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复杂箱体类铸件的LFC用发泡模具的国产化实践
作者:叶升平 吴志超 黄乃瑜
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铸造模具/压铸模具展厅
压铸模具, ...
摘 要 引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。

华中科技大学 叶升平 吴志超 黄乃瑜
安徽合力叉车集团  余雷 龚伟权 方家骅

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/9/2004)
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