1、實施我國汽車鑄造檢測技術現代化的設想一21 世紀初對我國汽車鑄造檢測技術的挑戰從 20 世紀末的現代鑄造觀點來看，鑄件質量的評定已經賦予了全新的概念。評定鑄件質量 要從產品質量、工藝過程質量和鑄件設計質量三個方面去考慮，其主要內容如下。（1）產品質量 鑄造產品質量包括表面質量、內在質量以及使用質量。而表面質量主要有： 尺寸精度、 形位 公差、表面粗糙度、表層硬度、重量公差、內腔清潔度及表面鑄造缺陷程度等。內在質量主 要有：化學成分、金相組織、冶金缺陷、物理力學性能、鑄件內部的可靠程度（用無損探傷 查），近年來還有晶粒度（共晶團數）、共晶飽和度、致密度、純度、連續度等。使用質量 主要有：切削性能

2、、焊接性能、 運轉性能、耐磨性能、耐蝕性能、耐溫性能、工作壽命及 其它工作條件要求等，而且其指標也在不斷提高。（2）工藝過程質量 它是保證鑄件產品質量的基礎，包括從原材料、生產過程到半成品（如鐵液、型砂）直到成 品的鑄造過程質量。（3）鑄件設計質量 近年來對鑄件設計質量越來越重視， 這是因為許多鑄造缺陷孕育在設計過程中， 即不良的鑄 件設計會降低生產過程質量與產品質量。回顧建國以來的汽車鑄造業同全國的鑄造企業一樣， 與國外鑄造的先進水平來比較 我國當 前鑄造行業最大的問題就是產品質量低、 經濟效益差、材料消耗高、環境公害大。 為了把產 品質量和經濟效益搞上去，今后我國鑄造行業除了急需要提高企業

3、管理水平、深入貫徹 IS09000 族標準管理、擴展與完善鑄造標準、解決原材料質量差及不斷提高工藝與設備水平 以外，還必須不斷補充、 完善與提高鑄造過程的質量檢測與質量控制手段。 因為鑄造的材質、 工藝與設備水平和質量管理水平的提高在很大程度上依賴于鑄造全過程的檢測與控制手段 能否配套、能否跟上，就是說，一切要用數據說話，一切要用計量管理，一切要上質量與成 本控制才行。 然而， 回顧建國以來汽車鑄造廠的檢測與控制技術發展， 也同全國鑄造企業一 樣，與國外現代鑄造相比，如果說我們的鑄造工藝、設備與管理水平仍然比較落后的話，那 么鑄造工廠的質量檢測和質量控制技術就顯得更加落后。 造成這種狀況的原因

4、雖然有相當的 客觀因素， 但主要還是不少企業對于鑄造質量檢測與控制的關鍵作用、 巨大威力和經濟效益 缺乏足夠的認識。特別需要指出的是， 近年來微電子技術特別是計算機自動控制技術的迅速發展給多因素、 多 變量的復雜鑄造檢測與控制難題的解決帶來了空前的機遇和廣闊的前景。 鑄造工藝過程的檢 測與控制設備儀器采用微電子技術已是近年來鑄造設備與儀器發展的重要動向之一。 從最能 代表世界鑄造先進水平的最近幾屆鑄造博覽會可見， 將最新的鑄造工藝、 設備儀器與最新的 微電子、計算機自動檢測與控制技術相結合表現得最為突出。 國外現代鑄造的實踐已經表明， 這種先進的檢測與控制技術如能盡快地、 有效地應用到鑄造生產

5、中不但能明顯地提高與穩定 鑄件的質量，而且能有效地提高勞動生產率，改善勞動條件，減少能耗、物耗，降低鑄件的 功能重量、 功能成本及最終成本 (包括節省加工費用等) ，從而給鑄造企業帶來巨大的經濟 效益。 在以上技術方面， 我國國內雖然已經開始開展這方面的工作， 并已取得了一些初步的 成效，但仍處在起步、低水平的緩慢發展階段，與國外先進水平相比，更是差距很大。 綜上所述， 20 世紀末現代鑄造的發展已經對我們提出了更高的要求，如果我們汽車鑄造企 業再不重視并大力補充與發展鑄造質量檢測、 控制與計量技術手段的話， 不但無法適應現代 鑄件質量評定的標準和現代汽車鑄件日益發展的需求， 而且必將使我們汽

