鑄造有著數(shù)千年的歷史，干將莫邪鑄鐘娘娘的傳說里都有著對(duì)鑄造工藝的描述;去年熱映的電影《鋼的琴》里那架鋼琴的琴體也是由鐵水鑄成。
在幾千年歷史河水的沖刷中，鑄造工藝幾乎從未被改變過。以應(yīng)用最廣泛的砂型鑄造為例，先根據(jù)圖樣做出木模，再放入砂箱填型做出砂型，后將熔化的金屬澆灌入砂型空腔，冷卻凝固獲得鑄件。從祖輩手中的煙袋鍋?zhàn)?，到現(xiàn)代汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，鑄件幾乎都是出自這種工藝。
整個(gè)過程環(huán)節(jié)較多，需預(yù)留工藝補(bǔ)正量，并且尺寸精度差，人為影響因素很大，因?yàn)榇蟛糠侄际且远S圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。
隨著汽車機(jī)床等現(xiàn)今制造業(yè)技術(shù)的高速進(jìn)步，以及核電航空航天國(guó)防軍工等重大裝備和重大工程的實(shí)施，鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)要求更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量，更好的表面質(zhì)量，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，節(jié)能降耗減少污染也是現(xiàn)代制造業(yè)的迫切要求。
2015年中國(guó)的鑄件總產(chǎn)量將達(dá)到5000萬噸以上，年產(chǎn)值達(dá)到7500億元以上，數(shù)字化無模鑄造技術(shù)及裝備將在汽車模具機(jī)床工程機(jī)械航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造應(yīng)用最廣泛，世界上大約80%的鑄件都采用木模金屬模等進(jìn)行砂型鑄造。目前，我國(guó)有3萬多家的鑄造企業(yè)，2011年我國(guó)鑄件年產(chǎn)量超過了4000萬噸，消耗了大量木材和金屬。2012年我國(guó)數(shù)字化無模鑄造精密成形機(jī)預(yù)計(jì)推廣應(yīng)用30臺(tái)，亞洲歐洲亦有橄欖枝拋來，這種裝備可在兩天內(nèi)制作出以前需要1-2個(gè)月才能完成的砂型，在單件小批量鑄件及鑄造模具開發(fā)生產(chǎn)中徹底將鑄造工藝中的木模拋棄，在鑄造行業(yè)中推廣應(yīng)用，將會(huì)節(jié)約大量木材和金屬，挽救成千上萬棵樹。
反觀傳統(tǒng)鑄造工藝，為了達(dá)到要求，木模金屬模等的制作過程耗時(shí)耗力，動(dòng)輒以月為單位的開發(fā)周期，拖了制造后腿。在提高產(chǎn)品開發(fā)效率和降低能耗的呼聲中，鑄造工藝應(yīng)無模化柔性化數(shù)字化精密化綠色化和智能化。
2008年，數(shù)字化無模鑄造技術(shù)的發(fā)明者單忠德收到中國(guó)一汽的一個(gè)鑄件圖紙，對(duì)方希望能夠采用數(shù)字化無模鑄造技術(shù)進(jìn)行砂型制造的測(cè)試，表示如果能在兩天后的周一，依據(jù)圖紙制出該鑄件的合格砂型，中國(guó)一汽將啟動(dòng)購(gòu)置設(shè)備談判。兩天后?按照傳統(tǒng)鑄造工藝，通常需要30-45天甚至更長(zhǎng)時(shí)間!結(jié)果是，周一單忠德帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)把砂型擺在了談判客戶面前。單忠德及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)的數(shù)字化無模鑄造精密成形技術(shù)及裝備，直接從砂型加工入手。技術(shù)人員所需要做的很簡(jiǎn)單，先用電腦將所需鑄件的三維CAD模型做出來，自動(dòng)規(guī)劃路徑后輸入到無模鑄造精密成形機(jī)，然后，就等著看刀頭的機(jī)器舞吧。
