消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

謝沛文

（煙臺(tái)四方鑄造設(shè)備工程有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

社會(huì)的發(fā)展尤其是現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)消失模鑄造技術(shù)提出了越來越多的挑戰(zhàn)。雖然消失模鑄造開放線的設(shè)計(jì)出現(xiàn)達(dá)到了一般客戶的要求，但對(duì)于大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)周期短、勞動(dòng)力受限制、連續(xù)澆注、鑄件運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備少的情況下，開放線受到了一定的限制，而消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線在彌補(bǔ)開放線各種缺陷的基礎(chǔ)上打破了各種限制。我公司現(xiàn)已先后設(shè)計(jì)、制造投入正常生產(chǎn)使用的消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線10多條。本文將消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要求及有關(guān)內(nèi)容作一總結(jié)，以供同行參考。圖1為年產(chǎn)1000t消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線廠區(qū)圖，圖2為典型案型部置圖。

1 確定自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)格要求

根據(jù)用戶生產(chǎn)的鑄件尺寸規(guī)格設(shè)計(jì)出砂箱尺寸，進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)計(jì)算，再根據(jù)車間情況進(jìn)行生產(chǎn)線整體布局。即計(jì)算出每天每小時(shí)出鑄件的重量。從而計(jì)算出生產(chǎn)線每小時(shí)砂處理量。選擇合理的消失模砂處理系統(tǒng)。

圖1 年產(chǎn)10000t消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線廠房圖

生產(chǎn)規(guī)格的計(jì)算：

1）首先，計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)（按每種鑄件每年生產(chǎn)的件數(shù)計(jì)算）；

圖2 年產(chǎn)10000t消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線部置圖

2）根據(jù)鑄件圖樣作工藝分析；

3）根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)與國(guó)內(nèi)平均水平的生產(chǎn)定額，并結(jié)合工廠的具體條件制定鑄件的廢品率、造型和制模的廢品率；

4）確定砂箱大小及每箱模樣上的鑄件數(shù)量；

5）計(jì)算出造型工部、真空系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng)的型號(hào)規(guī)格、技術(shù)參數(shù)和數(shù)量；

6）選擇鑄造生產(chǎn)線的布置形式，計(jì)算生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍等。

2 消失模鑄造全自動(dòng)化生產(chǎn)線的砂處理系統(tǒng)

消失模鑄造的砂處理量要滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的需要。通過計(jì)算可選擇合理的砂處理量，我公司現(xiàn)已開發(fā)出：5 t/h、10t/h、20t/h、30t/h、40t/h、50t/h、60t/h 及更大的120t/h砂處理線。砂處理系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的技術(shù)規(guī)格、參數(shù)均要滿足砂處理量的要求。

消失模砂處理系統(tǒng)的功能應(yīng)滿足如下要求：

1）落砂篩分

篩分分二級(jí)篩分，一級(jí)篩分由振動(dòng)輸送篩分機(jī)篩除翻箱落砂中大于5mm的雜物；二級(jí)分層直線振動(dòng)篩篩過大于10目及小于100目不適用的細(xì)砂和雜物，增加砂子的透氣性。

2）風(fēng)選、磁選功能

風(fēng)選機(jī)靠自身調(diào)節(jié)使干熱砂形成流幕狀下落，砂、塵的分級(jí)靠調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小來控制。永磁分離滾筒進(jìn)行砂鐵分離。

磁選后的干砂落入到下工序的連接設(shè)備中，磁選出的鐵豆飛邊等流入到廢料箱內(nèi)。粉塵從風(fēng)選機(jī)的除塵口進(jìn)入到除塵系統(tǒng)。