6、車鑄造的材質、 工 藝、設備和管理水平與國外的差距越拉越大， 甚至無法擺脫靠肉眼感官經驗進行“模糊鑄造 生產”的歷史，無法扭轉鑄造工廠長期虧損的局面，并將成為制約汽車鑄造廠今后上質量、 干精品、搶市場、擴品種、降成本、增效益的瓶頸口。 二現代鑄造質量檢測控制技術分類模式 為使鑄造生產逐步擺脫經驗與技藝的束縛走向科學化， 全面提高生產中各個環節的質量控制 水平， 就必須不斷補充、 完善與提高鑄造過程的質量檢測與測試技術手段。 先進的鑄造質量 檢測技術與手段就是鑄造生產的耳目， 也是鑄件質量控制的耳目。 國內近年來生產優質鑄件 的經驗和成功地引進國外先進技術的事實已經表明， 沒有先進的鑄造檢測技術

7、， 就不可能組 織起現代化的鑄造生產。 下面筆者試圖對現代國外比較先進的鑄造企業一般采用的質量檢測 與控制技術按鑄造過程給出分類的模式。2.1 鑄造用原材料的質量檢測 原材料質量檢測是指對進廠的各種鑄造原材料包括生鐵、廢鋼、鐵合金、型砂、焦碳、粘結 劑、涂料、 催化劑等所進行的化學成份分析與物理性能測試等方面的檢測或復驗， 以便嚴格 把住原材料質量關。2.2 爐前鐵液質量的檢測(1) 爐前鐵液的出爐溫度與澆注溫度的檢測；(2) 爐前原鐵液與各種處理后鐵液的有關元素含量的高速自動檢測；(直讀光譜法等)(3) 球化后鐵液的快速金相法球化率檢測；(4) 用熱分析法對爐前鐵液碳當量、 碳與硅含量、 孕

8、育效果、 球化率及所達鑄鐵牌號力學性 能等的快速檢測與預報；(5) 爐前鐵液中含氧量、含氮量與含氫量的快速檢測。2.3 沖天爐熔化過程的質量檢測(1) 沖天爐風量、風溫、風壓的檢測與自動控制；(2) 沖天爐過橋處鐵液的連續測溫與自動記錄；(3) 沖天爐加料口處爐氣中 CO與 C02等含量的檢測；(4) 沖天爐料位的監測與自動控制；(5) 沖天爐最優配料的計算、檢測與自動控制；(6) 沖天爐底焦高度的檢測；(7) 沖天爐鐵液熔化率的檢測；(8) 沖天爐前爐鐵液量的檢測；(9) 沖天爐爐渣的堿度與氧化亞鐵含量的檢測。2.4 鑄造合金的鑄造性能檢測(l) 鑄造合金液體流動性的測試；(2) 鑄造合金線

9、收縮與體收縮特性的測試；(3) 鑄造合金應力特性的測試；(4) 鑄造合金裂紋傾向的測試；(5) 鑄造合金含氣量的測試。2.5 配砂、造型與制芯過程的質量檢測與控制(1) 型砂配砂過程中配料微機自動控制及對舊砂溫度、 型砂水份、 粘結劑與緊實率等的自動 檢測與自動控制；(2) 芯砂配砂過程中配料微機自動控制及對樹脂、硬化劑等成份的自動調節；(3) 配砂過程中，對型芯砂定時的每種取樣進行性能的快速檢測分析；(4) 造型中砂型硬度及尺寸的檢測；(5) 造型中加砂量與緊實參數的自動檢測與自動控制；(6) 造型自動線采用微電子技術的程控器和微機的自動控制；(7) 制芯過程中微機程序控制及射芯、硬化、凈化

10、和環保的檢測。2.6 清理過程的質量檢測與控制(1) 一次清理工位球鐵的快速金相檢測及其指導分件；(2) 二次清理工位的球鐵球化率超聲波法檢測及基體硬度的渦流電磁法在線自動檢測及自 動分件；(3) 對球鐵退火附體試塊的快速金相組織檢測；(4) 清理專用線拋丸清理機的微機控制；(5) 用數控機床對鑄件進行澆冒口切割與去飛邊毛刺操作的自動控制；(6) 采用專用量夾具對重點鑄件的主要尺寸與定位點的檢測；(7) 對某些關鍵鑄件的水(氣)壓試驗檢測；(8) 一次清理工位取樣對球鐵件終硅量的檢測。2.7 最終成品鑄件的檢測(1) 鑄件表面粗糙度的檢測；(2) 鑄件的尺寸精度周期測量與劃線的檢測；(3) 鑄

