树脂砂设备(2mm壁厚涡轮增压器壳体铸钢件的实现)

Posted 2023-05-29

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树脂砂设备(2mm壁厚涡轮增压器壳体铸钢件的实现)

Hasenclever铁厂的前身是成立于1773年的生产锤子的锻造厂，1913年转为铸造厂；现有720名员工，其中28名白领、4名采购，主要产品是汽油车用涡轮增压器钢壳体，年产量约300万个铸件，2019年达到1.6亿欧元的产值。

厂区里建的当时用于锻造的一个“尾锤”模型

废气渦轮增压器铸钢壳体市场中期稳定，但作为传统的铸造企业，Hasenclever铁厂在投资生产这些几何形状复杂的壁薄零件时，受到了亚洲企业的竞争限制。下面请跟随德国杂志Giesserei编辑Robert Piterek去探秘这个工厂是如何应对亚洲企业竞争并开辟出新市场的。

有魅力的铸造车间

Hasenclever铁厂有很多生产方法，在5公顷的企业占地内，有一个手工造型车间和一个使用潮模砂的生产线来生产各种铸铁件，有一个组芯及壳芯生产线生产铸钢废气涡轮增压器壳体（有的带排气管），在坭芯与铸型的生产中使用了壳芯、冷芯盒、潮模砂及呋喃树脂砂，可同时生产多品种的涡轮增压器壳体、带排气管的涡轮增压器壳体、缸盖、轴承箱等铸件。复杂的缸盖铸件的用户是Rolls-Royce PowerSystems公司的MTU，固定客户有VW、Ford、三菱、奔驰的AMG、保时捷及其它汽车铸造商，也向Borgwarner Turbo Systems、Mitsibishi Turbocharge、Engine Eupope、 Continental和日本的 ICSI供货。

车间的一个壳型生产线的吊兰上有壳芯做的外型，冷芯盒芯组合在里面，深色的铁丸充满在浇道周围。这是一个精密铸造方法，有好的充型能力，高的透气性，使用较少的型砂，这使生产薄壁件有了可能。吊兰一个个走向上面的底注浇包处，杠杆一拉，钢液进入铸型，在工人的面罩上看来好似在退火的钢。

用底注式浇包进行浇铸

浇注完的铸型

几米后就是感应电炉区，这在德国也可以说得上是大的熔炼车间了，有8台来自ABB、Otto Junker、Inductotherm等公司，最高每小时可以提供18吨钢液，为满足各生产线的要求可以随时出钢。在防护罩后面，穿着防护服的工人倾斜电炉出钢到包内，然后由叉车运输，钢花飞舞。

出钢时的火花

在其后面是一个有足球场那么大小的车间，电磁吸盘正在称量从一个金属堆取的废钢，然后送到其中的一个电炉中。从2012年开始生产曲轴后，他们一直在寻找炼钢转炉的外承包。“我们按预定的配料单配料，熔化废钢、镍、铬，使其达到所希望的合金成分和质量，它们都在控制之下，必要时进行调整，然后放行、浇注。”工厂负责人Von Wald介绍。

在又高又紧密的篱笆后面，在宽广的流水线上移动着一个个半拉组芯块，ABB的工业机器人置于流水线的两边，十分精确地移动着芯块到预定的位置。最终的铸型有13个坭芯，在这里仅8个；在生产时一型有“4胞胎”，即4个铸钢件。此时，正在往里按其它芯块，在线上共有40台机器人按顺序放入坭芯、粘接坭芯。因自动化水平的提升，预计在2021年产量会翻一番。

涡轮增压器自动化组芯生产线

壳芯线（每个吊兰上有两个铸件）

在浇注、冷却后，铸件将在工厂中用机械手按程序进行清理，然后铣削、打孔，向顾客发货，这样就完成了供货的全程。

铸件的后处理（外部使用机械手，内部用人工）

处理后的铸件以及检查铸件内部

期望的稳定市场

用这样的装备大批量生产的前提是首先要做到芯子和组芯的批量生产，这里已有3个使用冷芯盒工艺的制芯单元。在过去的15年里，制芯的能力一直在扩展，在明年将投资1 000万欧元，安装一个高度现代化的射芯装备，使制芯能力再翻一番，其后续过程也有安排。“涂料工艺将在下方进行，烘干将在楼上完成，然后组芯进入高架仓库内”，Von Waldow解释道。

但是，在铸钢厂里还能进一步提高产能吗？不是全世界都在向零件轻量化转移，主要采用铝合金或其它有色金属吗？对，但转变需要时间，“对于涡轮增压器壳体，我们看到一个稳定的市场，起码在2030年前是这样”，企业的销售经理是这样分析的。因为这里的生产100%是为汽油机做的，没有接触到柴油机的危机。
还有许多关于生产连续性的说法：“在我们真正的批量生产过程中，还没有轻量化的趋势，这是因为涡轮增压器壳体在正常行驶时要达到1 100 ℃的高温”，销售经理举出了令人信服的理由，“钢要在1 500 ℃时才开始熔化，轻量化的铝对此根本没有机会，因它们在700 ℃时已经是液体了。此外，BMW（宝马）有过一个应用，利用水冷铝，但在市场上没有被采用”。

他们表示，尽管如此，也没有理由可以舒服地往后退却，因为竞争压力非常大，特别是来自亚洲的竞争。而且，对于批量很大、形状简单，作为追求的目标，德国与亚洲的技术工艺相近，他们也没有有效手段对付来自远东的竞争价格。“所以对于我们，发展趋势是生产具有更高附加值的复杂构件，而且要是那种产量在减少的同时每个件的产值在提高的”，金属工长Born说。

快批量生产的低压铸造工艺

车间当时在生产的是3 mm厚的铸件。为实现生产2 mm厚铸件的愿望，Hasenclever铁厂正在引入低压铸造方法来生产原先用铝型材制造的零件，引入的这一新技术可以并正在和未来顾客商讨，在公司内部也进行了论证。

为了适应必要的复杂性，新装备包含了低压炉及其外围设备，总投资超过400万欧元。Von Waldow说：“我们期望改进质量，得到一个均匀的浇注过程，实现更薄的铸件壁厚”。实际上，此方法已进行过批生产试验，钢液在气压作用下通过升液管进入到炉上的铸型空腔中，“我们得到了一个高度精确的设备，用低压浇注的设备可以使钢液用层流的方式进入到涡轮增压器壳体的组芯铸型中，这和重力铸造不同”，Von Waldow解释说。

同时，新的射芯机也支持了生产复杂铸钢件想法的实现。更复杂的几何形状、更好的精度、更高的质量，除了在南德有一个OEM铸造厂外，Hasenclever铁厂是德国唯一的一家用低压铸造工艺生产铸钢件的公司。他们将在2020年开始批量生产，不仅向已在供货的高端汽车制造商供货，还要向奥地利的BRP Rotax供应快艇、摩托艇上的钢铸件。

在2019年的GIFA上，Hasenclever铁厂用制作的一个壁厚小于2mm的、有不同厚度隔片的半球样品，展示了其技术的可能性，获得了新的顾客。

带有不同厚度隔片的在GIFA展会上的展件

由于实现了复杂零件的生产和生产工艺的灵活性，Hasenclever铁厂在德国继续高效益地生产着，当然，这没有本州巨大的工业产能是不可能的。