把你的铸造厂建成创新型铸造厂

铸造小虎

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许多发达国家的铸造 厂认识到，铸件也可以是高科技铸件，好的铸件含有 更高附加值，或者说含有更多无形价值。设计优越、 生产严格控制的好铸件，外型美观，铸件结构紧凑， 重量减轻，尺寸精度提高，加工余量少或无需加工， 性能高，耐磨性好，更耐用，铸件中含有更高的附加 价值，或更高的无形价值。据笔者了解，许多西方发 达国家的铸造厂就一直大力开发含有更高的附加价值、 无形价值的铸件以提高公司的效益。
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把你的铸造厂建成创新型铸造厂 —— —与你分享发达国家铸造厂的创新经验
* E% B: u* h2 Y4 o3 S5 o0 d* I; T刘金城
8 c7 H6 E2 h% [  G) U9 e1 O摘要：制造业技术创新是国家经济增长的支撑，是企业获得竞争优势的决定因素。铸造是整个制造业的重要基础， 在国民经济中占着相当重要的位置。铸造企业创新也是获得竞争优势的决定因素。本文论述了发达国家铸造企业在 不断自主创新发展方面的一些做法，供国内铸造业借鉴；并对国内铸造业的创新提出了一些建议。 关键词：技术创新；优质铸件；铸件设计 中图分类号：TG2-36 文献标识码：A 文章编号：1001-4977 （2016） 01-0028-07
LIUJin-cheng
ConstructYourFoundryintoInnovationOne
% |5 p6 @, J9 e! {  ^—— —ShareInnovationExperiencesofFoundriesinDevelopedCountrieswithYou
: H% ?7 D8 P; G+ W- JAbstract：Manufacturingindustrytechnologyinnovationissupportfornationaleconomygrowthandisakey factorforenterprisertoobtaincompetitiveadvantages.Castingindustryisanimportantbasisofmanufacturing industryandoccupiesanimportantpositioninnationaleconomy.Castingenterpriserinnovationalsoisakey factorforobtainingcompetitiveadvantages.Thispaperdescribessomeinnovationexperiencesoffoundriesin developedcountriesforreferencestohomefoundryindustry,somesuggestionsoncastingindustryinnovation alsoareproposed. Keywords：technologyinnovation；qualitycasting；castingdesign
铸造 FOUNDRY
" e9 M0 Z( B9 ]: {% e: _6 b当前全球正在兴起新一轮科技革命和产业变革， 与此同时，我国正面临着加快转变经济发展方式，这 对我国制造业提出了前所未有的挑战。制造业是一个 国家的经济基础，世界上所有的强国都是从制造业强 国走过来的，当今世界所有的强国也依然都是制造业 强国。即使在现今的知识经济时代，制造业的重要性 无论怎么强调也不过分，因为知识最终要在制造的各 种各样产品中体现出来，即使是许多无形资产也是在 有形的产品的基础上形成的。更先进的产品在其制造 过程中所投入的知识更多，性能更先进，具有更多的 无形价值和附加值，因而实际价值也大大增加。 制造业技术创新是国家经济增长的支撑，“工业 强则国家强” ，由于制造业的重要性，近年来发达国家 都制定了制造业国家战略规划。2012年2月，美国国家 科技委员会发布了 《先进制造业国家战略计划》 报告， 将促进先进制造业发展提高到了国家战略层面。次月， 美国总统奥巴马提出创建“国家制造业创新网络 （NNMI）”，以帮助消除本土研发活动和制造技术创新 发展之间的割裂，重振美国制造业竞争力。美国还启
2 F0 U2 F0 m6 w3 J* b* z动“先进制造伙伴计划”，旨在加快抢占制造业制高 点。英国政府科技办公室在2013年10月推出了 《英 国 工 业 2050战略》。德国2013年发布了 《保障德国制造业 的未来—— —关于实施工业4.0战略的建议》，助力提升 德国在占领工业革命先机中的竞争力。日本通过 《制 造基础白皮书》， 将制造业政策作为产业政策核心。法 国政府于2013年9月推出了 《新工业法国》 战略，旨在 通过创新重塑工业实力，使法国处于全球工业竞争力 第一梯队。今年，我国制定了 《中国制造2025》 规划， 已由国务院于2015年5月8日公布。 《中国制造2025》， 是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。 《中国制造2025》 在基本方针上将“创新驱动”放在首 位，在9项战略任务和重点中将“提高国家制造业创新 能力”列为第一条，“制造业创新中心建设”也居5项 重大工程之首，这强调了创新在中国制造业转型和升 级中的核心地位。 经过多年快速发展，我国已成为全球制造业大国， 但制造业整体素质和竞争力与工业发达国家相比仍然 差距很大，我国远不是制造业强国。这主要是由于自
