附件6：智能砂型系统 第1部分：铸铁件镂空砂型设计规范 标准编制说明（征求意见稿）.docx

《智能砂型系统 第 1 部分：铸铁件镂空砂型设计规范》 团体标准编制说明 (征求意见稿) 1、任务来源、工作简要过程、主要参加单位和工作组成员等 1）任务来源 本项目是依据中国铸造协会 2022 年 6 月 23 日【2022】53 号批复的团体标准立项， 项目编号为 T/CFA 2022017，项目名称为“智能砂型系统 第 1 部分：铸铁件镂空砂型设 计规范”。本项目是制订项目。主要起草单位: 共享装备股份有限公司、共享智能铸造产 业创新中心有限公司、清华大学、国家数字化设计与制造创新中心、国家数字化设计与制 造创新中心北京中心、天津万立鑫晟新材料技术研究院有限公司、广东峰华卓立科技股份 有限公司。计划完成时间为 2022 年。 2)工作简要过程 标准起草单位于 2021 年 5 月 1 日成立了起草工作组，由共享装备股份有限公司为组 长单位，负责主要起草工作。工作组对国内外镂空铸型设计的技术现状与发展情况进行全 面调研，同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料，进行了大量的研究分析、资料查证工 作，结合实际应用经验，进行全面总结和归纳，在此基础上编制出《《智能砂型系统 第 1 部分：铸铁件镂空砂型设计规范》标准草案初稿。2022 年 1 月份提交中国铸造协会 组织专家进行了研讨，对标准的框架及内容进行了讨论和确定，起草单位进行了修订后并 申请立项，中国铸造协会组织专家进行了评议，于 2022 年 6 月 23 日批复立项。标准起草 组依据专家提出的一些意见对标准进行了修改和完善，形成标准的征求意见稿，并于 2022 年 8 年 5 月，报中铸协标准工作委员会秘书处。 3）主要参加单位和工作组成员及其所做的工作 本文件起草单位：共享装备股份有限公司、共享智能铸造产业创新中心有限公司、清 华大学、国家数字化设计与制造创新中心、国家数字化设计与制造创新中心北京中心、天 津万立鑫晟新材料技术研究院有限公司、广东峰华卓立科技股份有限公司。 本文件主要起草人：xx、xxx、 。 2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则 1/ 7 1)标准化对象简要情况 本标准的标准化对象：铸铁件镂空砂型。增材制造技术为古老的铸造技术提供了新的 发展机遇和新思路，尤其是为铸型设计提供了颠覆性的新思路和制备手段。铸型的镂空化 是实现智能铸型的基础，是智能铸造的关键，是实现铸件铸造过程闭环控制冷却的保障。 本标准围绕镂空砂型设计，明确了镂空砂型设计的目的，提出了镂空砂型设计的原则，制 定了镂空砂型设计技术规范。通过标准的制定和实施，将推进智能铸造技术的发展，将推 进增材制造技术的普及，为推进铸造产业结构调整与优化升级创造条件，为实现铸造智能 化奠定基础，推动铸造行业的科技进步；同时将改变传统铸造的生产模式，提高生产效率 和响应速度，降低生产成本，缩短铸造工艺流程，改善铸造生产作业环境，减少对环境的 不利影响。国际和国内标准中没有相关镂空砂型设计技术规范，特制定此标准用于规范镂 空砂型工艺。 2)制订标准的原则 （1）制订标准的依据和理由 本标准在起草过程中主要按 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准的结 构和编写规则》的要求编写。在确定本标准主要技术指标时，综合考虑生产企业的能力和 用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和合理性。 （2）制订标准的原则 本标准在制订过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、 不断完善”的原则，注重标准修订与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合， 本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一 致性和规范性的原则来进行本标准的制定工作。 3、与国际、国外对比情况 本标准制定过程中未查到同类国内、国际、国外标准。 本标准水平为国内领先水平。 4、标准主要内容 1）标准适用范围 文件规定了铸铁件镂空砂型设计的设计总则和设计要求。 本文件适用于铸铁件铸造生产中使用的镂空砂型的设计。 2/ 7 2）标准内容 本标准由范围、规范性引用文件、术语和定义、设计总则和设计要求组成。 5、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效果等 1）验证方法 采用实验室和生产车间验证的方法。 2）验证情况分析 1、实验室试验论证阶段。 验证地点：清华大学 验证时间：2016 年 10 月至 2019 年 12 月 持续时间：39 个月 试验阶段，针对铝合金铸造试件应力框（如图 1），设计了镂空砂型，并应用于铸件的 浇注，获得了良好质量的铸件，并且避免了实现了铸件冷却速度的提高，力学性能的提高， 以及铸件冷却过程的整体和局部的控制冷却。 根据铸造工艺，利用软件生成了该铸造试件的各种镂空结构，采用 ExOne-Smax 打印 出了镂空砂型，如图 2 所示。3D 打印中采用呋喃树脂粘结剂，加入量为 1.6-1.8%，固化 剂为 0.2%，室温强度大于 2MPa。这些砂型没有分型面，镂空砂型为一个完整的整体。为 了便于铸件型腔的清砂，在难以清砂的部位设置了清砂工艺孔进行清砂，同时采用内窥镜 进行内部清砂情况的检查。将熔融的 A356 铝合金浇入砂型，得到了具有良好外表面的铸 件，如图 3 所示。 图 1 应力框的形状尺寸 3/ 7 (a) 镂空砂型 1 （六面体桁架型） (b) 镂空砂型 2（四面体桁架型） (e) 镂空砂型 3 （表面加强筋型） (f) 镂空砂型 4 （冒口处中空保温层） 图 2 应力框的典型镂空砂型 图 3 镂空砂型的浇注 图 4 应力框铸造过程中镂空砂型的温度分布 图 5 有镂空砂型浇注得到的应力框铸件 采用镂空砂型时应力框粗杆中心的冷却曲线和传统密实铸型条件下的冷却曲线对比 如图 6 所示。从图中可以看出采用镂空砂型后粗杆后期的冷却速度明显快于密实砂型的情 况，这是由于镂空砂型壁厚较薄，表面温度高，因此和空气之间的传热效率高，因此铸件 的冷却效率高，不同于密实砂型在铸造后期由于蓄能接近饱和而缓慢冷却的情况。镂空砂 型的冷却效率提高 28%以上，见表 1。 表 1 镂空砂型的型砂节约、控制冷却的效果 类型 壳型厚 度 (mm) 桁架杆/ 筋断面 (mm) 砂型重量 (Kg) 型砂减重 率 (%) 冷却效率700 to 200提高 率提高或凝固时间延长(%) 传统密实砂型 镂空砂型1 10 2020 30 12 0 60 冷却提高28 4/ 7 镂空砂型1+整体 风冷 镂空砂型2+整体 风冷 镂空砂型3 空气套保温 10 2020 12 60 54 10 Φ10 6 80 55 10 1010 3 90 35 凝固时间延长14% 镂空结构 4 中在冒口部位采用了中空层设计，中空层内的空气导热效率低，因此具有 一定的保温作用。从图中可以看出冒口的凝固时间推迟 120s，如图 7 所示，这有利于提 高冒口的补缩能力。该中中空层结构也可以用于铸件薄壁部位以缓解和厚大部位的温差， 从而降低铸件的残余应力，减小变形。 由于镂空砂型的结构方便性，为了加快应力框粗杆的冷却，对镂空结构 3 的应力框粗 杆的壳型底部进行了吹风强制冷却，进一步显著加快了粗杆的冷却，从而显著缩小了粗杆 和细杆之间的温差，有利于降低应力框的残余应力。这也说明了镂空砂型的灵巧性，使得 智能铸造得以实现。 