复杂箱体类铸件的LFC用发泡模具的国产化实践

wutongshu · 发表于 2010-9-30 10:18

进国外消失模成套设备后，迅速实现发泡模具的国产化是扩大铸造产量的关键之一。合力集团依托华中科技大学，在实施发泡模具国产化的进程中经历了三个阶段。三年来共开发出多种箱体铸件的发泡模具，不仅满足了本集团的需求，还为国内外其它企业配套生产箱体类铸件，使消失模铸造不断发挥效益。

关键词：　发泡模具　箱体铸件　消失模铸造

引言
箱体类铸件是比较适合消失模铸造(Lost Foam Casting)的一种类型。一般而言，箱体越复杂，消失模工艺越能发挥其优势。国外用LFC法生产箱体类铸件的公司有美国GM 的Saturn（生产球铁差动器壳体）和意大利FATA的Teksid（生产灰铁曲轴箱体）。国内用LFC生产箱体类零件的企业有：重庆南川通发特种铸造厂（生产载重车齿轮箱体）；山西临猗华恩公司（生产差速器壳）和山西左权龙泉冶金铸造有限公司（生产变速箱壳体）。

1998年初，安徽合力叉车集团（简称合力集团）引进德国消失模白区制模技术，其产品对象主要是叉车用各类箱体铸件，如变速箱体、变矩器及离合器壳体等。当时，国内已有数家企业引进国外消失模铸造设备，其中有的因模具国产化成为瓶颈，生产状况不尽人意。如今三年有余，合力集团LFC 生产形势很好，开发出十多套模具（其中箱体类模具六套），完全具备了模具设计、制造和开发能力。本文从技术上对合力集团所实施的模具国产化的三个阶段进行总结。
　
第一阶段：设备引进和模具培训同步进行

1998年，合力集团引进德国TEUBERT公司TVZ130/90成型机。该设备为全自动卧式成型机，垂直开模，吸盘取件；该设备采用德国发泡成型模具，生产出叉车液力变速箱体泡沫模样（模片分为三块）。所生产的箱体铸件重达６0多公斤。

在引进设备的同时，合力集团领导意识到：要扩大LFC生产规模，就必须迅速实现模具国产化。因此，在与德方商务谈判中，中方坚持将模具培训列入合同。因为引进的德国成型机和冷粘合机在国内都是第一台，针对德国设备的发泡模具设计，国内没有设计参考资料。

为更好地消化吸收德国技术，合力集团邀请华科大参与组团，赴德考察模具设计和制造。三人在德培训十天，考察的主要收获如下：

1．接受了多模独立汽室的设计概念，摸清了模具与设备的相互连接匹配关系。所谓独立汽室机构指在一台成型机上可同时安装数付模具，而每付模具的汽室相互独立，可按各自的成型工艺制作不同的泡沫产品。德国成型机工作面尺寸大（1300X900），可采用多模独立汽室模具。为此，该设备配备有４套物流接头，提供蒸汽、冷却水、压缩空气以及真空等，以便在成型机上安装四套发泡模具。独立汽室模具机构的设计概念是德国设备所独有的；

2．掌握了模具型腔分块设计原理，考察了几种抽芯结构；

3．亲眼所见三维设计和Internet在模具设计和制造中的应用。
　
第二阶段：依托学校，共同探索模具国产化

模具培训解决了设计理念，若要实现模具国产化，还有许多技术难关要攻克。为积累经验，少走弯路，由华科大率先承担两个产品的模具设计制造任务：叉车变矩器壳体（32kg）和离合器壳体（20kg）。两副模具的设计和制造均在校方进行，合力集团曾多次派技术人员到校进行考察研讨。双方人员参与模具调试的全过程，经过反复试验和修改模具，铸件产品透过验收。

变矩器和离合器壳体的试制成功，获得了宝贵的第一手资料，为今后设计和制造其它箱体类模具提供了经验。于是合力集团于1999年组建消失模模具设计室，边学习三维ug软件，边开始多副模具设计。1999至2001年间，集团开发了十多副发泡模具，其中完成了两副较复杂的箱体发泡模具：一件是汽车齿轮箱壳体铸件（重36kg）。另一件是机械变速箱体铸件（68ｋｇ）。