收稿日期：2015-12-03。 作者简介：刘金城 （1946-）， 男 ， 清 华 大 学学士、硕士，英国曼彻斯特大学博士，英国铸造学会理事，《CHINAFOUNDRY》 杂志特邀编委， 《铸造技术》 杂志编委，中国铸造协会顾问，研究方向为凝固数值模拟、铸件合金、铸造技术管理。E-mail：jincheng. liu@sintercast.com
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6 ~: `) E- S0 X) [5 }主创新能力，没有形成核心竞争力。铸造是整个制造 业的重要基础，在国民经济中占着相当重要的位置。 几乎所有的制造业，包括电子、通讯、航天、航空、 交通运输、军工机械、农业机械、矿山机械、工程机 械、船舶机械、水利、水泥、森林、造纸机械等等都 有不同尺寸、不同合金材料、不同工艺制造的铸件。 不仅各种机械设备需要铸件，铸件的质量还直接影响 着整机的质量和性能。因此，如果说铸造业是一个国 家的经济基础一点也不过分。因此，要开发中国自己 的自主知识产权，发展中国自己的名牌机械产品，要 提高我国制造业创新能力，要使中国成为制造业强国， 也要提高铸造业的创新能力，建设创新型铸造业强国。 中国的铸造产业自改革开放以来发展迅猛，其发 展速度是世界上任何其他国家无法比拟的。1966年以 来，世界前5位主要铸件生产国及其产量有了很大的变 化，中国的变化尤其突出，见表1[1-2]。自2000年起，中 国铸件生产总吨数超过美国，并且此后一直位于世界 第一。
2 F9 G3 h& E: {4 k2013年中国生产了44500000t铸件，相当于世界 排名第2到第10位的总和（ 44575534t）， 占 世 界 产量 （103200000t）的43.12%，是名副其实的世界铸造超 级大国[2]。但是中国远不是铸造强国，中国不少的铸造 厂都可以生产出高质量的铸件，稳定性和一致性也很 好，但是总体而言，中国铸件质量的质量离世界先进 水平还相差很远，中国铸件的稳定性和一致性较差， 所以中国铸件在世界上的销售价格也远低于世界先进 国家水平。 毫无疑问，从国家层面制定政策推进制造业创新 对于国家的制造业发展是极其重要的，德、日等后起 发达国家的发展也证明了这一点。然而企业自主的创 新发展也是非常重要的。事实上，在发达国家，企业
' Y. O7 T2 ?3 X6 U自主的创新活动一直不停地在进行，如果没有技术创 新，发达国家早就被发展中国家赶上了。同样，发展 中国家如果没有创新，就将永远处于追赶的状态，永 远落后于发达国家。 发达国家的铸造企业也一直不断地进行自主创新 发展。铸造业的创新发展包括铸造方法、铸造技术以 及铸件的创新发展。对于一个铸造厂来说，对其产品 铸件进行创新发展是获取最大利益的最直接的方法。 以下是发达国家的铸造企业在铸件的不断地自主创新 发展的一些做法。 1 铸造企业创新发展应具备的条件
2 K  V# u/ N- \+ Y& T8 O铸造企业要能创新发展，首先必须具有先进、严 格的管理制度，能够生产出质量可靠、稳定性和一致 性高的铸件。 在当今世界，产品质量的稳定性和一致性，是产 品最重要的质量指标之一，是产品技术性能和经济性 的基本保证，并决定着产品在市场中的竞争能力。铸 件的稳定性和一致性也一样，是产品最重要的质量指 标之一。为了提高稳定性和一致性，发达国家的铸造 厂都有一套严格的管理制度。相比之下，我国的铸造 生产工艺和铸件质量稳定性和一致性较差，从而铸件 质量稳定性和一致性较差。我国的铸件总体从外观来 说表面质量较差，尺寸精度较低，加工余量较大，因 而重量较重 （重5%～10%）， 尺寸稳定性差；从内在质 量来说，化学成分和微观组织不够稳定，材料性能波 动较大，因而产品质量的稳定性和齐一性较差。造成 这种差别的主要原因是国内铸造企业的工艺规范覆盖 范围不够全面，工艺规范的严谨程度、现场执行的实 施程度和质量管理的严格程度较差。 中国的铸造工人的文化水平、技术水平、勤劳程 度一点都不比发达国家的铸造厂工人差。中国铸造技 术人员的学术背景和技术水平也一点不比国外铸造厂 的技术人员水平差。中国的不少铸造厂家其铸造设备 不比发达国家差，可以说世界先进的铸造设备都在中 国。中国的原材料也不比发达国家差。世界上各种最 先进的有关铸造的技术，中国都了解，绝大多数都可 以买到。 中国缺的是如何把铸造技术人员和铸造工人的作 用发挥好，如何把先进的设备和技术用好，根据企业 自身条件制定出最佳工艺规程和工艺参数，并严格实 行。国外的铸造企业通常对铸件生产的每一工艺过程 都进行控制，每一工艺过程的控制范围很严、很窄； 采用可靠、先进的工艺设备和控制方法；每项工艺都 按照操作规程实施，操作参数都要有原始记录，并长 期保存。相比之下国内多数铸造企业的工艺规范覆盖 范围不够全面，工艺规范比较宽松，现场执行的实施
