我国铸造装备的创新、智能、绿色发展之路

2020-01-18刘小龙

中国铸造装备与技术 2020年2期

关键词：铸件装备设备

刘小龙

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

1 我国铸造装备现状

1.1 企业数量

我国铸造装备生产企业约有280多家，能够生产静压造型线的只有3～4家[1]，客户认可的国际知名企业和品牌少之又少。

1.2 装备技术

我国铸造装备的技术水平和国外相当，比如造型线的生产率，国外单主机120箱/h，国内同样能够达到，不同的是进口设备故障率可以达到1%左右，国产设备只能在5%～8%。关键设备的关键元器件国内外基本都采用同一个品牌。

1.3 装备质量

我国铸造装备质量参差不齐，可以说部分企业的产品已经接近国际知名品牌的产品质量，但更多的是价廉物不美的产品，比如抛丸机的叶片寿命国外已达1000h以上，而国内多数还在300h左右。由于多方面的因素，某些设备的质量根本无法达到国外装备的质量水平。

1.4 安全措施

国外装备从设计开始就对安全性考虑的很多，一方面是设备安全，另一方面是人员安全，关键设备设置了液压、电气、机械三重保护，同时操作、维修设施非常齐全，而国内装备迫于价格压力更多的是能减则减，比如目前国内电气柜如果不特别指明，带安全锁的很少。

1.5 装备价格

同样规格的设备，进口价一般是国产价的3～4倍，由于激烈的市场竞争和不正确的认识，国内铸造装备价格基本到了成本价，比如一条普通规格的单主机国产静压造型线，一般价格在1200万元左右（包含砂箱、小车），相当于一条比较复杂的进口造型线配套的国产小车、砂箱价格，因此，制造质量就很难保证，售后服务更无从谈起。

1.6 使用寿命

国产设备的使用寿命一般是进口设备的一半或者更少，曾有一个企业使用的高压造型线主机，采用2班工作制，每5年就要更新一次。还有一个企业，其使用的静压造型线不到5年也进行了更换，而进口主机的更换周期至少在10年以上，曾有造型线使用35年了还在运行。

总之，国内铸造装备现状可以用以下四句话概括：

装备企业众多，知名企业极少；

装备技术尚可，质量参差不齐；

安全意识不强，措施不够完善；

价格不尽合理，寿命有待提高。

2 铸造装备的创新、智能、绿色现状

首先看看何谓“智能铸造”。“智能铸造”是信息化与铸造生产高度融合的产物，包括智能铸造技术和智能铸造系统。智能铸造技术包括数值模拟、3D打印、机器人、ERP等；智能铸造系统是具有学习能力的大数据知识库，能够通过对环境信息和自身信息的对比分析而进行自我规划、自我改善。

所有智能工厂都是以智能装备为基础的，比如西门子、ABB、发那科、奥迪、奔驰、宝马、波音、空客等等，绝不是用一个数字化软件设计的工厂就是智能化工厂。

智能装备是指具备感知、分析决策、执行功能的制造装备。

现在各种新的技术基本都应用在铸造装备上了，比如：位移传感器、压力传感器、光学成像系统、光栅、射线技术、RFID、PLC、伺服、无线控制系统、网络技术、远程诊断系统、人脸识别系统等。

笔者认为：我国铸造装备的创新，主要体现在物流装备和环保装备上，对铸造工艺设备的创新不多，主要是改进和完善。下面分工序介绍铸造装备创新、智能、绿色情况。

2.1 熔化装备

目前熔化设备多数采用中频感应电炉，为了安全和扒渣方便，5t/h以上的电炉很多采用了后倾扒渣形式，炉壳要高出炉台600～800mm左右，扒渣采用机器人或机械手扒渣。

加配料系统实现自动化，就连合金料的称量、加入等，也实现自动化[2]。

为了提高球化质量和降低球化剂的加入，开发了喂丝球化装置。适合各种浇注机的铁水自动输送、处理系统也在广泛应用。

为了实现多点熔化，集中分析，设置风动送样装置。

2.2 造型装备

目前造型装备多数都是自动造型生产线，主要有静压造型线、垂直造型线、水平脱箱造型线、消失模造型线、V法造型线等，压铸以机器人为中心组成压铸单元。对于批量小、形状复杂的铸型，也逐渐采用3D打印技术进行生产。

