智能化消失模造型线

2014-11-20付鹏飞

铸造设备与工艺 2014年3期

付鹏飞

（苏州苏铸成套装备制造有限公司研究所，江苏苏州 215000）

消失模铸造又称干砂实型负压铸造，国外称之为E P C，是目前世界上最先进的铸造工艺之一，国内外称之为21世纪的绿色铸造。

由于消失模不需要分型和下芯子，所以特别适用于几何形状复杂、传统铸造难以完成的箱体类、壳体类铸件、筒管类铸件；同时消除了因制芯、下芯、造型、合箱引起的铸造缺陷；该铸造工艺用干砂埋模型，型砂可反复使用，工业垃圾少，成本明显降低；本工艺铸造没有飞边毛刺，后续清理工时可以减少80%以上。由于消失模铸造的诸多优点受到了铸造企业的青睐。

消失模铸造生产线可以一线多用，不仅可以做铸铁、球铁、还可以同时做铸钢件，所以转项灵活，适用范围广；本工艺铸造不仅适用于批量大的铸造件进行机械化操作，也适用于批量小的产品手工拼接模型。消失模工艺如果投资到位，可实现空中无尘，地面无砂，劳动强度低，作业环境好。消失模铸造如果用负压浇注，更有利于液体金属的充型和补缩，可提高铸件的组织致密度。

1 消失模自动造型线及布置图

该生产线为一条全自动消失模黑区生产线，造型线布置如图1所示。通过预先输入的程序，除人工放入模束外，可以自动运行，设计生产率为4箱/h～5箱/h，所有箱在辊道上的运行速度为0.15 m/s，当然实际的生产效率还取决于工艺过程例如抽真空和振实的时间。

生产线采用开放式布线，共配置三条冷却道，每条道17个砂箱，实际生产时可以根据铸件的冷却时间选择不同数量的冷却道，例如铸件的冷却时间如果短至3 h左右，就可以只选取一条冷却道。

采用液压传动与电气传动相结合的方式，例如要求推力较大的冷却线采用液压传动，前排输送辊道采用比较灵活的机动辊道，推送油缸采用比例阀控制，而机动辊道采用交流变频调速。

控制系统采用当今最新控制技术，集中控制与分散控制相结合，全线采用工业以太网实现数据的实时快速传输，并且通过因特网实现远程诊断；本线具有完备的故障报警系统，可以在界面上显示故障信息，以帮助快速排除设备故障。

2 消失模生产线主要技术参数

设计生产率：5箱/h；

运行节拍：12 min；

机动辊道运行速度：0.15 m/s（变频调速）；

辊道上面标高：+500 mm；

液压系统工作压力：10 MPa；

液压站平均输出流量：300 L/min；

有效浇注工位：5个；

砂箱节距：2300mm，总高度：1460mm，底板宽度：1750 mm；

单箱最大铸件重量（含浇注系统）1800 kg.

公用系统：

电安装容量：350 kW，三相五线制。

压缩空气耗量：15 Nm3/h，进口压力：≥0.6 MPa.

3 造型线工艺流程

消失模生产线的主要工艺流程如下：冷却完毕的砂箱通过转运车输送到前排辊道，首先进入翻箱机，提升机构提起砂箱移到摆杆输送机侧边，然后翻转机构将砂箱翻转倒出铸件，最后空箱返回辊道。然后依次进入振实预填砂，放入模束，加砂振实，放置浇冒口，浇注并同时抽真空，抽真空时间根据工艺要求可调，浇注完毕的铸件经转运车送入冷却道冷却，平面布置图如图1.

本消失模生产线主要由下列设备构成，设备的工作原理及结构简述如下：

1）本线共设三条冷却段，每条17个砂箱，在平均生产率每小时5箱的情况下，每股道的冷却时间为3.5 h，使用3股道可达10.5 h.为确保设备的刚性，该部分辊道全部采用长辊轴，边辊架采用焊接矩形钢管，轴承采用带座球面轴承。为防止砂箱从辊道端部脱落，在辊道线的两端，分别设有机械及液压限位装置。辊道上平面标高+500 mm.