( J$ M, B+ E( S/ a+ e. u表11966年以来世界前5位主要铸件生产国及其产量的变化 Table1Worldtop5castingproducersandtheir productionsince1966/ 万吨 年份 1966 1975 1986 1995 2000 2005 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 第1位 苏联2150 苏联2400 苏联1110 美国1400 中国1400 中国2400 中国3127 中国3350 中国3530 中国3960 中国4126 中国4250 中国4450 第2位 美国1960 美国1600 美国1010 中国1130 美国1310 美国1290 美国1189 西欧1666 印度744 印度905 美国1008 美国1178.9 美国1225 第3位 英国490 日本550 日本650 独联体760 日本630 俄国760 俄国780 美国1332 美国741 美国823.8 印度999.4 印度933.4 印度981 第4位 西德470 西德430 中国450 日本700 俄国620 日本670 印度777 日本714 日本439 德国479.4 日本547.4 日本534.3 日本553.8 第5位 日本440 英国350 西德400 德国410 德国450 印度610 日本696 俄国646 俄国420 日本476 德国546.7 德国521.4 德国518.7
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2 ?1 [1 m  Y4 c, ]8 o" f, I程度和质量管理的严格程度较差。 如果你不能生产出质量可靠、稳定性和一致性高 的铸件，满足客户的需要，你就不可能有条件创新， 因为铸件的创新往往要和用户合作进行。 关于如何加强铸造生产管理，如何生产质量可靠、 稳定性和一致性高的铸件的问题，已经有不少专家学 者和企业发表了许多文章。笔者根据自己在国内外大 学和铸造厂实际工作经验发表了一些文章，有兴趣的 读者可以参考[3-7]。可喜的是中国已经涌现出了一批世 界先进，甚至是世界上最好的铸造厂，能生产质量可 靠、稳定性和一致性高的铸件。 2 生产优质铸件、节约成本、提高设 备性能 生产出质量可靠、稳定性和一致性高，满足客户 需要的铸件是每一个铸造厂都要做到的，是基本的要 求。然而一个好的铸造厂，往往会生产更为优质的铸 件，不仅满足图纸和标准的要求，而且能为客户节约 成本，为最终设备提高性能。例如，先进铸造厂生产 的同样的铸件，性能更好，有更好表面质量，从而更 美观，更高的尺寸精度和尺寸稳定性好，从而加工余 量可以更小，因而重量更轻，更一致的化学成分和微 观组织，更一致的强度和硬度，从而有更好的加工性 能，为客户节约加工成本。 创新不必一定就是以前从未有过的颠覆性创新， 生产出如上所述的更为优质的铸件，对于过去的老铸 件也是一种创新。可想而知，客户肯定会将订单交给 能生产优质铸件的厂家来做，即使你的价格更高一些， 因为你的铸件重量更轻，有更好的加工性能，客户实 际上已经获得了更高的利益。事实上，世界上很多先 进的生产发动机缸体、缸盖的铸造厂都是创新力很强 的公司。他们生产的发动机铸件都在逐步提高尺寸精 度，减轻重量，同时提高性能。零部件的精度对设备 精度有重要影响。图1为乘用车缸体壁厚和重量的变 化，比较制造于2004年和2012年的乘用车缸体铸件时， 2012年生产的发动机缸体平均比之前的轻1/3，铸件重 量从65kg下降到大约44kg，同时壁厚从（4～5） 依1mm 降低到 （ 3.0依0.5） mm。重量下降主要是由于采用组芯 工艺壁厚更薄，设计的改进以及材料性能提高。据了 解，德国EisenwerkBr俟hl，FritzWinter和巴西Tupy等公 司都生产小壁厚的乘用车气缸体，最小壁厚3.0mm已 经成为发达国家乘用车缸体的新标准。 为了能够生产更为优质的铸件，先进的铸造厂往 往应用更好的技术、工艺和设备，更严格、全面和精 细的管理。例如采用更好的造型、制芯技术和设备提 高铸件表面质量、尺寸精度和尺寸稳定性，例如发动 机铸件采用组芯技术；电炉熔炼增加了保温炉以提高
成分的稳定性，例如，韩国现代全州铸造厂多年以来 一直采用电炉熔炼加保温炉生产蠕墨铸铁；巴西图皮 铸造厂采用了电炉熔炼加保温炉生产蠕墨铸铁。韩国 大同金属株式会社铸造厂有2套7t热风水冷冲天炉， 5t中频感应电炉，还有两台保温炉。还有其他一些铸 造厂考虑采用电炉熔炼加保温炉生产蠕墨铸铁。
为了稳定球铁铸件的性能，瑞典IndexatorAB公司 开发了一系列硅固溶强化的铁素体基体球铁，其中球 铁500/10，推荐硅含量3.7%。与通常的球铁500/7相比， 主要特点为伸长率高，硬度波动范围小，加工性能好。 球铁500/7的硬度波动范围为依25HB，球铁500/10的硬 度波动范围为依4HB。球铁500/7是铁素体和珠光体混 合基体组织球铁，其比例难以精确控制，所以硬度波 动范围大。球铁500/10是铁素体基体，其硬度仅与铁 素体的合金含量有关，相对容易控制，所以硬度波动 范围小，极大地提高了球铁的稳定性。国际标准 ISO1083-2004 在 附 录 A 中 列 入 了 500/10 标准 ISO1083/JS/500/10。新的欧洲标准EN1563：2011列入 3个固溶强化铁素体球墨铸铁标准：EN-GJS-450-18， EN-GJS-500-14，EN-GJS600-10。要达到性能要求，推 荐含硅量分别为3.2%、3.8%和4.3%，Mn和P＜0.5%； 珠光体＜5%，碳化物＜5%[8]。 中国已经有铸造厂其铸件较之其他厂家有更好的 表面质量，更高的尺寸精度和尺寸稳定性好，更小的 加工余量，重量更轻，更一致的化学成分和微观组织， 更一致的强度和硬度，更好的加工性能。相信这样的 铸造厂会越来越多。 3 应用新材料、开发新铸件