为了获得更好的铸件表面质量，多数造型线设置了机器人喷涂装置，对上、下型腔进行喷涂。

辅机方面：扎气眼逐渐被钻气眼代替。吹气孔、浇冒口自动完成。值得一提的是为了将生产过程中的不良品或试制件及时隔离，个别企业在水平线、垂直线上设置了不良品隔离装置。部分设备厂家将机器人应用到造型线上，承担辅机的功能，还有的将立体仓库作为造型线的冷却道。为了适应多品种快换模板，设置有型板快速顶出装置。

缺乏应用于大批量生产的新的造型方法研究，没有采用造型线闭式润滑系统。

2.3 制芯装备

多数采用制芯中心生产砂芯，生产率可达40～50盒/h，取芯、修芯、组芯、浸涂料、放入托盘等工序全部采用机器人。为了保证砂芯的水分含量较低，不少砂芯立库设置了恒温恒湿装置,并对抽出的气体进行除味处理。

砂芯烘炉的形式各式各样，有卧式和立式，能源有燃气、微波、电等。

2.4 砂处理装备

混砂机基本采用高效转子混砂机，个别采用真空混砂机。混砂质量的控制，均采用在线检测装置。

关键设备和关键部位比如斗式提升机的头尾轮、多角筛的主轴等都设置了轴温检测和报警装置。为了提高混砂质量，应用双轴增湿搅拌装置的企业越来越多。随着劳动力成本的增加，很多企业设置了回砂系统监控装置，以减少人员和减轻劳动强度。

真空混砂机目前国内还没有企业生产，大型双盘冷却器也以进口为主，大型沸腾冷却床的振动和噪声问题还没有解决。

2.5 清理装备

铸件清理多数采取高效专用清理设备，组成清理作业线，实现铸件不落地清理，一般根据铸件种类，为铸件量身定做自动清理单元。

由机器人组成的清理单元越来越多。比如将曲轴切割、平头两个工序整合到一次切割的工序，且将2台切割机、2台曲轴打磨机、一台浇冒口冲断机、输送皮带等串联起来，由一台机器人完成这些设备之间的铸件搬运工作[2]。再比如由机器人夹住铸件到各种动力头上清理的机器人单元应用到各种场合。

根据铸件大小自动调节的伺服控制四面磨削机开始应用。

中小件采用液压机压去飞边、毛刺，并有将多台设备集成的趋势，比如将两台三工位转向节铸件清理机用机器人联系起来，形成自动清理单元。铸件在线检测广泛应用。铸件自动分拣、装箱技术都在研究应用中，但与铸件形状、铸件运输速度、铸件多少等有关，目前某些铸件仍然无法全部识别。

2.6 物流装备

2.6.1 AGV大量应用

目前已经有不少铸造企业采用AGV输送砂芯、模具等。

2.6.2 立体仓库广泛应用

砂芯立体仓库：为了平衡制芯和造型生产率的不匹配，在制芯和造型工序中间设置立体仓库，实现砂芯输送的自动化，且在整个输送过程中砂芯不离托盘。个别生产品种较多的企业，增加砂芯识别系统和智能化管理系统，将制芯到下芯整个工序设置为配送中心。

铸件立体仓库：为了解决多品种小批量生产时，铸件清理设备与造型线产能不匹配的问题，同时提高清理设备的利用率，减少清理设备的台数，使生产更加精益，很多厂家设置了铸件立体库，使各种铸件的清理设备长期均衡生产。

模具立体仓库：为了适应小批量多品种的生产需要，很多企业设置了模具（芯盒）立库。且更换模具时自动送到造型主机处。

2.6.3 回炉料输送系统

为了达到回炉料的洁净度和块度，开发了回炉料经过抛丸、破碎、称量、识别、自动送到炉后相应回炉料料坑的系统。每批料的重量可以通过网络与企业MES系统连接。

2.6.4 铸件自动输送系统

现在很多铸造企业将落砂后的铸件由鳞板或悬链输送到清理工位，并对铸件进行识别分类，整个清理车间按照工序将机械设备串联起来，实现铸件不落地输送。

2.6.5 铁液自动输送

对于铁液的输送，目前有两种自动输送形式：一种是将铁液采用RGV小车空中自动称重和运输，并与电炉、球化处理、浇注机等有机连接，减少中间铁液倒运环节，确保铁液质量。另一种是利用转运车、辊道等将电炉、称重、输送、球化、扒渣、倾倒等工序有机结合的各种地面输送形式。整个系统可与企业MES系统连接。

