大型机床件消失模铸造车间设计

苏见波，姜宗营，刘 建

（机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007）

近年来，机床生产企业纷纷新建铸造车间，通过厂房、设备升级，优化生产工艺，使用新技术、新材料，提升管理理念等措施，生产出高品质、高附加值的机床铸件。本文将以大连某机床铸件项目为例，简单介绍新建消失模铸造车间设计方案及主要工艺设备选型情况。

1 车间概况

该车间主要生产1m及以下床体和床头箱体等铸件，设计生产纲领为30000t，其中年产合格床体铸件13000t，床头箱体铸件17000t.主要解决企业铸件生产自动化程度较低、工人劳动成本较高和生产能力不足的问题。

车间建筑面积17000m2，主厂房由三个横跨和一个纵跨组成，每跨跨度均为24m；清理厂房由二个纵跨组成，每跨跨度均为18m.车间日常使用的模型由制模车间提供，通过悬链送至铸造车间内，便于取放和生产准备；铸件粗加工任务由机加工车间负责，通过电动平车进行运送。

2 设计原则

1）采用先进工艺，体现技术进步；

2）对于新增关键设备，在满足工作效率、生产工艺等要求的前提下，以优先选用国产先进及节能设备为原则，节约投资，并有利于国产装备的发展；

3）工艺方案与土建、公用方案设计统筹考虑，在满足工艺要求的基础上，尽量降低土建、公用工程的一次性投资和运行成本；

4）在环保、劳动安全和工业卫生等方面严格按国家、地方相关规范要求进行设计，在保证建厂经济效益的同时，确保社会效益。

3 主要工艺说明及设备

3.1 造型工艺选择

目前机床类大中型铸件普遍采用呋喃树脂砂造型工艺，树脂砂具有铸型尺寸精度高、铸件表面质量好，旧砂溃散性及再生性能较好等优点。但树脂砂工艺也存在明显问题，比如成本高、有机粘结剂组分引起的气味污染较严重等[1]。为此，该公司根据其铸件产品特点，对造型工艺先期进行了积极探索，并经过了广泛的调研、考察及试验生产，决定采用消失模工艺生产床体、床头箱体等铸件。

消失模铸造技术是一项精确成型的铸造高新技术，是铸造工艺的一个重要发展方向，被誉为21世纪的“绿色铸造工程”[2]。在国内，该技术经过十几年的发展，具有了一定的生产规模，已成为铸造工业的重要组成部分。消失模铸造具有良好的工艺性能，尺寸精度高，表面光洁、少污染；铸件结构设计灵活、无砂芯；用砂无黏结剂可循环使用，大大降低成本；生产线投资少，建设速度快，企业经济效益好[3]。

3.2 车间总体布局

消失模铸造车间为多跨联合厂房，工艺平面布置按生产工艺流程合理及物流线路最短的原则对熔化、生产线、砂处理、清理工序进行功能分区，车间跨内、跨间运输分别采用起重机与电动平车、叉车、悬链完成，提高生产灵活性及设备利用率。具体布局详见车间工艺平面图1.

3.3 主要工艺过程

3.3.1 生产线

床体线和床头箱体线为两条相互独立的全自动化生产线，根据产品的数量、尺寸大小以及冷却时间的不同规格上有所差异，但两条线的形式和组成基本一致。每条消失模线都由造型、下芯、浇注、冷却和砂处理等工序组成。

3.3.2 熔炼

根据公司产品需求和当地实际能源情况，本次铁液熔炼全部采用中频感应电炉进行熔化、保温和调整成分。

生铁、废钢、回炉料的配料采用微机电磁配铁秤定量，以控制配料的精度，称量好后用加料小车加入中频感应电炉内。为有效控制钢液质量，设计选用一台直读光谱分析仪及其他必要的检测设备。

3.3.3 清理

消失模线落砂后的铸件，采用悬链运至清理厂房。除浇冒口、抛丸清理、焊补、打磨、精整、时效，划线检验，涂刷底漆后用电动平车运至加工车间。图2为主要生产工艺流程图。

图2 主要生产工艺流程图

3.4 设备选择及计算

1）床体线铸件成品率80%，废品率3%，造型废品率2%，砂铁比7；床头箱体线铸件成品率80%，废品率3%，造型废品率2%，砂铁比5.5.