20世纪中叶以来，钢铁和有色铸造合金新材料发 展迅速，以铸铁为例就诞生了球墨铸铁、等温淬火球 铁和蠕墨铸铁，以这些材料生产的铸件发展迅速。图2 给出了1966—2013年间，世界灰铸铁、球墨铸铁、可
图1 乘用车缸体壁厚和重量随年份的变化 Fig.1Changeofsectionthicknessandweightofpassengercarblock
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1 s3 Y2 w1 |( ~# `锻 铸 铁 、 铸 钢 和铝合金铸件总产量的变化[2]。 1966年世界铸件总产量中，占第1位的是灰铸铁， 第2是铸钢，第3是可锻铸铁，第4是球墨铸铁，第5是 铝合金。1969年球墨铸铁产量达到345万吨，超过可锻 铸铁的275万吨。1986年起球墨铸铁产量超过了铸钢。 1997年之后，世界铸件总产量中，占第1位的是灰铸 铁，第2是球墨铸铁，第3是铝合金，第4是铸钢，第5 是可锻铸铁。1966年以来世界经济的波动影响了铸件 产量，但是球墨铸铁却几乎未受经济波动的影响，一 路增加。这显示了球墨铸铁由于其优越的性能，具有 很强的生命力。2013年全世界球墨铸铁的产量达到有 史以来最高产量25045669t。我国球墨铸铁产量达到 11600000t，占世界的46%。球墨铸铁的生产发展速 度在工业发达国家特别快。图3给出了1943—2013年美 国几种主要铸造合金铸件的发展情况。可以看出，虽 然球墨铸铁的产量随着美国经济发展的波动有所波动， 特别是受2009年的世界经济危机影响最大，但是一直 在波动中上升，2012年达到了创纪录的478000t。2008年 起工业发达国家英国、美国、法国生产的球墨铸铁产 量就超过灰铸铁。2013年工业发达国家英国、美国、 法国球墨铸铁与灰铸铁比例为1.45、1.11和1.11；日本 球墨铸铁产量为灰铸铁的0.79，德国为0.65，意大利为 0.56。2013年世界灰铸铁和球墨铸铁的比例为1颐0.52， 我国为1颐0.56，超过了世界平均水平。金砖5国除中国 外的其他4国和发展中国家，球墨铸铁的比例都比较 低，这说明发达国家对于新材料的重视。
很多情况下铸造合金都是由研究材料的机构或研 究铸造的组织发明或开发出来的，设备制造业往往对 这些新材料并不了解，开发新型材料铸件的任务落在 铸造业和铸造厂身上。开发新型材料最直接的办法就 是用新材料代替老材料制造同样的铸件，即使是新材 料比起老材料有明显的优点，采用新材料代替老材料 也要克服人们习惯于老材料这种惯性的困难。美国球 墨铸铁协会成立于1958年，以帮助美国铸造厂开发球 墨铸铁。我国也成立了相应的研究机构，开发球墨铸 铁的应用，但是我国球墨铸铁开发应用水平总体来说 显然不如发达国家英国、美国、法国、日本、德国和 意大利等国，我国在ADI和蠕墨铸铁的开发应用方面 离世界先进水平也还有不小差距。在发达国家，除了 行业协会、研究单位致力于推广开发新材料的应用外， 铸造厂本身同样具有推广开发新材料应用的愿望、动 力和机制。市场经济的自由竞争或许是重要原因。例 如，笔者曾经工作过的RussellCastings，不过100多人 的铸造厂就曾经成立ADI开发小组，开发了数十种ADI 铸件，所开发的快速更换架为英国JCB公司每年节约 赔偿费数百万英镑。美国AppliedProcess专门成立了 ADI学院以开放ADI产品。铸造厂开发新产品所以能够 成功是因为给客户带来了利益，另一方面铸造厂获得 了订单，是双赢。 可喜的是中国近年来在开发球墨铸铁、ADI和蠕 墨铸铁方面取得快速增长。中国有了世界ADI热处理 最先进的设备，开发了许多ADI件。中国已经有9家铸 造厂安装了10套欣特卡斯特蠕墨铸铁过程控制设备， 包括最先进的全自动系统3000增强版，开始生产先进 的蠕墨铸铁缸体缸盖。 4 提高技术含量和附加值
直接由老的模具采用新材料生产新铸件可以生产 出性能更好的铸件。但是最好的办法是结合新材料的 特点，采用新的铸造工艺，重新设计、生产更好的铸 件。近年来，由于铸造金属材料性能的不断提高和铸 造方法的改进，以及新的铸造方法的出现，为新铸件 和铸件设计提供了新的发展空间。有些金属铸件甚至 取代了塑料壳件。发达国家的铸造厂近年来努力改进 客户服务，积极参与和开发，设计和生产高科技铸件， 含有更高附加值的高利润铸件。 正如前面所示，世界铸件产量1969年就达到了 7600万吨。1972年则降低为6900万吨。1979年达到约 9100万吨。不计算中国铸件产量，世界铸件产量则一 直下降至1990年，此后基本稳定。如果考虑发展中国 家的铸件产量，发达国家铸件产量一直在可能下降或 处于稳定阶段。美国现代铸铁杂志解释这主要是由于 发达国家的技术进步和设计水平的提高使得铸件重量
5 M! f0 n4 C$ _0 \3 X7 C图21966—2013年间世界不同材料铸件产量发展 Fig.2Worldcastingstonnagebyalloy1966—2013
图31943—2013年美国几种主要铸造合金铸件的发展 Fig.3Americantotalcastingtonnagebyalloy1943—2013
