大型機床件消失模鑄造車間設計

蘇見波，姜宗營，劉 建

（機械工業(yè)第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007）

近年來，機床生產(chǎn)企業(yè)紛紛新建鑄造車間，通過廠房、設備升級，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，使用新技術(shù)、新材料，提升管理理念等措施，生產(chǎn)出高品質(zhì)、高附加值的機床鑄件。本文將以大連某機床鑄件項目為例，簡單介紹新建消失模鑄造車間設計方案及主要工藝設備選型情況。

1 車間概況

該車間主要生產(chǎn)1m及以下床體和床頭箱體等鑄件，設計生產(chǎn)綱領為30000t，其中年產(chǎn)合格床體鑄件13000t，床頭箱體鑄件17000t.主要解決企業(yè)鑄件生產(chǎn)自動化程度較低、工人勞動成本較高和生產(chǎn)能力不足的問題。

車間建筑面積17000m2，主廠房由三個橫跨和一個縱跨組成，每跨跨度均為24m；清理廠房由二個縱跨組成，每跨跨度均為18m.車間日常使用的模型由制模車間提供，通過懸鏈送至鑄造車間內(nèi)，便于取放和生產(chǎn)準備；鑄件粗加工任務由機加工車間負責，通過電動平車進行運送。

2 設計原則

1）采用先進工藝，體現(xiàn)技術(shù)進步；

2）對于新增關(guān)鍵設備，在滿足工作效率、生產(chǎn)工藝等要求的前提下，以優(yōu)先選用國產(chǎn)先進及節(jié)能設備為原則，節(jié)約投資，并有利于國產(chǎn)裝備的發(fā)展；

3）工藝方案與土建、公用方案設計統(tǒng)籌考慮，在滿足工藝要求的基礎上，盡量降低土建、公用工程的一次性投資和運行成本；

4）在環(huán)保、勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生等方面嚴格按國家、地方相關(guān)規(guī)范要求進行設計，在保證建廠經(jīng)濟效益的同時，確保社會效益。

3 主要工藝說明及設備

3.1 造型工藝選擇

目前機床類大中型鑄件普遍采用呋喃樹脂砂造型工藝，樹脂砂具有鑄型尺寸精度高、鑄件表面質(zhì)量好，舊砂潰散性及再生性能較好等優(yōu)點。但樹脂砂工藝也存在明顯問題，比如成本高、有機粘結(jié)劑組分引起的氣味污染較嚴重等[1]。為此，該公司根據(jù)其鑄件產(chǎn)品特點，對造型工藝先期進行了積極探索，并經(jīng)過了廣泛的調(diào)研、考察及試驗生產(chǎn)，決定采用消失模工藝生產(chǎn)床體、床頭箱體等鑄件。

消失模鑄造技術(shù)是一項精確成型的鑄造高新技術(shù)，是鑄造工藝的一個重要發(fā)展方向，被譽為21世紀的“綠色鑄造工程”[2]。在國內(nèi)，該技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，具有了一定的生產(chǎn)規(guī)模，已成為鑄造工業(yè)的重要組成部分。消失模鑄造具有良好的工藝性能，尺寸精度高，表面光潔、少污染；鑄件結(jié)構(gòu)設計靈活、無砂芯；用砂無黏結(jié)劑可循環(huán)使用，大大降低成本；生產(chǎn)線投資少，建設速度快，企業(yè)經(jīng)濟效益好[3]。

3.2 車間總體布局

消失模鑄造車間為多跨聯(lián)合廠房，工藝平面布置按生產(chǎn)工藝流程合理及物流線路最短的原則對熔化、生產(chǎn)線、砂處理、清理工序進行功能分區(qū)，車間跨內(nèi)、跨間運輸分別采用起重機與電動平車、叉車、懸鏈完成，提高生產(chǎn)靈活性及設備利用率。具體布局詳見車間工藝平面圖1.

3.3 主要工藝過程

3.3.1 生產(chǎn)線

床體線和床頭箱體線為兩條相互獨立的全自動化生產(chǎn)線，根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)量、尺寸大小以及冷卻時間的不同規(guī)格上有所差異，但兩條線的形式和組成基本一致。每條消失模線都由造型、下芯、澆注、冷卻和砂處理等工序組成。

3.3.2 熔煉

根據(jù)公司產(chǎn)品需求和當?shù)貙嶋H能源情況，本次鐵液熔煉全部采用中頻感應電爐進行熔化、保溫和調(diào)整成分。

生鐵、廢鋼、回爐料的配料采用微機電磁配鐵秤定量，以控制配料的精度，稱量好后用加料小車加入中頻感應電爐內(nèi)。為有效控制鋼液質(zhì)量，設計選用一臺直讀光譜分析儀及其他必要的檢測設備。

3.3.3 清理

消失模線落砂后的鑄件，采用懸鏈運至清理廠房。除澆冒口、拋丸清理、焊補、打磨、精整、時效，劃線檢驗，涂刷底漆后用電動平車運至加工車間。圖2為主要生產(chǎn)工藝流程圖。

圖2 主要生產(chǎn)工藝流程圖

3.4 設備選擇及計算

1）床體線鑄件成品率80%，廢品率3%，造型廢品率2%，砂鐵比7；床頭箱體線鑄件成品率80%，廢品率3%，造型廢品率2%，砂鐵比5.5.

