浅析AMF-Ⅲ07R造型线铸件错型影响因素

付积平，袁文忠，王 涛，张伟宏，杨网林，薛 震

（常柴股份有限公司，江苏常州 213002）

0 前言

随着国内汽车工业的发展及出口铸件量的增加，近年来对中小铸件的需求量快速增长，水平分型脱箱造型线由于没有大量砂箱及众多的辅机，且具有工艺适应性强、出品率高、投资少等特点，作为一种生产中小铸件的造型设备在我国得到广泛的应用。

为了适应客户市场需求，常柴股份有限公司铸造厂于2008年引进了日本东久AMF-Ⅲ07R型造型机、PCF-80型浇注机以及由天津致恒亨特尔制造的配套辅线，并同时引进了爱立许DEV22混砂机，法迪尔克RFD450双盘搅拌冷却器，配置了独立的砂处理系统，砂箱内尺寸为700×600×180/220/250（mm），设计能力为100型/h。主要用于生产缸盖、排气管、飞轮壳、法国GIMA支架、日本石川岛芝浦传动箱体等铸件。

在砂型铸造的生产过程中，铸件错型是铸件主要缺陷之一，对铸件质量具有较大影响，如在后续机加工时会产生黑皮、机加工干涉和撞刀，严重时直接导致铸件报废。

根据我厂废品统计报表显示，尤其自2012年11月开始，铸件错型情况较为严重，甚至有部分产品批量报废，如石川岛芝浦M560壳体铸件错型率高达13%,严重影响了产品的出品率以及铸件质量，大大提高了制造成本。

针对此现象，公司组织了一批经验丰富的工程技术人员成立QC攻关小组，以分析铸件错型的影响因素为课题，以降低错型率、提高开动率为目标，从模具研发、模具制作、模具检验、上线造型、浇注，直至开箱取件完毕，着眼整个生产流程，关注每一个细节，力争从源头解决问题。

经本次攻关后，取得了显著效果，如ZN390T缸盖于2013年度共生产铸件31 225只，错型废品仅3只，错型率小于100×10-6。

1 AMF-Ⅲ07R水平分型脱箱造型线

图1 AMF-Ⅲ07R水平分型脱箱造型线概况

1.1 AMF-Ⅲ07R自动造型机

AMF系列造型机是20世纪70年代日本东久株式会社为丰田体系企业而开发的全自动双面模板脱箱射压造型机，将垂直射砂和水平分型完美地结合在一起。目前已形成Ⅱ（H）型（单工位）、Ⅱ（H）S型（单工位下箱移出型）、Ⅲ型（两个下箱，一个上箱，下芯不影响造型周期，下箱双工位）、Ⅳ型（双工位）四大系列，砂型尺寸从420 mm×300 mm到900 mm×700 mm的数十种机型[2]。

AMF-Ⅲ07R自动造型机系垂直造型、水平分型、双面模板、射砂预紧实+模板反压紧实工艺、脱箱自动造型机，具有起模、合模精度高（错偏<0.3 mm），铸型高度、压实比压可选择，可延用的旧模板，模板更换便捷以及有故障显示等特点，特别是组合射砂新技术的应用，改善了铸型成型性能，能合理地填充型砂，铸型质量得到很大提高。

AMF-Ⅲ07R自动造型机是容易下芯的下型工位造型机（下芯不影响生产率），铸型尺寸700×600×180/220/250（mm），造型速度 100 型 /h，压实表面压力0.49～0.98 MPa，每个循环空气消耗量1.7 m3，油压装置动力37 kW，每班型砂用量23～32 t。

