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展会结束

5月8-11日，在第二十一届中国国际铸造博览会上，涌现出的众多技术升级新产品格外引人注目，高精尖铸件、智能化设备、绿色环保材料……件件引发现场观众和专家的关注与赞叹，意义非凡、影响深远，现对组委会评选出的优质铸件金奖特别奖进行专题介绍。

本期介绍的是宁夏共享装备股份有限公司

产品——往复式压缩机气缸

产品简介

该气缸铸件为往复式压缩机的核心零部件，由于热效率高、单位耗电量少、技术成熟等优点被广泛应用，其结构包括活塞杆孔、气腔、冷却水腔、测温孔等。气缸产品结构复杂，两层腔道、管壁内侧为活塞运动做功区域，小孔侧连接活塞杆，大孔侧连接气缸盖，中间两处圆孔分别为吸气口和排气口，上下两层8个圆孔分别连接吸气阀和排气阀。

此气缸主体壁厚60mm，最大壁厚320mm，轮廓尺寸1547×1240×1390mm、重量2932kg，材质QT400-18，铸件图片如下图：

检测要求

气缸是压缩机构主要零部件，与活塞组件等部件连接完成做功，是压缩系统工作的场所。技术要求和相关检测如下：

1. 铸件尺寸公差等级：尺寸规范DIN1686-CT11执行。2. 材质牌号：顾客要求按照ASTM A395-TMS31.422 ( 60-40-18 )执行。3. 压力测试：顾客处加工完后按照ANSI压力管标准进行压力测试。4. 力学性能：抗拉强度Rm≥394MPa，延伸率18%，实体硬度HBW 143-187。5. 金相要求：薄壁、厚壁实体和附铸试块石墨形态均满足V+VI型≥90%。6. NDT检测要求：铸件关键位置MT检测，按照TK21.103-TMS31.422执行；铸件关键区域UT检测，按照TK21.109-TK20.006执行。

工艺研发过程

产品难点分析

①该产品属于结构复杂的球铁产品，主体壁厚60mm，最大壁厚320mm，上、下缸孔和缸壁的连接位置壁厚大，铸件整体壁厚差异大。内缸壁MT 1 级、关键位置UT 2级，加工完成后铸件需要进行压力测试，整体检测质量要求高。该产品由于结构的特殊性补缩非常困难，关键位置存在独立热节，模拟显示缩松缺陷较多，并且此位置属于砂芯连接位置，放置冷铁会导致砂芯的强度下降，吊运及组芯过程中发生断裂。②该产品两层腔，内腔砂芯整体连接非常薄弱，并且需要保证高强度。正常工艺分型后，后续内腔披缝的清理难度非常大，既要满足顾客对内腔的清洁度要求，又要保证内腔砂芯浇注过程中不断裂或者漂芯，对工艺的分型设计和组芯过程中如何控制尺寸精度也是技术难点。③此类产品极易产生夹渣缺陷，工艺设计过程中既要保证平稳进流，也要考虑铁水在充型过程中带来的二次造渣，这就需要对铸件的浇冒口系统、进流位置及尺寸比例进行合理的优化设计，从而在一定程度上减少气缸的铸造缺陷。④针对该产品复杂的厚壁结构，熔炼时不仅需要精选优质的原辅材料，也要结合多级孕育的工艺方式，防止球化衰退，保证厚壁球墨铸铁件石墨形态。因此在孕育、浇注控制方面具有较大的难度。