11、件重量偏差的周期檢測；(4) 鑄件內腔雜物的檢查與檢測；(5) 對重要復雜鑄件的解剖檢測；(6) 重要保安鑄件的 X 射線內部探傷與表面裂紋磁粉探傷的檢測；(7) 采用專用試驗臺架等設備對關鍵或保安鑄件進行各種使用壽命 (如疲勞性能) 與運轉性 能等使用質量指標的檢測；(8) 對代表鑄件材質的各種鑄鐵爐后機械性能試棒及重點鑄件本體的金相組織、 機械性能及 化學成份的全分析檢測。2.8 協作件、擴散件的質量檢測(1) 對協作件、 擴散件的鑄鐵試棒復驗進行爐后化學成份、 金相組織與機械性能的全分析檢 測。(2) 對協作廠、擴散廠送件的每車皮進行抽查硬度檢測與鑄件表面質量檢測等。 從以上可見， 全面

12、而先進的鑄造質量檢測與質量控制是一整套現代化的復雜的多專業的綜合 技術與手段。三21 世紀初期我國汽車鑄造檢測技術的主攻方向與措施 為解決我國汽車鑄造行業質量檢測與質量控制技術與國外相比更加落后必須奮起直追的問 題，為適應 21 世紀的未來汽車鑄件必須走向優質、精化、高牌號、多品種、薄壁、復雜、 保安、 “長壽”的目標以及高科技、 高效率、 低成本生產鑄件的要求， 并緊密結合我國汽車 鑄造行業的國情、廠情與現狀實際，本課題在 21 世紀初的主攻方向與努力措施應從以下幾 個方面下手。3.1 鑄造質量檢測方面3.1.1 爐前鐵液成份檢測對于汽車鑄件大流水生產的爐前鐵液成份檢測方式， 國外早已普遍采

13、用了高速自動的真空直 讀光譜分析法，傳統落后的爐前化學法已趨淘汰。國內從 80 年代以后也已開始逐步推廣應 用到各個大中型汽車鑄造廠中， 其巨大的工效、 質量與經濟效益已毋庸置疑。 中小型汽車鑄 造廠應該推廣選擇物美價廉的小型、 臺式光譜分析儀， 也可滿足要求。 在大型流水性汽車鑄 造廠中，遠離熔化車間的直讀光譜儀如能配以國產的“遠程高速風動送樣機”及“遠傳成份 數顯終端機”將是最佳的選擇。 今后尚應重視開發擴展對鑄鐵中由大量微量元素組成的“有 害微量元素群”的爐前直讀光譜分析研究， 以有效地解決汽車鑄造中有害微量元素過量而產 生“莫明其妙”的成批廢品， 及時嚴格控制鑄造熔化中爐料的有害微量元

14、素含量關。 特別是 直讀光譜分析氣體元素 N、0、H 的開發尚應深入進行下去， 其意義十分重大。 近年國內為配 套直讀光譜儀而研制開發成功的“液態純氮高壓罐”為解決日常大量搬運氮氣鋼瓶的體力 勞動特別是大幅度降低光譜儀的現用氬氣原料成本提供了最佳技術，值得推廣。3.1.2 爐前鐵液溫度檢測 我國的爐前快速熱電偶測溫技術已接近國外水平。 國產的“壁掛式微機數顯測溫儀表”具有 精確、 耐用、可靠性高、故障率低的優點， 對于出爐溫度控制很嚴格的汽車鑄造工廠可推廣 使用；其便攜式的小型儀表則很適合于澆注溫度的檢測。 為解決工廠長期以來很難監控的測 溫工藝紀律及溫度廢品考核， 采用最新專利國內生產的一種

