浅析现代挤压铸造设备的智能制造技术

浅析现代挤压铸造设备的智能制造技术

付伟

（济南金麒麟刹车系统有限公司）

摘要：自从20世纪末以来，机械产品在功能上不断完善和多样化，结构上也更加复杂、精细，导致在产品中所包含的设计信息和工艺信息含量骤增，这就要求相应的制造系统由传统的能量驱动型向信息驱动型转变，即制造系统不但要有足够的柔性，还要有充分的智能化。对于铸造行业来说，由于生产环境及工艺过程的特殊性，对于自动化和智能化生产的需求变得尤为迫切。

关键词：毛坯制造；挤压铸造设备；智能制造

挤压铸造是一种新型产品毛坯制造方法，它的制造原理是：在对铸型型腔内部进行液态金属浇筑作业的过程当中，对其施加一定量的机械压力，以保障浇筑过程中的液态金属能够成型、凝固并稳定，最终获取相应的铸件。传统意义上的挤压铸造工艺需要以摩擦压力机为基础所完成。这种方式因为受到压力和不能保压的局限，制造出来的产品容易形成气泡、缩松和缩孔。而通过对挤压铸造方式的合理应用，使得所成型铸件在成形稳定性能以及补缩性能方面均显著提升，机械能力也由此得到强化。此种铸造方法现阶段已经广泛应用于军工、汽车、航空等领域中。不仅如此，采用挤压铸造的方法还能大大降低能源消耗，这一点与现阶段整个社会可持续性发展的要求是充分契合的。

而挤压铸造设备作为在挤压铸造生产作业实施过程中的基础性设备，整个挤压铸造工艺质量在很大程度上受到了挤压铸造设备运行性能的影响，因此备受关注。特别是在铸造领域不断深化智能制造的过程当中，现代意义上的挤压铸造设备也应当具备突出的智能制造性能。本文试针对这一问题做详细分析与说明。

1、目前，行业内与智能制造相关的概念很多，列举如下：

1.1数字化制造（DigitalManufacturing）

这是一种软件技术，指的是通过仿真软件对产品的加工与装备过程，以及车间的设备布局、物流、人机工程等进行仿真，目前主要的软件包括西门子的Tecnomatix和达索系统的Delmia。在CIMdata对PLM的定义中，DM属于其中一个领域。

1.2数字化工厂（DigitalFactory）

数字化工厂指的是从产品研发、工艺、制造、质量和内部物流等与产品制造价值链相关的各个环节都基于数字化软件和自动化系统进行支撑，能够实现实时的数据采集和分析。这个概念西门子采用较多，西门子有一个数字化工厂集团，专门提供相关的产品和解决方案。

1.3智能工厂（SmartFactory）

智能工厂目前没有统一一致的定义。按照业务流程专家Scheer教授的观点，工业4.0的最底层叫做Realtimesmartfactory。我认为，智能工厂相对于数字化工厂而言，主要强调生产数据、计量数据、质量数据的采集的自动化，不需要人工录入信息，能够实现对采集数据的实时分析，实现PDCA循环。SAP有一个MII系统（制造集成与智能），可以实现对工厂数据的多维度分析。

关于智能制造，其内涵是实现整个制造业价值链的智能化和创新，是信息化与工业化深度融合的进一步提升。智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。目前智能制造的“智能”还处于Smart的层次，智能制造系统具有数据采集、数据处理、数据分析的能力，能够准确执行指令，能够实现闭环反馈；而智能制造的趋势是真正实现“Intelligent”，智能制造系统能够实现自主学习、自主决策，不断优化。

2智能制造的特征

智能制造与传统模式最大的区别就是它具有智能化，而它的智能化主要包括以下几个方面：

一是自组织能力，即要求挤压铸造设备能够以生产指令为依据，自动地完成相应的挤压铸造生产任务。二是自适应能力，即同一台挤压铸造设备能够支持并高效完成不同生产产品以及不同生产需求条件下的生产任务。三是自律能力，即确保挤压铸造设备所对应智能制造系统当中的各个单元均能够严格遵循统一的指令进行任务活动。四是自学习能力，即要求挤压铸造设备能够在实践活动不断丰富的过程当中，实现对智能制造系统知识库的完善，达到提高智能基础活动能力水平的目的。五是自维护能力，即要求挤压铸造设备所对应的智能制造系统能够在部分构成单元出现故障的情况下，对其自我修复。六是自诊断能力，即智能制造系统发生故障时，能够实现对出现运行故障单元的自动诊断与识别，通过前面所提到的自维护能力，对发生故障段远程进行自动切换技术的修复，以保障挤压铸造设备中智能系统使用的持续性与有效性。七是协作能力，即要求挤压铸造设备中智能系统下属构成单元能够协调配合。

