走近智能鑄造

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》指出，製造業是國民經濟的主要支柱。提出要重點研究數字化設計製造集成技術，建立若干行業的產品數字化和智能化設計製造平台。智能製造（Intelligent Manufacturing）泛指智能製造技術和智能製造系統，它是人工智慧技術和製造技術相結合後的產物。在中國《智能製造科技發展「十二五」專項規劃》中，定義智能製造是「面向產品全生命周期，實現泛在感知條件下的信息化製造，是在現代感測技術、網路技術、自動化技術、擬人化智能技術等先進技術的基礎上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執行技術，實現設計過程智能化、製造過程智能化和製造裝備智能化等。智能製造系統最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統向以機器為主體的自主運行轉變」。

智能鑄造的目標及發展重點

我國作為鑄造大國迫切需要鑄造智能化。鑄造智能化目標是實現鑄造各階段的自感知、自決策和自執行，體現在機器人、感測器、數字化製造技術的普遍應用。當前我國鑄造廠智能化水平參差不齊，一些量大、面廣或產品附加值高的鑄造智能化應用並不能在全行業推廣。鑄造智能化發展途徑的重點體現在：①鑄造成形全過程計算機工藝模擬與優化；②數字化智能化鑄造機械和生產線；③機器人在熔煉、澆注、造型、制芯、上塗料、精裝等工藝中得到廣泛應用；④在生產過程大量應用在線監測技術及管理信息系統；⑤快速造型、制芯、模具加工等快速製造技術；⑥數字化鑄造車間。

（1）數值模擬。我國在鑄造領域數值模擬的關鍵技術研究包括：①精確成形鑄造過程數值模擬技術；②包含熔煉、熱處理的鑄造成形全流程數值模擬技術；③鑄造全過程的熱-力-缺陷分析檢測和反饋技術；④鑄造合金和鑄造材料熱物性參數測量技術，建立豐富且完善的熱物性參數資料庫；⑤基於數值模擬的智能化鑄造工藝設計與優化技術。

圖1

不同抽拉時刻葉片試件的微觀組織演變

目前我國應加大鑄造數值模擬技術的產學研相結合，增加鑄造數值模擬投入，集合我國鑄造數值模擬技術研究機構以及應用的優勢單位，以大型零部件鑄造生產為導向，重點開展鑄造數值模擬的系統化、智能化工作。由點到面，逐步推廣系統化和智能化鑄造模擬技術在中小鑄造企業中的應用。

圖2

多尺度模擬模擬在航空及汽車上應用(引自P D Lee教授的報告)

圖3

鑄鋼件砂型鑄造工藝優化

（2）機器人。機器人是實現鑄造智能化的關鍵設備，制約鑄造行業機器人應用的關鍵因素在於其綜合成本，雲端智能機器人編程系統，鑄造模塊化配件和軟體，智能感測器及系統是實現鑄造智能化三大關鍵技術。

我國鑄造工廠智能化水平參差不齊，基於機器人應用的鑄造智能化是迫切需要，然而鑄造行業出現的量大、面廣或產品附加值高的鑄造智能化應用並不能在全行業推廣。實現鑄造智能化的關鍵設備機器人在鑄造行業普及推廣面臨的問題不是需求，也不是機器人的成本和價格，而是機器人在鑄造行業的綜合應用成本。

圖4

某企業製造低壓取件機器人單元

（3）快速成形。快速成形鑄造技術主要涉及增材製造、數控加工和鑄造三個領域。快速成形（Rapid Forming）是基於數字化技術，利用增減材製造方法實現快速制模、制型和制芯等的一種成形工藝。

快速成形的關鍵技術包括：①適用於快速鑄造技術的制模及造型材料體系開發；②快速原型高精度模樣的高效3D列印技術；③快速砂型的高效數控銑削成形技術；④快速砂型的高質量3D列印快速製造技術；⑤高可靠性快速鑄造工程化生產裝備的開發和研製。

智能鑄造典型應用模式

智能鑄造典型應用模式為「數字化鑄造廠」，「數字化鑄造廠」全部採用信息化手段管理生產流程、質量控制流程、財務流程、產品開發流程、人力資源管理培訓流程等所有內部流程，同時用信息化手段處理與供應商、與客戶的關聯流程。

圖5

鑄造行業網路製造體系

圖6

具有工業4.0特徵的智能化鑄造工廠雛形

2018中國鑄造工業展

將集中展示鑄造領域最具代表性的鑄造設備、產品、技術及研究成果，還將舉辦多場同期活動如智能鑄造的生產應用、綠色環保發展論壇、東南亞鑄造出口信息發布會、優質鑄件評選活動、創新產品發布會、中國古代鑄造成就展示、2018年消失模鑄造工藝培訓交流活動等。讓我們走進2018中國鑄造工業展的同時，走近智能鑄造。

主辦單位

鑄造行業生產力促進中心

中國機械工程學會

承辦單位

中國機械工程學會鑄造分會

瀋陽中鑄生產力促進中心

協辦單位

紐倫堡會展（上海）有限公司

浙江省機械工程學會鑄造分會

天津市鑄造學會

四川省鑄造學會

瀋陽鑄造研究所有限公司

聯繫方式

來源：熱加工論壇

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