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减 轻 同 时 功 能提高。因此预言，发达国家的铸件产量 可能会下降，但是所生产的铸件数量则可能一直在增 加[9]。的确是这样，由于铸造技术的进步、铸造合金性 能的提高和设计水平的进步，形状更复杂、壁厚更薄、 重量更轻、功能更强、更环保和更新的铸件不断地生 产出来，从而使得现代的设备和机械重量更轻、功能 更强、更环保。 发达国家铸造厂在开发创新高技术含量、高附加 值的高科技铸件方面主要有三种方式：淤发达国家原 始设备制造商为了提高竞争力，或者为了降低成本同 时保持设备性能，或者为了提高设备性能，满足新的 排放要求，常常需要改进零部件或铸件的设计，在这 个过程中，铸造厂与设备制造商密切合作开发新型铸 件；于发达国家的铸造厂主动与客户交流自己的新材 料或者新工艺，例如新的制芯工艺可以生产更复杂、 尺寸更精确的铸件，观察客户的设备零部件，建议可 以开发新铸件代替焊接件和组装件，或降低成本或提 高性能 （笔者所在公司曾这样为客户开发新的ADI铸 件替代了钢组装件）；盂设 备制造商或设计方提出全新 的概念，与铸造厂以及技术提供方合作生产新铸件。 美国 《现代铸造》 （ModernCasting）和《金属铸 件设计与采购》 （MetalCastingDesign&Purchasing Magazine，原EngineeredCastingSolutions） 编辑部和 美国铸造学会市场部自2001年起每年举办一次铸件评 选，至今已连续举办了15届铸件评选。每年一次的美 国铸件评选吸引了来自美国各工业部门、各种金属材 料、各种铸造工艺方法的数十种铸件参评，每年评选 一件年度铸件和若干最佳铸件。这些获奖铸件设计灵 活，结构紧凑，原材料投料量减少，具有更多功能， 少用或不用机加工，减少焊接和装配，或是一件铸件 取代十几个乃至几十个锻件、焊接件，重量减轻，尺 寸精度提高，成本降低，并且加速了其最终产品的市 场开发。以下为几个获奖铸件的实例。 图4为2002年获奖的Timbco20t液压森林木材运输 机铰链和压板铸钢件。湿型砂铸造，1040钢，尺寸： 铰链88.9cm伊60.96cm伊45.72cm，压板81.28cm伊 76.2cm伊39.37cm；重量：铰链256kg，承压板204kg。 铰链代替25件焊接件，承压板代替40件焊接件。钢板 壁厚一样，但是铸件设计降低非应力区壁厚，重量减 轻15%，加工量减少，减少装配时间[10]。
% Z/ U# L! h) _, S, E图 5 为 2003 年 获 年 度 铸 件 奖 的（ Hitchcock Industries，Inc.，Minneapolis公司为波音737飞机D357 铸造的） 铝合金支架精密砂型 （类似树脂砂型） 铸件。 系用1件铸件取代11件由加工的铝合金锻件和板材组成 的组装件。该铸件20世纪90年代中期由BoeingCommercialAirplanes'Wichita， Kansas 分 部 和 Hitchcock Industries，Inc.，Minneapolis 联合设计，1997年生产， 次年加工并安装。加工后重量10.58kg；轮廓尺寸 105.51cm伊61.29cm伊16.71cm，最小厚度2.03mm。成 本降低50%，装配时间减少78%。该铸件已被证明是非 常成功的优质铸件[11]。
; }# u4 r2 T- D2 w: L/ s# l图6为2003年获优秀奖的建筑和园林用装载机ADI 驱动轮铸件，左为ADI驱动轮，右为84件钢零件装配 而 成的驱动系统。铸件用户为TheToroCo.， Bloomington， Minnesota， USA。 铸 件生产厂家为 SmithFoundryCo.，Minneapolis，USA。驱动轮是装载 机的关键保安件。ADI驱动轮铸件的优越性有：淤这 件履带驱动系统，原设计为84件钢零件装配而成，新 设计为整体一件，湿型铸造，重量减轻15%，成本降 低55%；于用户每年节约成本19万美元；盂新设计是 ADI铸件，较之原组装件省去了30min的装配时间，耐 磨性提高，更耐用，外型也更美观[11]。
+ u: D1 z. ?0 _5 C, B图7为2009年获年度铸件奖的（原型概念摩托车） 车架铸件，356铝合金铸件，T6热处理，树脂砂造型，
9 t, m) C' I# {6 h- w- ^0 T5 i图42002年获奖的Timbco20t液压森林木材运输机铰链和压板铸钢件 Fig.4Topindustryrecognitioncastingfor2002：hingeandbearing componentforTimbcoHydraulics'20-tonrough-terrainlogforwarder
; ~9 `$ _' D+ ?; ~" a# A0 g# g图52003年获年度铸件奖的波音737飞机D357铸造的铝合金支架 Fig.52003castingoftheyear：strutfancowlsupportbeamfortheboeing 737，D357aluminum
# R7 e; R# A  s& R/ V图62003年获优秀奖的建筑和园林用装载机ADI驱动轮铸件 Fig.62003bestin-class：drivewheelforaconstructionandlandscape utilityloadermadefromADI
3 Y& H/ h( C- q8 TFOUNDRY