铸造工艺设计

基于往复式压缩机气缸结构特点，该产品选择3D打印成型的方式进行工艺设计。铸造工艺采用多点进流，设计变截面积直浇道和变截面积内浇道的开放式浇注系统，铸件大缸口面朝下，此种浇注系统有利于降低金属液充型速度，同时浇道位于铸件最底部进流平稳，经MAGMA软件模拟分析，内浇口流速0.5m/s，浇注时间50±5S。从现场操作的简便性及铸件关键位置质量的稳定性出发，采用水平分芯方法。水平分芯后单块砂芯清砂无任何问题，砂芯整体按打印机最大尺寸设计，内腔砂芯可以通过缸孔上、下连接，在保证内腔披缝少的同时也可以保证砂芯强度。采用3DP制型、模块化组芯的工艺方法，进行整体分型，一共需要6块砂芯即可，同一层侧面方门设计在同一个砂型上，铸件尺寸控制精确，侧面圆孔同轴度高，砂芯结构包含铸件内外腔结构、浇注系统、冷铁槽、冒口及出气等结构。工艺具体模拟方案如下：吸气、排气阀法兰端面打孔位置放置冷铁。内缸关键部位通过前期研究使用铬矿砂加钢丸，相比粘接直冷冷铁现场可操作性更加简便，顶面厚大中心孔放置少量直冷冷铁；顶侧放置发热冒口。通过模拟结果分析，内浇口流速低充型过程平稳，无飞溅、紊流，温度场分布均匀，同等高面温差小；顶面冒口最后凝固，整体趋于顺序凝固。铸件热节分散且小，具有缩松倾向的位置缩松小且远离关键加工位置。

创新思路

1. 此气缸采用3D打印砂型工艺设计，工艺流程包括虚拟设计、3DP砂型成形、砂型施涂、砂型组芯、浇注，打箱等，实现了该类产品的无模快捷铸造，提高了制造精度、节约了模具制造成本、缩短了铸造周期；

2. 通过3DP打印机所得砂型尺寸精度高(±0.5mm)，砂型强度高，3D打印成型工艺规避了传统工艺的起模和撤料问题，大大减少工艺分型数量，同时使浇注系统、出气、冒口形式及位置的设计更加灵活性，提高铸造工艺的优选性；3. 利用3D打印固有的优势使得铸件尺寸精度及尺寸稳定性得到了有效控制，对于此气缸，侧面圆孔同轴度要求高，传统木模生产时由于撤料的问题，砂型数量多，下型误差大，很难保证侧面圆孔的同轴度。采用3D砂型铸造工艺进行整体分型，同一层侧面方门设计在同一个砂型上，砂型结构包含铸件内外腔结构，铸件尺寸控制精确，侧面圆孔同轴度高。同时铸件的披缝数量减少，后序铸件清理难度降低，清理效率大大提高；铸造过程中利用铬矿砂+钢丸替代直冷冷铁的方式大幅度降低了现场冷铁的使用，并且大大提高现场的生产效率，符合绿色制造特点，节能环保，劳动强度低。

企业简介

宁夏共享装备股份有限公司

宁夏共享装备股份有限公司是一家科技领军企业，下属十一家子公司被认定为“国家级高新技术企业”，2家国家级专精特新“小巨人”企业，拥有国家级企业技术中心、国家首批双创企业示范基地、国家智能铸造产业创新中心、国家地方联合工程实验室、博士后科研工作站、国家智能铸造专业化众创空间、国家技术标准创新基地等国家级创新平台8个，宁夏先进铸造技术重点实验室等省级创新平台6个，获国家、中国机械工业、宁夏科技进步奖共30项，是国家专业技术人才先进集体、国家技术创新示范企业、第五批国家创新型试点企业，承担科技部国家重点研发计划等国家级项目26项，累计受理专利3100余项、授权专利1400余项，获中国专利银奖、优秀奖共5项，发布标准100余项。

公司已成为铸造3D打印产业化应用的全球领跑者，承担国家级科技部重点研发计划相关课题3项，铸造用工业级砂型增材制造装备是中国制造业单项冠军产品、被纳入国家《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录》，荣获中国专利银奖、中国专利优秀奖等荣誉。公司已成为行业智能制造的领先者，是国家首批两化融合管理体系贯标及示范企业、互联网和工业融合创新试点企业、国家首批46家智能制造试点示范企业、国家级企业工业设计中心、工信部服务型制造示范平台、国家智能制造优秀场景、国家智能制造标准化总体组企业成员单位（全国13家企业之一），已发布25项智能制造团体标准。