2）造型生产率

床体消失模生产线砂箱尺寸：2700mm×900 mm×950mm，最大单箱铸件重0.56t，平均单箱铸件重0.418t.二班制生产，设备年时基数3700h，不平衡系数1.05，床体铸件一型一件，年需生产合格铸件的铸型数量为：31100整型。设计床体线生产能力为12整型/h，可满足生产要求。

床头箱体消失模生产线砂箱尺寸：1850mm×1150mm×1100mm，最大单箱铸件重0.96t，平均单箱铸件重0.57t.二班制生产，设备年时基数3700h，不平衡系数1.05，床体铸件一型两件，年需生产合格铸件的铸型数量为：29900整型。设计床体线生产能力为12整型/h，可满足生产要求。

3）熔炼设备计算

金属熔化平衡如表1所示。

图1 车间生产线布置示意图

表1 金属熔化平衡

中频电炉二班制生产，年时基数3700h，生产不平衡系数1.1，计算需生产能力为：

设计选用2套容量6t（一拖二）的中频感应电炉用于铁液熔炼、保温，可满足生产要求。

4）砂处理设备计算

床体消失模线砂处理设备二班制生产，年时基数3700h，生产不平衡系数1.1，计算需生产能力为：

设计采用1套40t/h砂处理设备，可满足生产要求。

床头箱体消失模线砂处理设备二班制生产，年时基数3700h，生产不平衡系数1.1，计算需生产能力为：

设计采用1套40t/h砂处理设备，可满足生产要求。

4 土建设计

1）结构形式：厂房主体结构采用门式钢架结构，焊接实腹钢柱，柱距为6m；辅房采用钢筋砼框架结构。

2）屋面：0.6mm厚镀铝锌彩钢外板+120mm厚离心玻璃棉保温层（防潮防腐蚀贴面）+0.45mm厚镀铝锌彩钢内板复合屋面板，内外钢板镀铝锌量≥165g/m2，屋面外板屈服强度≥345MPa，屋面内板屈服强度≥550MPa.

3）外墙：1.2m以下为370厚蒸压灰砂砖墙，外贴面砖，1.2m高以上至天沟底为压型复合彩钢板墙。

5 环境保护、职业安全卫生

5.1 防尘、防毒

落砂栅格设置固定半密闭通风除尘罩；砂处理扬尘点全部采取强制抽风措施，集中由除尘器进行除尘；铸件清砂、浇冒口切割区设置侧吸罩进行通风除尘；抛丸清理设备清理铸件时产生粉尘，由设备配套的除尘器进行除尘。

落砂地沟采取全面通风，对浇注等产生废热气体的地方，采取局部通风或屋面通风器进行通风换气。

5.2 废水治理

砂温冷却装置、中频感应电炉和真空泵生产时需大量冷却水，均循环使用。

5.3 防机械伤害

车间设置安全通道，设备布置留有安全操作和维修需要的距离和空间，对产生机械伤害危险性较大的设备，安装声响报警装置和防护设施，对操作中易产生金属液喷溅的操作位置采取防护措施，对抛丸室采取严格的密闭防护措施。所有操作平台和地坑、地沟留孔处均按国家规范设置防护栏杆、梯子或盖板。

5.4 防噪声、防振动

设计中尽量选用低噪声、振动小的设备。对某些噪声高、振动大的设备，采取消声、隔声、减振措施。通过采取以上措施后，可使各种有害物的排放浓度及车间噪声限制在国家规定的标准之内，并使工人的工作环境符合国家有关标准的规定。

6 结束语

本车间采用的消失模生产工艺，造型不需要黏结剂，落砂简便，且回用率高（可达95%以上），极大减少了废砂及其他造型材料的消耗，有效降低了铸件的生产能耗。同时，消失模线生产的铸件表面质量好，尺寸精度高，可减少铸件后续精整打磨及机加工的工作量[4,5]。现车间厂房正处于实施阶段，根据前期实验生产各项数据可知，车间达产后将会取得良好的综合效益。

[1]贾会军，和丽云.树指砂在铸造生产中的应用[J］.铸造设备与工艺，2011（3）：51-52.

[2]黄天佑，黄乃瑜，吕志刚.消失模铸造技术[M］.北京：机械工业出版社，2004.

[3]张殿甫.消失模铸造技术的生产实践与创新[J］.铸造设备与工艺，2009（6）：15-17.

[4]高成勋，孙黄龙，等.国内消失模铸造关键性功能型设备和生产线的现状和展望[J］.铸造设备与工艺，2010（5）：28-33.

[5]叶伟.消失模铸造生产线的建设与体会[J］.铸造设备与工艺，2004（3）：29-32