1 s1 a$ c7 h- j" p8 L, [Jan.2016 Vol.65No.132
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  \+ b" k* x$ l" z1 c& y& ]; X! E取 代 20多件钢组装件，重量减轻30%，整体铸件比钢 件刚度更好，更稳固。成本远比大量冲压、弯曲的模 具和焊接组装要低[12]。
) p' N: p% J' [6 D: I图8为2011年获年度铸件奖卡车驾驶室前支架，湿 型砂，球铁，代替钢焊接件，重量减轻22%，每辆车 成本降低35%[13]。
图9为获得2012年度铸件奖的用于钻井设备上的扭 矩转换器壳体。一件灰铁300铸件替代了36件钢焊接组 成的零件，用树脂砂生产，重量约277kg。交货期比 钢焊接件减少一半，还降低了成本和原来产品的焊接 的高废品率，提高了产能。铭牌、日期等难以在焊接 件上标出，在铸件时容易铸出。增加了内外圆角，适 当增加厚度达到强度要求[14]。
图10为2015年获得年度铸件奖的冲蚀铸造的本田 讴歌（Acura） 豪华运动车铝合金空间框架连接 （节点）
铸件。采用冲蚀铸型铸造，达到强度（UTS=265～ 295MPa，YS=175～205MPa，>12%伸长率）， 性 能 一 致 ， 无 缺 陷 。 水 冲 蚀 砂 型 铸 造 的 铸 型 采 用 以 水 玻璃为 基的专有粘结剂。浇注后随即用热水由铸件远端从上 至下冲走铸型，无烟尘，水直接接触铸件消除了气体 间隙，从而冷却速度很快，铸件组织致密，强度可以 和挤压铸造媲美，消除缩松缺陷[15]。
欧洲和英国也有类似的评选活动。图11为专门为 美国全美运动汽车竞赛协会赛事（Nascar） 参赛队赛 事发动机制造的V8蠕墨铸铁发动机气缸体，该发动机 赢得了美国全美运动汽车竞赛冠军，蠕墨铸铁缸体赢 得了英国2010年度铸件奖。该铸件由英国Grainger& Worrall铸造厂采用欣特卡斯特技术生产，该薄壁高强 度铸件赢得了这项综合技术成就奖，其技术包括 依0.75mm的缸筒孔中心度和型芯经受热负载的能力， 两个缸筒之间厚度只有2.4mm。较之原来的灰铸铁气 缸体、蠕墨铸铁气缸体重量减轻20%，发动机寿命至 少是原来灰铸铁的5倍以上。 上述这些铸件的设计生产都是铸造厂和客户紧密 合作的结果，其中也都运用了许多先进的凝固模拟技 术和新的造型、制芯等技术。从这些铸件可以看出设 计和铸造技术有多么大的潜力。
发达国家何以在设计开发新铸件方面走在世界前 列，其原因是什么呢？西方发达国家，例如美国、英
图72009年获年度铸件奖的概念摩托车铝合金车架铸件 Fig.72009castingoftheyear：framecastingstructuralframecomponent forconceptmotorcycle，356aluminum.
  k1 e/ O  w0 ]% d; j/ H图82011年获年度铸件奖的卡车驾驶室前球铁支架铸件 Fig.82011castingoftheyear：heavytruckcabfrontSGironsupport.
图92012年获年度铸件奖的灰铁扭矩转换器壳体铸件 Fig.92012castingoftheyear：greyirontorqueconverthousing
! T4 m  o0 Y4 p3 m  c7 R) B+ Z图102015年获得年度铸件奖的冲蚀铸造的本田讴歌 （Acura） 豪华运动车铝合金框架连接 （节点） 铸件 Fig.102015castingoftheyear，aluminumnodesfortheAcura NSXspaceframebyablationcasting
图11 美国全美运动汽车竞赛协会赛事 （Nascar） 参赛队赛事 发动机的蠕墨铸铁V8发动机气缸体 Fig.11CGIV8cylinderblockforNASCARracingengine madebyG&WinUK
. L* M% e: b- T' m5 K铸造 刘金城：把你的铸造厂建成创新型铸造厂—— —与你分享发达国家铸造厂的创新经验 33
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国的大学没有铸造专业，在机械、冶金、材料科学类 系，有关铸造的课程不过几个小时，有关铸件设计的 内容也仅仅是概念而已。笔者访问过一些英国、美国 的制造业厂家，发现刚刚毕业的年轻设计人员，其铸 件设计知识和经验也很有限。但是，一是西方发达国 家，例如美国、英国等在基础教育阶段对设计和创新 很重视，从小学、中学一直到大学就有各种设计内容 的课程，在各种教学活动中，学生经常受到学校、社 会和政府各方面的鼓励和奖励，进行各种创新和设计。 二是竞争是创新的主要动力，由于竞争激烈，各行各 业、大大小小的各种公司，无论对任何产品，创新设 计的意识很强；不论是供消费者使用最终产品，如各 种日用品、办公用品、计算机等小型物品，还是汽车、 游艇等大型产品，就是各种中间产品，如各种零部件、 配件，其创新设计也持续不断。三是西方发达国家的 铸造专业技术人员虽然课程学的不如中国学生多，但 是，技术人员实际接受培训，在实践中学习，获得的 知识和经验并不少，铸造专业知识和经验相当丰富， 并且很实用。四是先进的意识，许多发达国家的铸造 厂认识到，铸件也可以是高科技铸件，好的铸件含有 更高附加值，或者说含有更多无形价值。