数字化技术在高端铸件研制中的应用随着高端铸件需求的增长.PDF

《兴业铸铁技术论坛》优秀论文选登 数字化技术在高端铸件研制中的应用 原晓雷 薛蕊莉 宁夏共享集团股份有限公司 前言 ：随着高端铸件需求的增长、产品更新换代的加快以及先进制造技术发展等，传统串行 的铸件产品研制方式的不足已经显现出来：周期长、成本高，竞争力不足。如何快速地研制 新产品是未来企业核心竞争力的主要体现。本文主要介绍一种新型的铸造产品研制方式—虚 拟铸造技术+3DP 快速成形技术，并用具体产品的研发实践说明新型铸造产品研发模式可极 大地提高产品研发效率，降低产品研发成本。 1、铸造技术发展以及对高端铸件研制技术的需求 近30 年，世界铸造技术发生了巨大的变化，随着人类生活环境的要求越来越高、科学 技术日新月异的发展，促使制造业和铸造技术不断进步，铸造发展需要先进的铸造技术，如 大型的铸件成形技术、轻合金成形技术、增量制造技术、粉末冶金成形技术，高温合金凝固 技术复杂结构件精密成型技术。 综合国内外发展情况，铸造技术发展的总趋势是： • 重大装备需求凸显，铸造技术向大型高端、特高参数零件成型方向发展； • 铸造部件向轻量化、精确化、强韧化和复合一体化的方向发展； • 开发应用高精度、近净成形铸造技术； • 开发应用先进的轻合金、高温合金精密铸造技术； • 铸造过程数字化、信息化、智能化技术应用； • 绿色铸造技术。 重大装备对高端复杂铸件的需求凸显。火电机组将以（600°C/25MPa）及更高温度的超 超临界机组为主，蒸汽参数高，高温零部件工作环境恶化，要求高性能更好的高温零部件新 材料的开发应用是超超临界机组进一步发展的关键之一；核电将以百万千瓦级以上的三代核 电为主，新一代核电设备对铸件提出了“大型化、一体化和高性能等苛刻要求；水电将以混 流式70 万千瓦及以上机组和用于抽水蓄能的轴流机组为主；电力、石油和冶金等领域装备 超常工况条件下 （大型化、特高参数）的零件形成发展方向。 1 图 火电机组 为了提高汽车运行性能和节约能源，汽车铸件正向轻量化、精确化、强韧化、复合化和 环保化方面发展。铸件轻量化一方面是发展先进的材料技术，另一方面是减薄壁厚、设计多 零件组合铸件等先进铸造工艺技术。 2 图 汽车发动机 高性能航空发动机关键制造技术正向轻量化、整体化、精密化制造，发动机零部件铸造 技术向先进制造工艺以及信息技术与制造技术相结合的方向发展。 图3 航空发动机 2 — +3DP 、新型铸造产品研制模式 虚拟铸造技术 快速成形技术 传统铸造产品研制采用的是串行工程模式，即首先由设计部门设计产品、产生工程文件 （图纸、规范和技术说明等），然后由生产部门消化产品文件，再设计生成生产文件 （铸造 工艺、模具工装文件、加工工艺等），并组织生产资源、安排试制生产，质检部门依据有关 技术要求安排检验。铸件研制的每一阶段工作都依赖于前一阶段的完成，并制约后一阶段的 进行。由于铸造工艺的复杂性和特殊性，一般需要通过多次试验及工艺优化后，铸件才能达 到要求。随着社会发展科技进步，产品更新换代速度的加剧，对铸件的生产效率、尺寸精度、 表面和内在质量等要求越来越高，铸造企业的竞争压力与日俱增，传统铸造的研制、生产模 式存在的问题就凸显出来： （1）传统的产品设计、工艺设计过程和制造过程相分离，使得从设计到铸件定型需要 大量的反复试验、修改； （2）铸造工艺的定型是一个反复修改、实验的过程，依靠“经验+试验”方法制定铸造工 艺，需要消耗大量的成本和时间； （3）生产工序繁复、流程长，工艺装备复杂，模具庞杂且配备调度难度大，模具更改 工作量大。 这些问题成为新产品研制的最大障碍，迫切需要采用新的产