3）采用二級(jí)舊砂冷卻方式，可保證流水線的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。

熱砂的冷卻問題是消失模鑄造生產(chǎn)線組成和設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的技術(shù)問題也是能否達(dá)到生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)鍵。根據(jù)消失模生產(chǎn)中熱砂的冷卻速度慢的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用了二級(jí)舊砂冷卻方式。落砂時(shí)砂子的溫度由500℃經(jīng)此環(huán)節(jié)使砂溫冷卻到50℃以下。冷卻環(huán)節(jié)通常采用一級(jí)水冷式沸騰冷卻床冷卻，二級(jí)采用砂溫調(diào)節(jié)器冷卻。沸騰冷卻床的冷卻方式，既有水與熱砂的熱交換，又有空氣與熱砂的熱交換。而熱砂呈沸騰狀態(tài)要比靜態(tài)狀的熱交換效率高出幾倍之多。所以本機(jī)的冷卻效果好于其它的各類冷卻裝置，而被廣大用戶認(rèn)可接受。在進(jìn)行熱交換同時(shí)，沸騰狀態(tài)的干砂中，粉塵隨著熱交換形成的熱空氣一起被抽入除塵器，使冷卻的干砂粉塵含量大大降低，保持干砂良好的透氣性，實(shí)現(xiàn)了降溫、除塵的雙重目的。砂溫調(diào)節(jié)器是靠砂子與循環(huán)水管間的蠕動(dòng)接觸實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)砂溫的功能。適用于流水線自動(dòng)生產(chǎn)。

4）砂輸送環(huán)節(jié)

砂輸送在落砂時(shí)砂溫很高，采用振動(dòng)輸送機(jī)、鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)可保證高溫下砂子的輸送，并且使用性能良好。經(jīng)過冷卻后的砂子可以選用帶式提升機(jī)和皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)砂子在高度和水平距離間輸送。

5）生產(chǎn)線的控制

生產(chǎn)線的控制采用PLC全自動(dòng)控制?？刂品绞椒謩e由模擬屏、觸摸屏及工業(yè)計(jì)算機(jī)控制。

6）除塵系統(tǒng)

消失模鑄造是21世紀(jì)綠色環(huán)保新工藝。消失模砂處理生產(chǎn)線除塵系統(tǒng)要根據(jù)砂處理量及生產(chǎn)線選用設(shè)備。通過計(jì)算砂處理系統(tǒng)的除塵風(fēng)量，根據(jù)計(jì)算風(fēng)量選擇除塵器風(fēng)機(jī)的功率。完成除塵系統(tǒng)管路的設(shè)計(jì)，每個(gè)揚(yáng)塵點(diǎn)均設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥以控制各管路合理的風(fēng)量。

3 消失模鑄造全自動(dòng)生產(chǎn)線砂箱運(yùn)行

消失模鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線砂箱的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化。特種砂箱在輥道或軌道上運(yùn)行，由液壓推箱機(jī)、電動(dòng)過渡小車、全自動(dòng)液壓翻箱機(jī)實(shí)現(xiàn)。砂箱的運(yùn)行時(shí)間與生產(chǎn)線節(jié)拍一致。由觸摸屏自動(dòng)控制運(yùn)行節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)砂箱全自動(dòng)化運(yùn)行的要求。整個(gè)砂箱運(yùn)行線布置流暢、簡(jiǎn)潔。

4 真空負(fù)壓系統(tǒng)

消失模鑄造的造型和澆注過程通常是在真空條件下進(jìn)行的，由特制砂箱和負(fù)壓系統(tǒng)組成一個(gè)封閉系統(tǒng)。真空泵是真空消失模鑄造中最基本的設(shè)備。由真空泵、濕法除塵器、穩(wěn)壓罐及汽水分離器、水箱及管路附件組成真空負(fù)壓系統(tǒng)。

選擇真空泵的原則是抽氣量要大，而對(duì)它所能達(dá)到的真空度要求并不高。實(shí)際生產(chǎn)中決定真空泵的抽氣量時(shí)，可考慮以下幾個(gè)因素：澆注的鑄件大小；澆注的金屬材質(zhì)；砂箱大小及同時(shí)澆注用的砂箱數(shù)量。