设计优越、 生产严格控制的好铸件，外型美观，铸件结构紧凑， 重量减轻，尺寸精度提高，加工余量少或无需加工， 性能高，耐磨性好，更耐用，铸件中含有更高的附加 价值，或更高的无形价值。据笔者了解，许多西方发 达国家的铸造厂就一直大力开发含有更高的附加价值、 无形价值的铸件以提高公司的效益。有些高附加价值 的铸件已经申请了专利。这些含更高附加价值的铸件 或者销售给有更高的附加价值的最终产品，如汽车、 军工机械，或销售给其他发展中国家。笔者所在公司 每次在开发新产品的初期就主动与客户的设计团队合 作，参与铸件设计，这对于最终设计出尺寸、形状以 及材料合理，满足使用要求，又易于铸造的铸件很重 要。五是行业组织和专业杂志的宣传和教育活动，美 国铸造学会举办铸件设计学习班，美国有关铸造专业 杂志也多次撰文论述铸件设计的重要性，并介绍更好 地设计铸件。 据笔者了解，英国和欧洲大陆每年都有许多铸造 厂在与用户合作，进行着铸件的设计、创新和改进工 作，有的公司每年有十多个这样的项目。正如以上几 个例子说明，目前利用新工艺、新的合金材料开发新 铸件的主要工作是由铸造厂和用户相结合来实现的， 但是发达国家已经出现了以铸件设计为业务的公司， 这些新兴公司采用计算机凝固模拟技术、计算机铸件 设计技术，与铸件用户和铸件生产厂家结合，以最快 的速度开发新铸件。可以说，未来的铸件将会是功能 更多、性能更好、价格更便宜。
5 几点建议
（1） 铸造业创新是提高铸造业核心竞争力的重要 环节，铸造厂应努力培育提高员工的创新意识和动力， 鼓励推动技术人员参与铸件的改进和提高以及用户的 铸件设计工作。 （2）中国政府有关部门、铸造业研究机关、高 校、学会、协会以及企业，应该了解国际铸造业的发 展情况，把握机会进一步发展和提高我国的铸造工业 水平。相关行业组织或高等院校举办铸件设计学习班、 培训班，邀请机械设备和零件设计工程师以及铸造工 程师共同参加。 （ 3 ）在相关专业技术杂志开辟相关专栏，介绍有 关铸件设计原则的文章，介绍设计优秀的铸件。 （4） 举办铸件评选活动，奖励设计和生产优质铸 件的企业和设计人员。这项工作已经开始，应该坚持， 不断提高水平。 （ 5）积极研究和开发铸件设计的计算机软件。 （6）国家和企业要奖励设计和生产优质铸件的企 业和设计人员，提高设计人员的积极性。
参考文献： [1]Globalcastingtrends[J].AModernCasting&FoundryTradeJournal Supplement，2007 （5）： 6. [2]1st-48thcensusofworldcastingproduction[J].ModernCasting，19662014 （12） . [3] 刘金城. 把你的铸造厂建成世界一流的铸造厂—— —与你分享发达 国家铸造厂的管理经验[J]. 铸造，2006 （ 6 ）： 545-549. [4] 刘金城. 中国与发达国家铸造业的差距、问题与对策—— —从海外 视角的观察与分析 [C]//中国铸造行业高层论坛，上海：2009-08. [5] 刘金城. 从海外视角对中国铸造业的观察与分析 [J]. 现代铸铁， 2010，30 （1）： 19-25. [6] 刘金城. 我国与发达国家在铸造工艺规范制定和执行方面的情况 比较 [J]. 现代铸铁，2011，31 （3）： 15-21. [7] 刘金城. 提高稳定性和一致性是当前中国铸造业亟待解决的问题 [J]. 现代铸铁，2012，32：15-22. [8]LarkerR.SolutionstrengthenedferriticductileironISO1083/500-10 providessuperiorconsistentpropertiesinhydraulicrotators[C]//2008 KeithMillisSymposiumonSGiron，American，LasVegas，2008. [9]CensusofWorldCastingProduction[J].ModernCasting，1973，12： 34-35. [10]2002AFScastingcontest：Industry'stopcomponentsrecognised，a moderncastingstaffreport[J].ModernCasting，2002 （7）： 22. [11]2003AFScastingcontest：Innovationsincastingdesign，amodern castingstaffreport[J].ModernCasting ，2003 （6）： 26. [12]2009castingcompetition[J].ModernCasting，2009 （ 5）： 30-34. [13]2011castingcompetition[J].ModernCasting，2011 （ 5）： 22-24. [14]2012castingcompetition[J].ModernCasting，2012 （ 5）： 22-23 [15]2015castingcompetition[J].ModernCasting2015 （ 4）： 22-23.
（编辑：张允华，zyh@foundryworld.com 把你的铸造厂建成创新型铸造厂_与你分享发达国家铸造厂的创新经验_刘金城.pdf.pdf (1.49 MB, 下载次数: 93)