1.2 致恒亨特尔配套辅线

天津致恒亨特尔制造的配套辅线其主要设备如下。

（1）砂型输送系统标准单元

组成：标准段机架、导轨、砂型输送台车、套箱、压铁等；

作用：砂型通过造型机推至浇注冷却输送线上，取放套箱、压铁，铁液浇注，铸型冷却直到铸型转移至二次冷却前都在其上，其在整个系统中起到承上启下的作用。

（2）两端台车转运车

组成：转运车底架、转运小车、上下轨道、减速电机、齿轮、推进缸、缓冲缸；

作用：近端台车转运车将空的运模台车从一次冷却段转移到浇注段；远端台车转运车将带着套箱、压铁浇注后的砂型从浇注段转运到一次冷却段。

（3）套箱、压铁移载装置

组成：机架、机械手、升降车、升降油缸、机械手张开气缸、导套、导柱、横向转移油缸、转运车和套箱、压铁清扫机构等；

作用：此装置是使刚上线的砂型由机械手夹放清理后的套箱和压铁，再由另一套机械手将一次冷却完的砂型的套箱和压铁摘除，并移至清理工位进行套箱压铁清理，由加压机构将刚套上的套箱加压定位，机架起支撑作用。

（4）铸型下线机构

组成：机架、下线推缸、导柱、导套、推头、清扫电机、清扫滚刷等；

作用：此机构是将摘去套箱、压铁的砂型，推至二次冷却皮带机上进行无套箱压铁的冷却，同时清扫小车台面。

1.3 PCF-80自动浇注机

何为最佳浇注？我们认为最佳浇注是指人或者浇注设备能够准确地将铁液浇入浇口杯，并且在浇注过程中始终保持浇口杯液面充满，直至浇注结束的浇注过程[3]。

中国铸造界有句老话“三分造型，七分浇注”，可见浇注环节的重要性。浇注系统的优劣直接影响到铸件的质量以及工艺出品率，然而浇注系统的设计好坏与浇注本身无关，但浇注本身却可以通过保证满杯浇注、减小浇冒口尺寸、降低浇口杯液面高度，从而提高工艺出品率，并有效避免冷隔、浇不足等缺陷。

基于以上原理，常柴股份有限公司选择了PCF-80自动浇注机，浇包容量800 kg，21 s内浇注铁液质量为40 kg,采用AC伺服驱动，传感器计量控制，垂直浇注咀，流量门，造型线推进装置处设置编码器，从而实现高精度计量、稳定地控制浇注，与造型线同步浇注等功能。

1.4 砂处理系统

砂处理部分是砂型铸造至关重要的环节之一，其所输出的型砂性能的好坏对铸件质量有较大影响，如起模过程中型腔损坏、夹砂、粘砂、气孔及胀砂等缺陷均与型砂紧实率、湿压强度、含水量、透气性等性能紧密相关[4]。同时，为保证AMF造型线的生产稳定性及其铸件质量，常柴股份有限公司为其配置了独立的砂处理系统。

砂处理系统主要设备有爱立许DEV22混砂机（包含电子称量斗、加水器、型砂性能检测控制系统等）、法迪尔克RFD450双盘搅拌冷却器、八角破碎精细筛、振动输送落砂机、鳞板输送机、螺旋给料机、圆盘给料机、皮带给料机、悬挂磁选机、斗式提升机、料斗、砂处理除尘设备等。

2 铸件缺陷—错型

图2 铸件错型示意图

铸件分置于上砂型和下砂型的两部分，在分型面处相互错开，这种形状差错缺陷称为错型，如图1.a、b所示。以错型值大小来衡量错型的严重程度，超过规定的限制错型值，错型缺陷会导致铸件报废，这种缺陷的特征是分型面以上的上半铸件和分型面以下的下半铸件，在分型面处都有错型值。如果以正确的图样形状为准，如图1.b中所示，则无论是上半铸件，还是下半铸件，都是有盈（突出）和亏（残缺）的错型值。

当用定位销使砂型同模板定位，用合型销使上、下型对准时，由于定位系统磨损或配合公差定得不恰当等原因而使上、下型发生相对位移，导致铸件错型时，此时盈和亏的错型值大致相等，如图1.a所示。如果模样在模底板上的紧固发生松动或分开木模样上的定位木销松动，舂紧型砂时上、下两半木模样已经错位；或分开木模样从舂紧后的砂型中起模时，左右敲打的力大小不同，甚至只是单边敲打。