2）造型生產(chǎn)率

床體消失模生產(chǎn)線砂箱尺寸：2700mm×900 mm×950mm，最大單箱鑄件重0.56t，平均單箱鑄件重0.418t.二班制生產(chǎn)，設備年時基數(shù)3700h，不平衡系數(shù)1.05，床體鑄件一型一件，年需生產(chǎn)合格鑄件的鑄型數(shù)量為：31100整型。設計床體線生產(chǎn)能力為12整型/h，可滿足生產(chǎn)要求。

床頭箱體消失模生產(chǎn)線砂箱尺寸：1850mm×1150mm×1100mm，最大單箱鑄件重0.96t，平均單箱鑄件重0.57t.二班制生產(chǎn)，設備年時基數(shù)3700h，不平衡系數(shù)1.05，床體鑄件一型兩件，年需生產(chǎn)合格鑄件的鑄型數(shù)量為：29900整型。設計床體線生產(chǎn)能力為12整型/h，可滿足生產(chǎn)要求。

3）熔煉設備計算

金屬熔化平衡如表1所示。

圖1 車間生產(chǎn)線布置示意圖

表1 金屬熔化平衡

中頻電爐二班制生產(chǎn)，年時基數(shù)3700h，生產(chǎn)不平衡系數(shù)1.1，計算需生產(chǎn)能力為：

設計選用2套容量6t（一拖二）的中頻感應電爐用于鐵液熔煉、保溫，可滿足生產(chǎn)要求。

4）砂處理設備計算

床體消失模線砂處理設備二班制生產(chǎn)，年時基數(shù)3700h，生產(chǎn)不平衡系數(shù)1.1，計算需生產(chǎn)能力為：

設計采用1套40t/h砂處理設備，可滿足生產(chǎn)要求。

床頭箱體消失模線砂處理設備二班制生產(chǎn)，年時基數(shù)3700h，生產(chǎn)不平衡系數(shù)1.1，計算需生產(chǎn)能力為：

設計采用1套40t/h砂處理設備，可滿足生產(chǎn)要求。

4 土建設計

1）結(jié)構(gòu)形式：廠房主體結(jié)構(gòu)采用門式鋼架結(jié)構(gòu)，焊接實腹鋼柱，柱距為6m；輔房采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)。

2）屋面：0.6mm厚鍍鋁鋅彩鋼外板+120mm厚離心玻璃棉保溫層（防潮防腐蝕貼面）+0.45mm厚鍍鋁鋅彩鋼內(nèi)板復合屋面板，內(nèi)外鋼板鍍鋁鋅量≥165g/m2，屋面外板屈服強度≥345MPa，屋面內(nèi)板屈服強度≥550MPa.

3）外墻：1.2m以下為370厚蒸壓灰砂磚墻，外貼面磚，1.2m高以上至天溝底為壓型復合彩鋼板墻。

5 環(huán)境保護、職業(yè)安全衛(wèi)生

5.1 防塵、防毒

落砂柵格設置固定半密閉通風除塵罩；砂處理揚塵點全部采取強制抽風措施，集中由除塵器進行除塵；鑄件清砂、澆冒口切割區(qū)設置側(cè)吸罩進行通風除塵；拋丸清理設備清理鑄件時產(chǎn)生粉塵，由設備配套的除塵器進行除塵。

落砂地溝采取全面通風，對澆注等產(chǎn)生廢熱氣體的地方，采取局部通風或屋面通風器進行通風換氣。

5.2 廢水治理

砂溫冷卻裝置、中頻感應電爐和真空泵生產(chǎn)時需大量冷卻水，均循環(huán)使用。

5.3 防機械傷害

車間設置安全通道，設備布置留有安全操作和維修需要的距離和空間，對產(chǎn)生機械傷害危險性較大的設備，安裝聲響報警裝置和防護設施，對操作中易產(chǎn)生金屬液噴濺的操作位置采取防護措施，對拋丸室采取嚴格的密閉防護措施。所有操作平臺和地坑、地溝留孔處均按國家規(guī)范設置防護欄桿、梯子或蓋板。

5.4 防噪聲、防振動

設計中盡量選用低噪聲、振動小的設備。對某些噪聲高、振動大的設備，采取消聲、隔聲、減振措施。通過采取以上措施后，可使各種有害物的排放濃度及車間噪聲限制在國家規(guī)定的標準之內(nèi)，并使工人的工作環(huán)境符合國家有關(guān)標準的規(guī)定。

6 結(jié)束語

本車間采用的消失模生產(chǎn)工藝，造型不需要黏結(jié)劑，落砂簡便，且回用率高（可達95%以上），極大減少了廢砂及其他造型材料的消耗，有效降低了鑄件的生產(chǎn)能耗。同時，消失模線生產(chǎn)的鑄件表面質(zhì)量好，尺寸精度高，可減少鑄件后續(xù)精整打磨及機加工的工作量[4,5]?，F(xiàn)車間廠房正處于實施階段，根據(jù)前期實驗生產(chǎn)各項數(shù)據(jù)可知，車間達產(chǎn)后將會取得良好的綜合效益。

[1]賈會軍，和麗云.樹指砂在鑄造生產(chǎn)中的應用[J］.鑄造設備與工藝，2011（3）：51-52.

[2]黃天佑，黃乃瑜，呂志剛.消失模鑄造技術(shù)[M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3]張殿甫.消失模鑄造技術(shù)的生產(chǎn)實踐與創(chuàng)新[J］.鑄造設備與工藝，2009（6）：15-17.

[4]高成勛，孫黃龍，等.國內(nèi)消失模鑄造關(guān)鍵性功能型設備和生產(chǎn)線的現(xiàn)狀和展望[J］.鑄造設備與工藝，2010（5）：28-33.

[5]葉偉.消失模鑄造生產(chǎn)線的建設與體會[J］.鑄造設備與工藝，2004（3）：29-32