领导摒弃重冷轻热的传统观念，把提高铸件质量当作振兴行业的一项大事来抓，将其说成是一场革命也未尝不可。
    1. 尽快制定关于铸件质量要求的机床行业标准建议以此前已制定的有关机床铸件的质量标准( 如JBn3997 —1985 ，JB/ GQ1021 —1981 ，JB/ GQ1022 —1981 )和相关的国家标准为基础，参照国外对机床铸件的技术要求，尽快制定符合当前技术发展要求的机床铸件质量标准，特别是数控机床的铸件。在标准经试行、修订后，应大力贯彻执行。凡不符合标准要求的铸造企业，不得接受机床铸件的订货。不符合要求的铸件，一律不得用于正规的机床产品。新标准对铸件质量的要求，应略高于此前的行业标准为好。
    ( 1) 外观质量方面 机床铸件的尺寸精度，按国家标准GB/ T6414 —1999 应达到CT8 级到CT10 级，允许的错型量应严格按GB/ T6414 —1999 的规定检查。重要铸件( 如导轨面) 的宏观不直度，每米长度上不得> 1mm。表面粗糙度应列为重要的自检项目，按国家标准GB/ T15056 —1994 评定。重要铸件的轮廓算术平均偏差( Ra) 不应> 50μm，一般铸件Ra 不应>100μm。
    ( 2) 力学性能方面 力学性能按国家标准GB/T9439 —1988 的规定，但应补充以下要求。导轨面应有严格的硬度要求，而且同一铸件上的硬度差不应> 20HBW。弹性模量应作为企业考核铸件材质的项目，定期测定，目标值如下:灰铸铁牌号弹性模量( MPa)
    HT250 115000
    HT300 130000
    HT350 140000
    ( 3) 金相组织方面 按国标准GB/ T7216 —1987 ,石墨形态应为A 型，石墨长度4 ～5 级。基体组织中珠光体含量应不少于95% 。珠光体片的间距，在放大500 倍观察时应≤1mm。碳化物数量不多于3% 。
    2. 加强铸造专业人才的培养
    表面上看来，铸造是一种劳动密集型产业，只要有力气就能干，多年来这种浅薄之见，影响了我国制造业的发展，害处极大。实际上，铸造是一门涉及多种学科的技术，铸造企业如果没有高素质的骨干人才，一定会使生产中不断出现问题，根本就谈不上进步和发展。德国为保证其产品的技术含量，多年来一直保有一套完整的培育铸造专业人才的体系。
    在中国经济快速增长的条件下，日本为保持其技术上的领先地位，体现其产品与中国产品的差别，2005 年就由产业界、大学和政府协力制订并实施了为铸造行业培养骨干专业人才的宏大规划，并由经济产业省给予财政支持。
    机床行业的铸造企业，本来就存在原有专业人员年事已高、后继无人的问题，加之主要铸造企业都自城市迁出扩建，往往都是规模成倍扩大，需要更多的人，而迁出却导致原本不足的专业人员进一步流失。其结果是技术水平随生产的发展而下滑，以至于铸件质量低于20世纪50 年代中期的水平。这种情况是相当普遍存在的,并非个别企业偶尔出现了失误。
    因此，要改变机床行业铸件质量低劣的状况，必须尽快制订计划，为铸造企业培养不同层次的专业人才，包括企业领导、管理人员、技术人员和骨干工人。只有在提高职工素质的基础上，企业才可能生存和发展，随之就能逐渐具有研究开发能力，才能谈得上“自主创新”，并拥有自己的专有技术，认真实施“自主创新、研究开发” 的口号.
    3. 在提高技术水平的同时兼顾环保和改善作业条件
    由于历史的原因，铸造企业的生产条件总是比冷加工差得多，造成烟雾、砂尘弥漫，既有害于作业人员的健康，也影响周围的环境。同时，生产中需排放的废砂、废渣也相当多。机床行业的铸造企业都是在国内铸造行业中有影响的企业，不能等同于小型民营企业。总之，我国的铸造企业在迁建、扩建、改造和提升技术水平的同时，应体现可持续发展的精神，在改善作业条件和保护环境方面安排必要的投入，要认真落实ISO14000 和OSHMS 18000 两项标准的要求，决不可做花钱买认证的事。另外，对于废砂、废渣的循环再利用，也要作为铸造企业的课题。

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