大型发动机缸体铸件清理工艺概述

刘 跃，韩 强，时 晓

（潍柴重机股份有限公司 大缸径清理线，山东潍坊 261001）

现阶段体积、重量较低铸件的清理已有较高自动化的生产线，铸件清理效率、清理质量得到提高，同时清理车间工作环境也得到较大改善。与小型铸件相比，大型发动机缸体铸件由于结构复杂，体积、重量均较大，大型发动机缸体铸件的不落地自动化清理工艺一直难以实现。但是目前为提高大型发动机缸体的清理效率与工人的工作环境，大型发动机缸体的清理工艺大部分已实现自动化或机械化。

清理作为铸件出厂的最后一道工艺，负责将铸件表面飞边、毛刺、粘砂等铸造缺陷进行修整，并对铸件进行喷漆使其具有一定防锈能力，具体清理工艺如图1 所示。鉴于目前鲜有针对大型发动机缸体的清理工艺相关介绍，本文将针对大型发动机缸体涉及的打箱、粗清、抛丸、细清进行概述，希望可以为相关人员提供参考。

图1 清理工艺

1 打箱工艺

1.1 打箱流程

打箱顾名思义就是将砂子从砂箱中清理出来。具体操作过程是当发动机缸体在铸型中冷却到一定温度，将铸型放到落砂机上进行打箱。清理出的砂子会经输送皮带运送至砂再生设备对砂子进行破碎、磁选、再生、风选、冷却降温等。由于落砂机运转过程中震动大、噪音大、粉尘多，所以打箱现场是整个清理车间乃至铸造厂中环境最为恶劣的场所,为减少这些危害，打箱时砂箱在半封闭空间震动落砂并配合相应的排尘、通风设施，如图1 所示。打箱需要注意的事项包括以下几方面：

（1）为防止对铸件造成损伤，铸件不能在落砂机上进行落砂；

（2）铸型未冷却到一定温度，打箱会造成机体损伤；

（3）严禁将空砂箱放置在落砂机震动，防止砂箱尺寸变化。

1.2 打箱设备

对于设备方面，铸造生产所用的振动落砂机虽然品种繁多，但按其激振方式可分为三类：惯性振动落砂机、偏心振动落砂机和冲击振动落砂机。惯性振动落砂机是80 年代以来应用最广泛的一种落砂机。近些年又开发出了固定式双质体振动落砂机、输送式双质体振动落砂机、较长距离输送式双质体振动落砂机、振鼓式双质体振动落砂机等诸多系列[1]。其中双质体振动落砂机是近年来发展应用较多的一种新型振动落砂机。与单质体落砂机相比，具有适应铸件吨位大、振动噪音低、振动幅度相对稳定的特点。目前最大吨位双质体振动落砂机有效载荷可达60t[2]。

图2 打箱现场

2 粗清工艺

机体打箱之后，机体表面还存在冒口、披缝、砂子等，并且由于大型发动机机体结构复杂难以实现自动化粗清，此时则需要人工清理。针对尺寸较大的冒口、浇注系统，操作者使用等离子切割机、气动破碎锤等（如图3a，b 所示）设备去除，可有效减轻操作者的劳动强度并提高生产效率。针对粗清后铸件表面铸砂残留较多问题，则采用振芯机（如图3c 所示）进行去除。但是对于尺寸较小披缝、浇注系统仍使用人工抡大锤方式进行清理。铸件粗清之后，披缝、浇冒口还存有一定残留高度，这需要细清时去除。此外，粗清虽可去除大部分铸砂，但是铸件表面还有一定厚度铸砂残留，这需要在抛丸过程中进一步清除。

图3 粗清工具

与打箱相比，粗清噪声、震动明显降低，但依然存在大量粉尘。粗清工序自动化难以实现，可沿粗清操作工位设置上吸式侧吸罩，对粉尘进行净化，含尘气体经除尘器净化后排入大气[3]。

3 抛丸工艺

抛丸是指利用高速运动的钢丸的冲击力除去零件表面的锈蚀物,从而得到干净的金属表面的一种物理方法[4]。抛丸可进行除锈、除漆、清理表面铸砂等，使铸件表面具有光亮的金属光泽。有研究表明[5]，钢丸粒度及钢丸抛射速度对铸件表面粗糙度均有影响，钢丸粒度、抛射速度越大，铸件表面粗糙度越高。需要注意的是，铸件表面粗糙度会对铸件喷漆后的耐蚀产生影响，粗糙度越大，铸件耐蚀性越差。抛丸对于机体外表面以及大孔径内腔清理效果较好，而对于半封闭式狭长内腔（如水道），喷丸的效果会更好。

关于抛丸设备方面，根据工件形状及尺寸特点可将其分为滚筒式、履带式、转台式、台车式、吊钩式、吊链式、吊链转盘式、摇床式、机械手式、鼠笼式、辊道输送式和组合式等。最常用的抛丸清理设备有履带式抛丸清理机、吊钩式抛丸清理机、悬链式抛丸清理机和辊道输送式抛丸清理机[6，7]。

4 细清工艺

细清的作用是使机体表面及内腔平整，无明显突起，同时细清阶段也负责对铸造缺陷的反馈，及时对缺陷进行修复。铸件细清传统方式是人工使用风铲、砂轮机、角磨机等工具修整铸件表面。这种清理方式，操作者劳动强度大，工作效率较低，且长时间处于恶劣的工作环境，患职业病的风险也随之增加。为避免上述不足以及降低人工成本，机器人工作站（如图4 所示）可有效解决上述问题。机器人工作站就是由1 台或多台机器人配备工装夹具，用控制系统组成的打磨工作站，俗称机器人切割打磨设备，生产效率远远高于人工清理。由于老龄化人口增加，并且新一代劳动力受教育程度较高，不愿意从事劳动强度大、环境脏乱差的工作，造成用工荒，所以未来大型发动机缸体细清自动化将成为发展趋势。

图4 机器人打磨

5 展望

现阶段，大型发动机缸体铸件的不落地自动化清理工艺较难实现，但是针对各个工序的自动化清理设备早已投向市场，可对铸件外表面披缝、高点进行清理，但是内腔的脉纹，铸件曲面处的粘砂仍然需要人工清理，相信很长一段时间内大型发动机缸体铸件的清理方式将会是人工与机械化设备相结合。另一方面，由于铸件清理现场环境恶劣，将来必定会面临用工难的问题，将来有望实现不落地自动化清理工艺，以提高工作效率，并减少恶劣工作环境对操作者造成的伤害。