最后可能是合型后上、下型紧固之前，砂箱受碰撞导致上、下型错位而使铸件错型，但盈和亏的错型值可能不相等，见图1.b，甚至两半铸件还可能有形状的扭歪差错[1]。

3 铸件错型原因分析及对策制订

依据QC小组质量管理方式，我们从“人、机、料、法、环”五个方面进行分析，提出末端原因，并制订了相应的对策。

3.1 “人”的因素

原因：不断有新人入厂工作，及工作场所人员岗位流动，部分人员操作方式有误；

对策：

（1）宣传企业文化，加强员工思想道德建设，提升员工对企业的归属感及责任感；

（2）加强员工教育培训工作，包括岗前培训、技能提升和职称晋升等；

（3）技术部门完善工艺文件制订工作，并于现场增加工艺文件看板，张贴现场作业指导书，要求员工严格按照工艺要求作业；

（4）现场增设管理看板，落实岗位责任人；

（5）要求各班组做好人员管理工作，加强班组建设，营造良好的工作氛围。

3.2 砂箱

原因：砂箱（图3）定位销磨损，砂箱在使用过程中内壁粘着或者砂箱发生翘曲变形等进而导致铸型错型；

图3 砂箱定位销磨损

对策：

（1）砂箱定位销磨损是造成错型最常见的原因，需进行定期检查并及时更换失效的定位销；

（2）定期检查捅头处面板（木制），如发现磨损及时更换，以利于清扫砂箱内壁以及防止碎砂通过浇口杯进入型腔；

（3）周期性检查砂箱使用程度，如失效及时提出。

3.3 台面小车

原因：台面小车走轮磨损、两端耐磨条磨损、限位装置失效等（图4）；

对策：

（1）定期检查台面小车走轮磨损情况，如失效及时更换，避免因小车晃动而致使在放置套箱压铁的过程中导致铸型错型；

（2）定期检查台面小车两端耐磨条，如失效及时更换，避免因耐磨条磨损产生的累计误差，导致在放置压铁、套箱处定位不正确；

图4 台面小车及铸型上线

（3）定期检查铸型上线处限位装置是否有效，如发现问题及时调整，避免因铸型在台面小车上停留位置不正确而引起的错型。

3.4 传递平面及工作面

原因：传递平面或者工作面非水平或垂直；

对策：定期检查，并跟踪实际生产运行情况，发现问题及时调整。

3.5 推送装置及转运车

原因：推送装置运行不到位，或者转运车限位装置失效，套箱压铁转运车及推送油缸见图5；

图5 套箱压铁转运车及推送油缸

对策：

（1）定期检查转运车限位装置是否有效，如失效及时更换；

（2）每日观察液压油缸运行情况以及液压系统压力表读数，如有异常及时查找原因并解决；

（3）定期检查近端推送油缸前端尼龙推块磨损情况，如失效及时更换；

3.6 接模机构

原因：原有接模机构（图6）在接模面板下部仅有一对对角处有两只气缸推送，另外一对对角处缺乏支撑，且接模面板变形；

对策：

（1）定期检查接模面板变形程度，如失效及时更换；

（2）在另外一对对角处增加导向机构，因其为双层面板结构，故采用内导杆在外导杆内部滑动运行方式；

图6 接模机构

3.7 套箱及压铁清扫装置

原因：原有套箱压铁清扫机构是由齿轮、齿条、导轨、走轮、压铁清扫刷、套箱清扫滚刷和清扫气缸组成。通过气缸的推进、缩回控制清扫过程，齿轮、齿条起导向作用，走轮带动滚刷向前转动，此种方式因走轮易磨损，南北方向无定位，导致刮砂面不水平，进而导致压铁套箱清扫不净。

图7 技改后压铁套箱机构

对策：

（1）针对此种情况，我们自主设计技改方案（图7），制作刮刀架，并于两侧放置导杆，使用直线滑动轴承在导杆处滑动，并制作连接板，使刮刀架与轴承座连接，进而实现整体联动。此种方案妥善地解决了原有问题，同时降低了故障率，由原来的每周检修一次，转变为每6个月更换一次导杆，每3个月更换一次刮刀，有效地提高了设备开动率，降低了维修成本；

