随着我国铸造行业的快速发展,铸造行业的对环境的污染已经非常严重,铸造用砂含有大量的硫、磷、汞等大量危害生命的化学元素。城市中铸造企业将铸造用砂排放到江、河、湖、海中,农村中的铸造企业将铸造用砂排放到枯井、田间地头、河边,致使周围的居民不能饮用地下水,同时周围的农作物不能良好生长,以致于枯死;而人类吃了这样的粮食,饮用周围的地下水,有毒物质会在体内留存,患各种各样的不治之症。而铸造中尤其是冲天炉在冶炼过程中产生含有大量的硫、磷等有毒浓烟和粉尘,直接排放到大气层中,造成严重的空气污染。而铸造工人是受污染最严重的群体,据统计,铸造工人年龄平均年龄不会超过50岁,而这个群体中,大部分人都会得肺气肿、矽肺病、肺癌、肝癌等不治之症。
铸造行业对能源的消耗也是居工业之首。铸造采用的大量煤粉沙都是直接从自然界获取的,铸造所用模型每年都会采用大量的木材,据统计,平均每吨铸件需用河砂5-6吨砂,600公斤硼润土,240公斤煤粉,其中30%排掉,其余经过水洗才能回用。按我国年产1500万吨铸造件,需要采掘河砂7500-9000万吨河砂,900万吨硼润土,360万吨煤粉,而每年向自然界中排放的煤粉渣就达3078万吨,废渣排放之处不能生长任何植物。如此大量的废渣排放,长此以往,给人类会带来灾难性的污染。面对这种状况,我们必须尽快改变落后的生产技术和工艺,采用高新技术及工艺,节约资源、提高生产效率,使铸件成本大幅度降下来,在铸造行业资金能源利用上采用高新技术,最大限度的挖潜和减少浪费,这对企业和国家的资金积累,对社会经济各方面可持续发展是一个非常重要的课题,这是我们开发高新技术的新型铸造技术的宗旨。
A、国外发展的现状:国外铸造工艺CAD/CAE方面的研究已达到了相当的水平,并已逐步进入实用化阶段。这主要反映在以下3个方面。(1)前期:根据实际物体的结构和形状建立实体模型,并自动剖分为多面体单元。一般来讲,对于形状简单的铸件,通常采用二维的方法近似地进行数值模拟就可得到较为精确的结果。而对于结构复杂的铸件,则需三维模拟计算才能满足精度的要求。(2)中期:通过数值模拟计算法对热平衡方程进行解析和缩孔缩松的预测判断,同时也可通过求解Navier-Stokes方程来模拟充型过程等。 (3)后期:将计算的结果经分析后通过彩色图形或图象等方式动态地表示出来。如用二维方式显示铸件某一断面或某点的温度-时间动态曲线图(图3所示),用三维方式显示铸件的温度变化、缩孔缩松的形成、或是反映铸件的应力场分布等。
B、国内发展的现状:目前以可对铸件凝固过程进行二维和三维温度场的分析,预测铸钢件的缩孔缩松,并开始用于生产,流动场和应力场的的模拟分析也取得进展。经过30多年的不断发展,铸造模拟在工程应用已是一项十分成熟的技术,已有很多商品软件,并已在生产中取得显著的经济及社会效益。目前,模拟仿真技术已能用在压力铸造、熔模铸造等精确成型制造工艺,而焊接过程的模拟仿真研究也取得可喜的进展。
随着铸造工业的快速发展,人口的增长,节约能源,能源的合理充分利用是关系到人类社会可持续发展至关重要的问题。众所周知,能源资源是有限的,能源利用的浪费就意味着加速能源资源的枯竭,人类生存就会提前面临危机的到来,那将是可怕的灾难,对人类生存的严重威胁。因此,节省有限的能源,合理充分的利用现有的能源资源是一件非常重要的社会问题,必须引起人们的高度重视,并应千方百计的在所有领域中采取一切措施进行节能。我国铸造行业近二十年来所用资源的开采和利用得以飞速发展,我国资源虽然比较丰富,但毕竟有限,因此,在利用方面必须物尽其用,不能浪费,可是在铸造行业能源材料方面存在着巨大的浪费。造成浪费的潜在原因有两方面:第一,由于我们技术和工艺上的落后,致使铸件在生产过程中,高能、高耗、污染排放、生产效率低下,没有充分利用资源,节约资源。第二,还未能解决铸件产品传统工艺,硼润土、硅砂、海石砂改为覆膜砂的课题,造成整个资源浪费的现实问题,解决资源消耗,环境污染,提高生产效率,已成为国民经济的迫切需要。高值能源消耗和污染环境,破坏大自然,已直接威胁着企业的经济效益和生存发展。铸造行业的另一个问题是冲天炉处理技术,次技术严重造成了空气污染,破坏生态环境。由于冲天炉处理燃烧技术粗糙落后,使煤焦燃烧不充分,燃烧炉中的许多有害物质,给周围环境造成了极大危害。为了保护我们的生存环境,必须减少空气污染以及有害物质的排放,进一步解决铸造技术及工艺的这一重要课题。