15、帶發射功能的二次測溫儀表及其 “無線遠程測溫數據自動采集系統”則是最佳的檢測模式。 對于非接觸式的紅外線測溫， 經 多年實踐證明， 由于其容易受到車間爐前煙霧，塵埃、水汽及鐵液表面氧化皮等干擾； 有時 偏差較大。穩定性較差，尚需進一步改進、提高并選擇更適合應用的場合。3.1.3 鑄造原材料質量檢測 國外的鑄造原材料供應是由具有統一嚴格標準保證的專門材料公司及時供貨、 送貨的， 因此 鑄造廠可以得到質量保證。而國內的汽車鑄造廠由于原材料來源多、 標準低、 品種雜、質量波動大、供應渠道不規范等 國情狀況以及工廠投料急、 少復驗、 缺手段的現狀， 多年來在質量與效益上不知吃了多少苦 頭。因此， 必須

16、補充與擴展高速、全面、 多功能的原材料現代檢測手段就顯得十分重要與特 別關鍵。比如近幾年來國外推出物美價廉的最新原材料檢測手段一 “X熒光能譜儀”就能在5 分鐘之內完成作為球化劑、孕育劑的各種鐵合金、脫硫劑、爐渣、耐火材料、礦物等原材 料的全分析； 而采用化學分析法則至少要用一天的時間； 又如采用便攜式的“合金分析儀” 即可在料庫與車間現場 5 分種內完成各種黑色、有色合金原材料混料分件的檢測難題等等。3.1.4 金相組織與力學性能檢測目前國內的汽車鑄造廠大多數仍采用六、 七十年代的光學金相顯微鏡與萬能材料試驗機， 僅 能維持按國標的規定檢測一般的金相組織與力學性能項目。不但設備儀器老化、 落

17、后，而且精度低、功能少、人為操作誤差大。因此，不但對比國外水平差距遠，而且已不能適應鑄件 升級、失效分析、 新產品研制與出國鑄件檢測的要求更無法完成現代鑄件質量評定新概念所 提出的新指標檢測。 比如國外評定球鐵鑄件的“球化率”都是采用與光學顯微鏡匹配的“圖 象分析儀”作定量金相來評定其百分率； 又如測試鑄鐵力學性能也采用現代的“電子拉力試 驗機”， 使力學性能檢測走向了“自動化”與“智能化”， 還為鑄鐵材料的全面綜合力學性 能研究（配有自動 X一 Y函數記錄儀）開創了方便的條件。3.1.5 型芯砂性能檢測我國制造的型芯砂儀器水平一直比國外落后很多， 不但設計與加工粗糙、 質量差， 品種不齊 全

18、，還缺少自檢量具的校正手段。 而目前不少汽車鑄造廠所用的型芯砂儀器仍陳舊老化的居 多，又不重視更新與換代，因此對于現生產的指導意義就更小了， 甚至可能出現誤導。 這是 一個必須重視與糾正的問題。 考慮到今后型芯砂儀器的發展方向其一是由實驗室檢測向生產 現場控制發展， 其二是由單項測試向綜合測試、 智能化及機電一體化發展， 因此更應該注意 更新、換代與補充新型儀器，并適當引進必要的國外型芯砂儀器。比如，瑞士GF 公司生產 的 PVT 型氣動一電子型砂性能試驗儀； 又如英國的 De1eret 公司由電子計算機控制的“ 408 試驗中樞”等。3.1.6 鑄件劃線檢測 我國汽車鑄造廠的鑄件劃線檢測水平

19、與國外相比也一直處于相當落后的水平。 不少工廠目前 仍還使用六十年代的高度尺、卡尺等老式量具進行鑄件劃線， 不僅費力，而且精度差、 工效 低、速度慢。 為提高尺寸劃線精度等級并成倍提高鑄件劃線工效， 為今后適應現代高級鑄件 的質量升級要求， 一方面要重視不斷更新、 補充現代新型的各種量具比如數顯的電子量具等； 另一方面應考慮采用精度在 0.05 或 0.10mm 的三維坐標鑄件測量劃線儀。3.1.7 鑄件無損檢測 鑄件的無損檢測一直是我國汽車鑄造企業檢測技術與手段的最薄弱環節， 與國外相比則更是 起步晚、 差距很大。 目前普遍不能適應開發國際市場的出國鑄件、 現代汽車鑄件特別是高級 轎車鑄件的