（2）定期检查套箱内壁清扫机构，如失效及时更换。

3.8 模板

原因：模具设计、模具制作、模具检验、模板固定存在偏差；

对策：

（1）分型面选择必须正确，应使主要加工面与加工基准面在同一个砂型中；

（2）制作金属模具所采用的铸坯如未经时效处理不得进行加工，进而避免加工后变形；

（3）模板加工精度必须符合要求，如平面度、平行度、定位销孔与工作面的垂直度等，同时模板定位销必须定期检查，及时更换；

（4）模具检验人员工作必须认真负责，如发现模具错模需及时提出，同时严格控制模具流转，未经检测合格，不得上线生产；

（5）模板在造型机的固定位置处需保证模板水平，如发现问题及时调整，不得以各种原因得过且过。

3.9 型砂

原因：型砂性能（型砂紧实率、湿压强度、含水量等）是否达标，直接影响到造型质量；

对策：

（1）严格型砂性能检测制度，每盘砂抽样检测必不可少，并记录入册；

（2）原砂入库检验方法如表1[5]：

表1 原砂入库检验方法

（3）辅助材料入库须检测，并同时满足以下技术要求：

①煤粉各组份含量应不低于表2中的要求，且符合JB/T9222的规定；

表2 煤粉各组份含量要求 %

②煤粉的粒度应有95%以上通过0.106 mm的筛孔；

③型砂添加剂的各项指标应符合表3的规定；

表3 型砂添加剂的各项指标规定

④型砂添加剂的粒度应有95%以上通过0.106 mm的筛孔；

⑤石墨粉的各项指标应符合表4的规定；

表4 石墨粉的各项指标规定

⑥石墨的粒度应有90%以上通过0.106 mm的筛孔。

3.10 砂芯

原因：砂芯磨削量过大、砂芯粘结不牢、砂芯组装错位或者芯砂湿压强度过低；

对策：

（1）芯砂必须严格按照工艺文件要求进行检验，如不符合要求及时提出并改正；

（2）要求各班组长严格要求班组成员工作质量，加强对新员工指导力度，同时现场质管人员做好监督工作，保证砂芯质量。

4 实践效果

经本次技术攻关后，我们取得了显著的效果，在此仅选取两个产品（其余产品于2013年度因错边而报废的数量为0）。

图8为ZN390T缸盖2012年度与2013年度错边废品率对比。由图8可以看出，缸盖错边废品率由2012年度的0.212 2%下降到2013年度的0.009 6%。

图9 为 恒 立 导 向 套（D115×d65×136（mm））2012年度与2013年度错边废品率对比。由图9可以看出，导向套错边废品率由2012年度的1.501 4%下降到2013年度的0.000 0%。

图8 ZN390T缸盖2012年度与2013年度错

图9 恒立导向套2012年度与2013年度错边废品率对比示意图

5 结语

本次技术攻关，加深了我们对铸件质量影响因素的认识，思考问题更加系统、全面，同时也让我们发现了自身的不足，无论是维修、操作还是基础管理方面，都需要不断进行完善。

在今后的工作中，我们将更加致力于提高人员素质，加强基础管理，同时将本次技术攻关的策略和方法，更加广泛地应用，以期取得更大的成绩。

[1]陈国桢,肖柯则,姜不居.铸件缺陷和对策手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]李晓明.AMF-Ⅴ系列造型机的新技术特点及应用:A集[C].第八届21省（市、自治区）4市铸造学术年会论文集.湖北:湖北省机械工程学会,2006.

[3]Eric Sjodahl.浇注机常见问题和解决方案[J].铸造纵横,2006（6）:32-35.

[4]陈五一.型砂与铸件质量[J].机械工人,1998（4）.

[5]陈琦.铸造质量检验手册[M].北京:机械工业出版社,2006.

[6]景树昌,王起亮.机械化砂箱造型铸件最大错箱值的控制[J].中国铸造装备与技术,1990（2）.