浇注后采用对镂空砂型整体吹风冷却的方法，也显著提高了应力框的整体冷却效果， 镂空砂型 1 和 2 整体吹风冷却后提高铸件冷却效果至 55%左右，如表 1 所示。 图 6 应力框粗杆在镂空砂型 1 中和传统砂 型中的冷却曲线对比 图 7 镂空砂型 4 冒口中空保温结构的保 温效果 2、生成车间试验论证阶段。 验证地点：共享装备股份有限公司 验证时间：2019 年 5 月至 2020 年 4 月 持续时间：12 个月 试验阶段，针对机床铸铁件的砂芯，进行了镂空设计，并应用于铸件的浇注，获得了 良好质量的铸件，并且避免了采用传统砂芯造成的铸件的裂纹缺陷。 3、小批量试验阶段。 验证地点：共享装备股份有限公司 5/ 7 验证时间：2020 年 4 月至 2021 年 2 月 持续时间：10 个月 验证批量：10 件 6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系； 本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准等无冲突。根据《中华人民共和国标 准化法》的要求，本标准科学、合理、先进、适用，有利于提高生产企业的技术水平和经 济效益，有利于保护消费者的利益，有利于保护环境，有利于合理利用国家资源，推广科 学技术成果，有利于促进对外经济技术合作和对外贸易，并符合技术上先进，经济上合理 的要求，具有合法性、实用性、规范性、协调性。 7、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据 本标准制定过程中，无重大分歧意见。 8、标准水平建议，预期的社会经济效果 1）标准水平建议 建议本标准的性质为团体标准。 2）预期的社会经济效果 增材制造技术为古老的铸造技术提供了新的发展机遇和新思路，尤其是为砂型设计提 供了颠覆性的新思路和制备手段。砂型的镂空化是实现智能砂型的基础，是智能铸造的关 键，是实现铸件铸造过程闭环控制冷却的保障。本标准围绕镂空砂型设计，明确了镂空砂 型设计的目的，提出了镂空砂型设计的原则，制定了镂空砂型设计技术规范。 通过标准的制定和实施，将推进智能铸造技术的发展，将推进增材制造技术的普及， 为推进铸造产业结构调整与优化升级创造条件，为实现铸造智能化奠定基础，推动铸造行 业的科技进步；同时将改变传统铸造的生产模式，提高生产效率和响应速度，降低生产成 本，缩短铸造工艺流程，改善铸造生产作业环境，减少对环境的不利影响。 通过标准的制定和实施，将促进技术创新，增强产品的国内外市场竞争力，同时为推 进铸造产业结构调整与优化升级创造条件，对规范市场竞争，引导市场良性发展，加快我 国快速成型铸造技术快速发展具有积极的促进作用。 9、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容） ，根据国 家经济、技术政策需要和该标准涉及的产品的技术改造难度等因素提出标准的实施日期的 6/ 7 建议 在本标准发布后，将通过标准宣贯、案例演示、技术交流等方式，实现本标准的贯彻 实施。一般情况下，建议本标准批准发布 6 个月后实施。 10、废止有关标准的建议 无。 11、标准涉及专利情况说明（包括 1、专利发布日期、专利编号、专利权人；2、专利 处置情况；3、专利使用许可申明和披露申明。） (1)清华大学（康进武、上官浩龙、易吉豪）， 镂空铸型的 3D 打印方法， 授权日 期 2017-8-30，发布日期：， 中国 ZL201710760388.9 (专利有效) (2) 清华大学（康进武、上官浩龙; 邓承佯）， 非密实结构新铸型，授权日期 20176-29，发布日期：中国 ZL201510931371.6 (专利有效) 12、重要内容的解释和其它应予说明的事项 无。 《智能砂型系统 第 1 部分：铸铁件镂空砂型设计规范》团体标准编制工作组 2022 年 8 月 5 日 7/ 7