20、高質量、 高可靠性、 高安全性的技術條件要求。 特別是有些關鍵鑄件還要求 100% 地進行無損的磁粉探傷、射線探傷、超聲探傷或球化率檢測、硬度與基體檢測、壁厚檢測、 水（氣壓試驗等等。對于一個現代汽車鑄造廠，以上這些檢測手段都要逐步建立與擴展； 有些至少要有抽查檢測的手段與能力； 對特別關鍵且需 100 無損檢測的鑄件應上“在線自 動檢測”與“在線自動分選”的成套設備手段。 （如法國雪鐵龍汽車公司的克里西鑄造廠就 具有這些在線檢測手段） 筆者必須指出的是， 由于鑄鐵毛坯件其表面光潔度較差、 材質較疏 松、晶粒較粗大以及其內部石墨的存在等因素的影響， 因此必須注意探傷方法的選擇、 儀器 的選型、

21、器材的配套、操作的技術與人員的經驗等工作。3.1.8 鑄件表面質量檢查鑄件表面缺陷的檢查一般靠目視觀察， 包括使用小于十倍的放大鏡方法、 使用現代工業內窺 鏡方法等。 為提高分辨率，還可采用熒光探傷、著色探傷、磁粉探傷等方法來發現表面上或 靠近表面的缺陷。在大流水性汽車鑄造生產線的檢查中， 對某些大型、 復雜、 特殊的重要鑄 件還應研制專用的在線自動量夾具進行主要尺寸檢查與研制專用的鑄件 （毛坯） 水壓機進行 自動滲漏檢驗等。3.1.9 鑄造性能檢測及工藝研究 鑄造性能檢測及其研究， 是制定正確的鑄造工藝， 獲得高產、 優質、低廢品率鑄件的重要基 礎條件； 也是指導鑄造工藝改進、 新產品試制及

22、開發現代高技術含量鑄件的有效手段。 這方 面在我國起步較晚， 儀器的研制也比國外落后。 直到目前， 我國的汽車鑄造工廠既還沒有重 視也沒有建立與完善這些檢測技術手段。 這些性能包括流動性、 線收縮、體收縮、 熱裂傾、 鑄造應力、鑄造膨脹力、合金凝固點、吸氣性、含氣量以及與鑄型作用活潑性等。對此，汽 車鑄造行業應該逐步開展檢測研，很有必要。 還有， 鑄件凝固過程的模擬試驗研究、 用微機 進行CAD鑄造工裝設計以及開展現代鑄件質量指標的評定等工作都應重視起來。3.1.10 爐氣分析檢測爐氣分析是一項十分重要的工作。對沖天爐爐氣中的CO與 CO2含量分析可以掌握燃燒工況和冶金反應情況，據此能正確判斷

23、爐況， 控制熔化操作， 改進熔化工藝；并據此來計算焦炭 的發熱效率與爐子的熱效率， 從而指導提高鐵焦比、 降成本。 這也是我國汽車鑄造行業今后 走向高產、優質、低耗、增加經濟效益的一項重要工作，應重視開展。這種檢測手段，國內 早已經具備。 如氣相色譜儀、 紅外線氣體分析儀等。 特別是氣相色譜儀， 不僅能作爐氣分析， 還能分析鑄鐵中的 N O H含量等。3.1.11 爐渣分析檢測鐵液中的氣體主要是氧、氮、氫，按重量計，僅小于005，但對鑄鐵組織和力學性能有相當大的影響。由于鐵液中測試氧、氮。氫還有一定困難，作為爐前控制還難以定出指標。因此，國外為獲得優質鐵液，增加了爐渣中Feo的含量為控制項目。

24、檢測沖天爐爐渣中 Feo的含量即可判斷 爐料中si、Mn燒損的（多少）程度。這種檢測不難，僅采用化學分析即可。對于國內的汽 車鑄造工廠都應開展。3.1.12 爐前熱分析法檢測國內汽車鑄造行業應繼續進行“熱分析法”的研究與開發。 它很可能是未來鑄鐵爐前質量檢 測手段的最佳選擇。 因為它不僅能快速予報球化率， 而且能同時檢測 C、 Si 含量及鑄鐵的孕 育效果、基體組織及力學性能等。然而， 由于目前國內熱電偶材料精度等多因素的影響，熱 分析法在測試精確度方面還不很令人滿意。3.2 鑄造質量控制方面現代鑄造的高水平就在于 決不僅僅是實現高水平的鑄件成品檢測， 還要實現全鑄造過程的 中間質量檢測與中間