2020-8-1 14:55 上传

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我本善良

老生常谈，国家地方不支持，自己没有研发技术资本，没有先进的生产工艺。死守旧的制造工艺，地方政府和环保卫生就能搞死你。不是铸造厂不想改型，而是不敢投资，怕打水漂。这样的事情发生在我们身边还少吗？
( C- |9 b% t% x( M4 f6 L哪怕你自己科技创新出来了，不到半个月，仿制品比你的正品还畅销，还占有市场。

铸造小虎

怎么才算新型铸造厂，欢迎大家讨论

老翻砂匠

里面的图呢？

铸造小虎

老翻砂匠 发表于 2020-8-1 16:15
里面的图呢？

; q( I  m6 i5 |' W! h$ D% W; \下面的PDF文件里面有图，图太多了

老翻砂匠

我本善良 发表于 2020-8-1 15:16
老生常谈，国家地方不支持，自己没有研发技术资本，没有先进的生产工艺。死守旧的制造工艺，地方政府和环保 ...

. p" q: d3 C: S: a说的是事实情况，总感觉这里面缺少了什么~

我本善良

老翻砂匠 发表于 2020-8-1 16:43
说的是事实情况，总感觉这里面缺少了什么~

: V( U# p- K7 [) I) q里面缺少的是地方政府的支持和技术革新的后盾。

xcxso

为啥欧美大量折腾铝合金什么的，原因有人考虑过吗？汽配件的技术进步其实是被主机厂倒逼的，大部分主机厂都有年度降价的要求，铸造厂通过技术改进，报告但不限于减重、将多个铸件整合成一个等方法来降本

铸造小猫

我本善良 发表于 2020-8-1 18:38

$ w/ p0 z* M8 J                               
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里面缺少的是地方政府的支持和技术革新的后盾。

- Y9 w/ `+ s6 v9 L/ O5 I基层难道不要税收和就业吗？有些时候环保是ZZ正确，底下人也没办法。参考邯郸那位马科长，我知道你要问什么，你也知道答案，我不能告诉你答案，我只能自说自话，不然一堆人饭碗不保。
6 r% n$ b/ z& V

铸造小猫

有朋友和我聊到一个问题，一堆企业拿着先进的造型线去生产低价的井盖等铸件，让我不知道该怎么评论了。
4 h5 Y  @" n* g* X5 ], e这么多铸造厂，自然有实力强劲的可以做高端货色，但很多企业在生存的压力下，怕是只能做低端垃圾货了。

铸造小猫

目前看，有色和ADI高校掺合的比较多，常规铸铁铸钢的技术研发什么的已经大量由企业走在发展的前列了，生存的压力倒逼技术进步，人员设备比在校学生更加专业。

铸造小猫

有些事情存在就有他的合理性，只能根据实际情况进行选择。有些时候，专家的言论看看就好，不少时候就是新瓶装旧酒，毕竟他们中不少人已经远离一线很久了，并不清楚一线是怎样操作的

四方通行aaa

戴着高帽一条腿走路不用拐杖还想着弯道飙车，坐轮椅上了还不忘高谈阔论一拍大腿兴奋的站起来~~~
心比天高，命比纸薄，还是操心下自己那条断腿吧。