2.6.6 自动送砂系统

对于生产复杂铸件、砂芯量很多的企业，一般都采用了将芯砂自动输送到制芯机上方需要位置，并自动卸料的装置。

2.7 管理装备

很多企业都有“企业资源计划（ERP）系统”、有线通信系统、计算机网络（Intranet）系统、安全防范系统、有线电视系统、门禁系统、抄表系统等。

为实现生产信息化，所有设备都要求配备信息接口，具备数据采集和传输功能，并能将信息传递到MES系统、ERP系统。

能源管理系统开始应用，并采取计量仪表远传监测。关键设备采用了定期检修提醒或强制维修的技术。

2.8 环保装备

2.8.1 粉尘治理装备

电炉是一个主要扬尘点，为了有效收集烟气，目前多数企业采用龙卷风式吸尘罩，可有效收集烟气，同时在电炉出铁液处的上空增加顶吸罩或旋转式吸尘罩，吸取出铁时的烟气，然后经除尘器净化后排放。

改变冲入法球化工艺，选用喂丝球化工艺，提高球化质量，同时球化过程处于定点密封状态（包内包外两道密封），减少弧光和粉尘的污染，粉尘收集经除尘器处理后达标排放。

对于铁液输送路线中烟气的散发，也都设置吸烟罩，对烟气收集处理。

冷却段的前三分之一烟气经过除尘器除尘后达标排放。

对于落砂机、清理打磨、砂处理等工序，都设置了密闭的抽风罩和完善的除尘装置。且将厂区所有除尘灰发送到一点，在密闭环境下卸灰。

2.8.2 废砂治理装备

废砂再生或在线再生广泛应用。

2.8.3 气味处理装备

对热芯机产生的气味、三乙胺气味、砂芯立库散发的气味等进行处理的企业越来越多。现场往往是喷淋、活性炭吸附、低温等离子、光催化、加药等多种处理方式联合。采用吸附脱附+蓄热燃烧工艺的还很少。

2.8.4 噪声控制装备

将产生噪声最大的落砂机布置在冷却通廊内，减少造型跨噪声污染，改善操作工工作环境。如果必须按传统形式将落砂机布在置造型跨，通常也将落砂机单独隔离，且四周做吸音处理。

对于除尘的风机，用隔音房隔离，起到降噪的作用。

连续通过式抛丸机的进出口处，通常也设置隔音装置，有效吸收抛丸机和振动槽的噪声。

2.8.5 环境改善装备

铸造车间高温环境较多，为了改善工人的劳动环境，设计时除了考虑自然通风、机械通风外，还考虑了夏季送冷风系统，送风温度22℃。

将原砂、粘土、煤粉用罐车直接向车间封闭压送，减少环境污染；现在多数厂家在厂区设立了一个或多个粉料库，大型罐车将物料拉来后直接压送到料仓里边，需要时用料仓下边的压送装置直接压送到用料点。

高负压吸尘系统广泛应用于铸造车间和砂处理工部。

2.9 节能装备

2.9.1 余热退火

改变传统连续式退火炉布置形式，落砂后铸件直接进退火炉，利用铸件的余热进行退火。还有厂家把退火炉的排烟余热引入落砂机除尘系统中，既消除了除尘器布袋结露现象又节约了能源。

2.9.2 电炉冷却水余热

有的工厂利用电炉循环水出水余热经热交换后作为洗澡水热源，从而起到节能的效果。

2.9.3 空压站余热利用

更多厂家将空压机的余热收集起来，经热交换后，用于加热供职工洗澡。

通过以上介绍，可以看出我国铸造装备的现状可以如下总结：

各种新的技术，逐渐应用铸造；

装备创新不断，缺乏核心创新；

部分智能装备，应用效果不错；

绿色还很遥远，仍需共同努力。

3 铸造装备发展之路

我国铸造装备应该做好“规、新、专”三个字。

3.1 规

所谓规就是：规划、规矩、规模。

规划：作为一个铸造大国，要对铸造装备的发展有一个系统的规划。对各种造型方式的装备生产企业要有重点的培养几个国际一流的企业。

规矩：铸造行业要有一定的规矩，要避免无序、低水平竞争。要制定相关铸造装备的技术、安全、质量等标准，限定不具备条件的产品不能进行销售，关停一批既没有人才、也没有生产设备，只会生产低劣产品的铸造装备企业。在此建议我国铸造企业要用客观、公正的观点对待我国的铸造装备，要对国产铸造装备有信心，要给国产铸造装备的发展提高提供机会，在设备招标和谈判时，不要价格一压再压，条件苛刻再苛刻，请相信“一分价钱一分货”是千古不变的真理，事实证明“价廉物肯定不美”。同时铸造装备生产企业要讲诚信，要提高质量，要公平竞争。

规模：各铸造装备企业要有一定的规模，体系健全，专业人员数量足够，生产装备完善。