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复杂铸件无模复合成形制造技术

铸造是制造业基础制造技术,是铸、锻、焊、热、机加工五大主体制造技术之一。我国拥有铸造企业近3万家,2015年铸件超过4500万吨,是美、日、德三个工业强国铸件产量总和。但我国铸造工艺落后,劳动强度大,数字化水平非常低,能耗是发达国家的1.52.0倍,污染物排放是发达国家的35倍。尤其是汽车发动机、航空发动机、航天器结构件、大型船用螺旋桨、核电机组等急需的铸件尺寸大、形状复杂、壁厚悬殊、铸型制作难度大,需用十几套乃至几十套模具翻制,尺寸精度难保证,甚至一些优化结构设计无法造型,成为国防军工、航空航天、重大装备等重大工程开发和创新瓶颈。

我院历经10年,突破了复杂铸件高效率、高性能、高精度无模成形关键技术,在工艺方法、复合铸型、系统装备等方面取得很大成果。一是针对传统铸造周期长、精度低、复杂形面难以精确成形、资源浪费等问题,揭示了复杂砂型/芯数字化无模制造原理及机制,开发出复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形技术、切削净成形技术及其复合成形工艺,实现了复杂铸件无模化、高精度、高效率制造。制造周期缩短50%以上,成本降低30%以上。二是针对铸件结构复杂、壁厚不均、形性控制难、质量稳定性差等问题,揭示了多材质复合铸型机理,研制出切削、铸造性能可控的型砂材料,发明了一种与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法,实现了铸件性能主动调控,解决了形性精确控制难题。铸件废品率从5%10%降至2%4%,减重10%20%。三是针对阵列触头柔性调控、复杂薄壁型芯高精成形等难题,开发出数字化控制的柔性阵列触头、高耐磨大长径比切削刀具,提出了刀具冷却与切削排砂一体化方法,研制出砂型/芯柔性挤压成形机、无模铸造精密成形机等715种装备,解决了复杂铸件高精度成形制造装备难题,铸件精度提高了23个等级,可达CT8。其中无模铸造精密成形机可用于树脂砂、水玻璃砂、覆膜砂、陶瓷等多种铸型制造,最大成形尺寸为5000mm×3000mm×1000mm

获奖情况及经济社会效益

该成果获授权发明专利47件(美、日、欧等19件),软件著作权12项。获2016年中国机械工业科学技术特等奖(技术发明)、2016年中国专利金奖、2012年北京市科学技术一等奖(技术发明)、2011年北京市发明专利一等奖和3项国家重点新产品等。该技术列入中国制造2025《绿色制造》、《铸造手册》等,2014年入选机械工程科技10项重要进展。中国机械工业联合会组织专家鉴定结论为:该项成果开发的复杂铸件无模复合成形制造方法、砂型/芯挤压和切削一体化成形工艺技术及装备创新显著,处于国际领先水平。

该技术已在航天八院、东安发动机、广西玉柴、一汽铸造、中国一拖等100多家企业推广应用,设备出口西班牙,并在国内建立12个应用示范基地,实现了铸钢/铁、铝/镁合金等铸件制造。该技术对促进高端装备技术创新,维护国防安全,推动绿色发展具有重大意义。

V16缸大型船电发动机缸体砂型及铸件


数字化无模铸造岛