有關(guān)文獻(xiàn)指出，“FV”真空泵的動(dòng)力消耗可按下式計(jì)算：

式中:W——真空泵的電機(jī)功率，kw；

k——2～6，kw/m3；

n——砂箱個(gè)數(shù)；

V1——砂箱體積，m3；

β——安全系數(shù)（取 β=3～10）；

m——每個(gè)砂箱內(nèi)消失模模樣的質(zhì)量，kg；

Q——為聚苯乙烯泡沫塑料的發(fā)氣量，m3/kg。

澆注時(shí)必須保護(hù)密封塑料薄膜不燒失，否則將顯著降低鑄型的真空度。

自動(dòng)線采用固定式真空對(duì)接機(jī)、自動(dòng)或移動(dòng)式真空對(duì)接機(jī)完成真空對(duì)接抽負(fù)壓。

5 消失模鑄造全自動(dòng)化生產(chǎn)線的造型工部

自動(dòng)線的造型工部可分解成幾個(gè)工位。即加底砂振實(shí)、放白模、加砂振實(shí)、鋪蓋模、加蓋砂、放澆口杯。

消失模鑄造緊實(shí)時(shí)常用的加砂方式有3種：軟管人工加砂、螺旋給料加砂和雨淋加砂。

5.1 雨淋式加砂

雨淋式加砂主要靠調(diào)整多孔閘板中的動(dòng)板與靜板的相對(duì)位置來改變漏砂孔的橫截面積的大小，進(jìn)而改變“砂雨”的大?。锤淖兗由八俣龋４朔N加砂方式，加砂均勻，效率高，適合在自動(dòng)流水線上使用，也是目前應(yīng)用最廣泛的加砂方法之一。

5.2 振動(dòng)緊實(shí)

消失模鑄造由于采用無黏結(jié)劑的干砂來填充模型，通常只需用振動(dòng)的方法來實(shí)現(xiàn)緊實(shí)。振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)是消失模鑄造中的關(guān)鍵設(shè)備之一。

確定生產(chǎn)線中振實(shí)臺(tái)的規(guī)格參數(shù)。首先根據(jù)鑄造工件外形尺寸制定消失模鑄造工藝。從而確定砂箱的規(guī)格。由砂箱尺寸選擇合適的振實(shí)臺(tái)臺(tái)面尺寸。通過計(jì)算砂箱和砂子的重量來確定振實(shí)臺(tái)的額定承載力、激振力大小和振動(dòng)電機(jī)功率。目前我公司使用的振動(dòng)緊實(shí)設(shè)備為變頻三維振實(shí)臺(tái)。采用高頻振動(dòng)電機(jī)進(jìn)行三維微振緊實(shí)，三維振實(shí)臺(tái)具有不同的振動(dòng)模式，根據(jù)不同形狀的零件，通過無級(jí)變頻調(diào)節(jié)不同的振動(dòng)模式。使干砂快速到達(dá)模樣各處，形成足夠的緊實(shí)度。保證澆注后得到輪廓清晰、尺寸精確的鑄件。

6 消失模鑄造全自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)

1）生產(chǎn)線采用全自動(dòng)控制，縮短生產(chǎn)周期，生產(chǎn)效率高。

2）自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力。自動(dòng)線與消失模開放線相比勞動(dòng)強(qiáng)度低，更省勞動(dòng)力；如5000t/a單班生產(chǎn)造型工部?jī)H用3人；10000t/a單班生產(chǎn)造型工部?jī)H用5人，并且用女操作工即可滿足要求，解決用工荒，降低勞動(dòng)力成本。

3）工藝技術(shù)容易掌握，生產(chǎn)管理方便。

消失模自動(dòng)化生產(chǎn)線是在開放線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)革新，它的出現(xiàn)是鑄造企業(yè)由初始的消失模生產(chǎn)線向自動(dòng)化流水線控制發(fā)展的必然趨勢(shì)。我公司會(huì)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，不斷改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，研發(fā)新設(shè)備，進(jìn)一步提高消失模鑄造自動(dòng)生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度，為滿足不同客戶的需求而不斷進(jìn)取，不斷努力。