2）辊道线的两端设有转运车用来摆渡砂箱，转运车采用变频电机移动，为确保转运车辊道与冷却段辊道的准确对接，杜绝砂箱在冷却辊道翻箱，专门设有气动限位装置和安全开关。推送油缸采用比例阀控制，铰接在车体上，当推送缸工作时，反作用力使油缸克服柔性弹簧力后退2 mm～3 mm顶进在基础上，从而避免车体受力。转运车上同时装有机动辊道来承接砂箱，该机动辊道的传动通过电磁离合器控制，在冷却段，电磁离合器得电，辊道电机不工作，辊道处于自由状态，砂箱在液压缸的驱动下进入下一工位；当转运车处于浇注段辊道是，电磁离合器失电，辊道电机工作，砂箱在电机的驱动下进入下一工位。

3）翻箱机是用来将铸件和砂子倒入摆杆输送机的，由于砂箱较大，采用移动式翻箱机，及冷却后的砂箱进入到翻箱工位，机械手抱起砂箱，移动到摆杆输送机上方，翻箱倒铸件及砂子，然后在返回原位，放置空箱。

4）前排辊道全部采用机动辊道，每个砂箱位置一段，共17段（其中一段包含在振实台内），辊道设计速度为0.15 m/s.全部采用变频调速，电机采用SE W的变频一体机。

5）加砂预振实机构，空砂箱进入该工位后，雨淋预加砂机构接到信号，开始加砂，同时启动预振实机构。

6）雨淋加砂器与三维振实台，放置模束后的砂箱进入该工位，雨淋预加砂机构接到信号，开始加砂，同时启动三维振实台。雨淋加砂机构主要有上加砂蝶阀，伺服控制的料位机构，根据铸件大小可任意调节加砂量，双级缸控制加砂闸板机构（可根据工艺要求实现快慢速加砂）等组成；振实台主要由伺服振动电机控制的振动机构（此机构根据编码器的位置来调节振动方向实现三维振实）、机架、气囊气缸、液压夹紧机构、润滑系统，电机风冷系统组成，实现雨淋加砂及三维振实。

图1 平面布置图

7）真空系统，本线配备五个浇注工位，五套真空装置，真空泵组两套，一用一备；管路系统配备有除尘装置，真空罐，真空滤气装置等，通过信号交换实现自动真空状态下浇注。

8）浇注系统配备2 t智能浇注机，该浇注机由扇形浇注包、伺服倾转机构、纵移车及轨道系统、横移机构、控制及操作系统、安全系统、电缆装置、随流孕育系统等组成；浇注机由PLC控制，配有伺服控制器，操作台上除设有按钮及伺服操纵手柄之外，尚有人机界面，可以设定和显示各运行参数，监控运行状态，故障报警，编制和修改程序；电控箱和驾驶室分别配备空调，本机具有纵移、横移及倾转浇注三个运动自由度。

9）线上采用集中液压站，分散阀块，阀块随机布置，液压站采用两组德国丹尼逊叶片泵，在万一一台泵出故障时可以降低节拍维持生产。液压站设有专门的循环泵，用来加油排油和循环冷却。为减少接管和避免油水混合，系统采用风冷却器替代水冷却器。液压站还配置4组皮囊式蓄能器，用来平衡流量和保压。

10）全线由PLC控制，通过Profinet组成局域网，实现数据的快速交换，通过上位机可以直接与因特网或工厂ERP系统相连，实现自动化与智能化目标。设计上采用了先进且成熟的控制技术，例如比例控制技术，现场总线技术，集成阀岛技术，接近开关，数字式传感器及变送器等。在主控台及机旁箱设有人机界面，用来修改参数，发布信息，人工操作。线上设有完备的故障报警系统，用来帮助快速排除故障。