多副箱体的模具从设计到制造直到投入生产，使双方技术人员消化掌握了设计要领和制造细节。在这第二阶段，技术上的主要收获如下：

1．掌握了以二维设计为主，以三维设计为辅的设计路线：即先完成模具的二维装配设计，再对
需要数控的模具型腔面进行三维设计；

2．体会了发泡模具以及成型工艺对泡沫产品质量之间的影响，掌握了卧式成型机的各种流体通道（如蒸汽管、压缩空气管、冷却水管、真空以及排污管等）的合理布置原则；

3．掌握了几种抽芯（外抽芯、内抽芯和斜抽芯等）的设计技巧和制造技能；

4．积累了对薄壳随形深腔模块的数控加工经验。合力集团工具车间，为了验证数控加工编程的正确性，曾多次在蜡坯上进行检测，锻炼了模具数控加工的编程能力。

5．对模具设计和制造进行了系统总结，结合其它类型的模具设计经验，为《中国模具设计大典》第五卷编写?quot;消失模铸造工艺装备设计"章节（该书2002年底出版）。

第三阶段：提高设计水平，加快制造进度，降低模具成本
　
合力集团除了与华科大合作，攻克模具难关外，还同清华大学合作（开发工艺软件）；同合肥工大合作（实施涂料国产化），不断完善丰富消失模铸造，使铸造技术的水平和铸件质量不断与国际接轨，2000年，变速箱体铸件获第五届中国国际铸造及锻压展览会展品一等奖。2001年消失模铸件的质量受到美国外商青睐，要求与集团签订长期合同，提供拖拉机3058变速箱体和箱盖铸件。

3058箱体铸件重75kg，轮廓尺寸490×340×440mm，其内部结构分为三个互相连通的腔室。该箱体是用三维设计完成的最新式样，铸造难度系数高，据称国内还没有如此复杂的砂型箱体铸件。其泡沫模样无论如何都需分解为四段泡沫模片。

外商要求８个月内提供产品样品，而且提供的模具费并不高。为迎接挑战，集团和华科大共担风险，大胆承接了外商合同。由校方承担箱体模具，公司承担箱盖模具。

尽管我们掌握了消失模模具设计和制造技术，但设计周期较长，模具投资过大等问题影响消失模铸造上品种上效益。为真正适应市场挑战，必须提高设计水平，加快制造进度，同时采取措施，降低模具成本，为此，校方和集团在3058模具设计和制造上进行了积极探索：

1)采用以三维设计为主、二维设计为辅的设计路线，加快设计进度。

2) 充分利用网络手段，进行电子文档传递。华科大、合力集团及美方公司三者直接在网络上交流设计资料、讨论问题，修改方案。使设计中遇到的问题得到及时解决。在模具制造阶段，我们同浙江模具公司实现网上互传CAD文件，保证了加工进度。

3)与浙江象山铸模专业制造厂合作，充分利用专业制造厂的CN加工能力和制造效率。内地模具厂需半年以上才能完成加工任务，在浙江模具厂竞40天内完成。

在保证质量的前提下，我们还对如何降低模具造价进行了积极探索：a)用优质铝合金铸造毛坯取代锻铝模块；b)用国产汽缸代替德国汽缸；c)将所进口零配件（除水管快速接头外）采用国产代用品。

由于采取了提高设计水平，加快制造进度，降低模具成本等措施,圆满完成了模具调试任务。生产出复合美方要求的泡沫模样和铸件。铸件的表面粗糙度达到Ra12.5um,尺寸精度达到CT７～８级。如今，每月发往美国的箱体箱盖铸件２００套。该箱体全套模具的复杂程度（共有九处抽芯

4)超过了德国模具，铸件也代表了合力集团LFC的最高水平。

结论

叉车集团在吸收消化德国技术的基础上，不断丰富和完善消失模技术，共开发出６个不同品种箱体铸件的发泡模具，不仅满足了集团公司的铸件需求，还为国内其它企业和国外公司配套生产箱体类铸件，使消失模铸造生产不断发挥应有效益，产量逐年上升。2001年，仅箱体类铸件，年产量达到2500余吨。2002年５月，第五届实型铸造学术年会在安徽合肥召开，60多位代表参观了消失模铸造生产线，对叉车集团模具国产化、LFC铸造水平和铸件质量均给予了充分的肯定。

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