刀頭會(huì)按照程序設(shè)定的軌跡移動(dòng)，或上或下，或左或右，或淺或深這是一種精密機(jī)械獨(dú)有的運(yùn)動(dòng)美感。經(jīng)過一番切削后，一個(gè)完美的砂型得以呈現(xiàn)。這個(gè)過程，最快只需要幾個(gè)小時(shí)，這點(diǎn)時(shí)間比起動(dòng)輒以月為單位的開發(fā)周期，幾乎可以忽略不計(jì)。
看過數(shù)控機(jī)床的刀頭上下翻飛雕琢一個(gè)金屬件的朋友，也許會(huì)在無模鑄造精密成形機(jī)前體味到異曲同工之妙。
但你所不知道的是，由于是對(duì)型砂直接切削加工，因此存在著復(fù)雜薄壁砂型加工易出現(xiàn)坍塌且表面粗糙高速旋轉(zhuǎn)的刀具加工砂型易磨損或崩刃，加工的廢砂如何及時(shí)清除及刀具冷卻等諸多問題。
單忠德舉例說，型砂質(zhì)地粗糙，高速旋轉(zhuǎn)的刀具與堅(jiān)硬的型砂顆粒碰撞，普通刀頭豈有不壞不崩之理?所以無模成形系列技術(shù)中，有一項(xiàng)就是專門的長(zhǎng)壽命刀具研制。再有，切削型砂不可能用切削液給刀頭降溫，而產(chǎn)生粉塵又該如何處置?他們想到了在刀頭周圍創(chuàng)造出一個(gè)正負(fù)壓環(huán)境，這樣既解決了降溫問題，又不至于讓刀頭起舞時(shí)黃沙滾滾。
該項(xiàng)目創(chuàng)新提出鑄型數(shù)控加工方法復(fù)雜薄壁件砂型配方刀具冷卻和廢砂排除一體化方法金屬件自適應(yīng)鑄型制造及鑄型坎合組裝方法，創(chuàng)新地開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的長(zhǎng)壽命高速砂型加工刀具固化砂型加工工藝參數(shù)的專用高速高效開放式數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口管理軟件刀具冷卻和廢砂排除一體化系統(tǒng)和系列化的無模鑄造精密成形機(jī)。
由于三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)鑄型制造，拋棄了傳統(tǒng)的木模或金屬模等模具，大大縮短了鑄造流程，并實(shí)現(xiàn)了鑄造行業(yè)的數(shù)字化，因此數(shù)字化無模鑄造精密成形技術(shù)被稱作是鑄造技術(shù)的革命。
技術(shù)革命的效果就是，加工費(fèi)用僅為有模方法的1/10左右，開發(fā)時(shí)間縮短了50%-80%，相應(yīng)地制造成本降低了30%-50%。
如果你是一個(gè)鑄造行業(yè)的從業(yè)人員，你應(yīng)該可以體會(huì)到，不僅享受到時(shí)間節(jié)省和成本降低，重要的是使用該技術(shù)搶占了市場(chǎng)先機(jī)，由此所帶來的收獲更讓人心潮澎湃。
如果你是一個(gè)鑄造行業(yè)的從業(yè)人員，你還會(huì)注意到，型芯數(shù)字化加工，取消了拔模斜度，提高了零件的成形精度，同時(shí)減少了設(shè)計(jì)中的加工余量;型芯柔性化的設(shè)計(jì)和靈活多樣組合，為設(shè)計(jì)和制造提供了充分自由度;另外，多種類激冷效果各異的型砂可構(gòu)造自適應(yīng)復(fù)合砂型。
如果在鑄件開發(fā)及小批量生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)字化無模鑄造成形技術(shù)，將減少大量木材和金屬的消耗，挽救成千上萬棵樹，成片的森林。同時(shí)，由于減少拔模斜度和加工余量，每噸鑄件可平均減重3%，還將會(huì)節(jié)約大量金屬和煤電，利于行業(yè)節(jié)能減排。
截止到2011年年底，單忠德團(tuán)隊(duì)先后在北京吉林長(zhǎng)春山東煙臺(tái)河南洛陽江蘇常州和廣西玉林等建立了7個(gè)數(shù)字化無模鑄造精密成形技術(shù)與裝備的應(yīng)用示范基地。中國(guó)一汽中國(guó)一拖廣西玉柴等企業(yè)已經(jīng)采用該方法及裝備，成功完成了輪轂齒輪殼體變速箱體進(jìn)排氣管發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等復(fù)雜鑄件的開發(fā)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益上億元。