3现在挤压铸造设备的智能制造技术

挤压铸造设备是挤压铸造工艺生产的必要设备。它根据挤压铸造工艺要求，以现代设计理论为基础，结合计算机技术、液压技术、自动控制技术及传感器技术而开发设计，主要工作是控制挤压铸造生产提供流程和参数。受智能制造的影响，现代挤压铸造设备强调集成，同时要求具有支持智能制造的功能，是智能制造模式的产物。实践表明，运用挤压铸造设备，有效地提高了挤压铸造生产工艺水平和生产效率。如今，日本、瑞士、荷兰、意大利都有专门生产挤压铸造设备的公司，并且取得了很大的成就，挤压铸造设备具有很高的实时控制功能和自动化水平，而日本的挤压铸造水平又遥遥领先。现代挤压铸造设备普遍具有自组织能力、自适应能力、自维护能力、智能状态监测和协助能力，这是现代挤压铸造设备的智能特征，这些能力保证了挤压铸造设备运行的时候具有智能。同时，它和其他智能机器组成一个智能系统共同运作时就使该系统具有完整的智能机制，实现了智能制造的目标。

随着现代工业的蓬勃发展和国防装备的不断更新，挤压铸造工艺对设备提出了更多更高的要求，也使挤压铸造设备的设计和制造得到了很大的改进和进步。但是对挤压铸造设备的研究并没有止步，我们优秀的研究者和设计者依然在不停对挤压铸造设备研究和发展。今后的挤压铸造设备发展将会发展得更加先进、更加智能。比如为了改善和提高铸件的性能，可以利用挤压铸造在金属熔液凝固过程中，通过冲头的挤压作用而设计大吨位挤压铸造设备。但是这种设备受限于挤压铸造机的吨位，普通的挤压铸造铸件的重量通常小于30kg，这就使挤压铸造工作的应用范围受到了极大的限制。因此，大吨位挤压铸造机的研究和设计是目前的一个难题，无论国内还是国外都还在为此进行不懈的努力和研究，由此可见，挤压设备在未来还有一个很大的发展空间。

除了对挤压铸造设备的吨位改进以外，另一个热点就是对浇注系统的改进。虽然浇注系统在挤压铸造生产过程中退居二线，只是起辅助性的作用，但是它却是影响挤压铸造铸件的质量和生产效率的关键因素。现在挤压铸造的浇注系统主要有两种：直接浇料和间接输液，前者有着生产效率低、金属熔液容易氧化的缺陷；而后者虽然提高了效率，可以降低金属熔液氧化，但是成本和可靠性很低。因此，对挤压铸造的浇注方式的改进，也是摆在研究者和设计者面前的一个亟待解决的难题。最后是对模具温度的控制：在铸造过程中，模具的温度直接关系着铸件的质量，挤压铸造也一样。而随着铸件质量要求越来越高，传统的模具温度控制方式已经满足不了生产需要。如何能更加精确地控制模具的温度，提高铸件的质量，将是挤压铸造设备在今后的发展过程中必须解决的问题。

4结语

智能制造是21世纪的制造业的主要发展模式和方向，挤压铸造作为一种具有良好发展前景的毛坯制造形式，对于智能制具有更为迫切的需求，通过合理的设计，使挤压铸造设备具备自适应、自组织、智能检测维护和协作等能力，对于提高铸造水平，提高效率，以及降低成本都具有十分重要的现实意义。

参考文献

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[2]通过“智能制造”有效应对21世纪制造业面临的四大挑战[J].自动化博览，2012，（12）：2.

[3]智能制造装备产业“十二五”发展规划出台[J].现代技术陶瓷，2012，（4）：12.