25、質量控制； 不但要實現鑄造中間過程的“前測”、 “即測”與“后測” 的閉環控制， 還要實現其中間過程閉環控制的自動化、 微機化。 在提高并穩定鑄件質量方面， 應用微電子技術控制熔煉過程及型砂質量， 特別對批量較大的鑄造廠是很重要的。對多品種、小批量生產采用微機可方便地進行記數、模板更換、選擇澆注、冷卻程序變換等，具有柔性制造單元特殊的優點。高效造型機已不可能人工控制，微電子技術可適應多種需要的變化。 從國內汽車鑄造行業現狀來看， 砂處理與熔化兩個過程不但一直比國外鑄造落后較多， 同時 這兩個工序也正是現今國內鑄造工廠提高質量與成本經濟效益的最大潛力所在。3.2.1 砂處理質量控制美國早已將微機

26、用于型砂性能的管理。 對于一個砂處理系統， 僅僅控制水份、 溫度及恒定的 配比是不夠的。美國 Dietert 公司為此建立了 15 種型砂質量診斷分析用程序，為各鑄造廠 服務并用于型砂的質量自動控制。聯邦德國 Eirich 公司已經研制的微型計算機控制的砂處 理工部，混砂機先加砂與輔料， 干混后再加水濕混，計算機就不斷對混合料的水份、溫度以 及緊密率實行控制 有的還可根據造型工部的要求， 及時自動改變配比和其他性能參數。 這 些就是我們汽車鑄造行業 21 世紀初工廠改造的努力方向之一。3.2.2 熔化過程質量控制 目前，國外在沖天爐自動檢測控制技術方面也已達到了高級的水平。 爐后采用電子計算機

27、進 行程序控制。根據鐵液牌號、爐料成份和價格，以線性規劃法進行最優化配料，既滿足熔化 質量需要， 又保證成本最低。 爐前主要是搞自動化記錄與控制調整。 既能實現熔煉過程中對 鐵液溫度、 熔化速度、風量和焦耗等主要變量的檢測，又能根據鐵液成份、 溫度等工藝參數 的變化綜合調整熔化速度、送風強度、鐵水溫度、焦耗等， 按自動調節原理使輸出量對輸入 量實行反饋調節， 并使沖天爐穩定在最優工作狀態 （實現風量、 焦耗等最優化工作點的自動 尋找和定值控制） 。無論是沖天爐熔煉還是工頻爐熔煉的計算機自動調節控制， 特別是對鐵 液成份與鐵液溫度的自動調節控制方面， 我國的差距都很大。 這方面也是我們汽車鑄造行

28、業 21 世紀初應該努力提高的方向。國外其他方面的微機控制還很多。 比如新一代的造型線產品都采用了微機控制， 造型機采用 了快換模板裝置；微機控制制芯設備的射芯、 硬化、凈化和環保； 清理專用線采用微機控制 拋丸清理機， 用數控機床進行澆冒口切割和去飛邊毛刺； 有的公司采用模擬隨動機械手進行 落砂、扒爐渣和澆注的操作等。由于篇幅所限，不再詳述。3.3 鑄造計量檢測與環保檢測 計量檢測是鑄造企業上質量、降成本、增效益及準確計算投入產出的最基礎、最重要、 最關 鍵工作， 更是鑄造過程進行質量檢測控制的前提。 但目前一般的汽車鑄造廠對計量手段的配 備率、 完好率及其更新發展還重視不夠。 比如：進廠火車皮爐料的準確計量 （用“火車皮地 中衡”等） 、各車間“接口”之間的投入產出與物流的準確計數或計量， 特別是熔化車間的 加料自動稱量工作等都缺少手段或手段水平低、 不可靠。 這是今后急需要解決的問題， 還應 盡量采用智能化且能連續給料計量的電子稱重儀表并向“遠程監控”及計算機管理發展。 環 保檢測是 21 世紀鑄造行業的必然之路。在國外鑄造早已重視并繩之以法。而我國的鑄造行 業廠內外環境污染嚴重超標已成一大公害。 21 世紀之初必須要兼上環保檢測及其監控自檢 的工作。環保檢測儀器方面我國十分落后，應該引進部分基本與必要的儀器。3.4 鑄造檢測