消失模鑄造簡易生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用（黑區(qū)部分）

許永光，李 明，徐世娜，李紅功

（雙星漯河中原機(jī)械有限公司，河南 漯河 462300）

消失模鑄造生產(chǎn)上一般分為“白區(qū)”、“黃區(qū)”、“黑區(qū)”三個(gè)部分?！鞍讌^(qū)”為制模工部，主要生產(chǎn)設(shè)備有：預(yù)發(fā)泡機(jī)、成型機(jī)、切割機(jī)、黏合機(jī)等；“黃區(qū)”為涂料涂層、烘干工部，主要生產(chǎn)設(shè)備有：涂料制備機(jī)、涂料攪拌機(jī)、模樣浸涂機(jī)、模樣烘干室等；“黑區(qū)”為造型工部、澆注工部、砂處理工部、落砂清理工部，主要生產(chǎn)設(shè)備有：造型震實(shí)臺(tái)、專用砂箱、真空負(fù)壓系統(tǒng)、熔煉澆注設(shè)備、翻箱傾倒設(shè)備、舊砂冷卻回收系統(tǒng)、鑄件清理設(shè)備等。一條完整的消失模鑄造機(jī)械化生產(chǎn)線系統(tǒng)龐大、設(shè)備占地面積大、設(shè)備一次投資費(fèi)用大，針對這個(gè)問題，結(jié)合國內(nèi)眾多鑄造生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際情況，本公司近幾年先后為國內(nèi)國外鑄造生產(chǎn)企業(yè)專門設(shè)計(jì)提供了幾條簡易消失模生產(chǎn)線，現(xiàn)均在線生產(chǎn)，并運(yùn)行良好。

本文以某機(jī)械工程公司1000 t/a 鑄件的消失模生產(chǎn)線為例，簡單介紹消失模鑄造黑區(qū)部分簡易生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)思路，以供國內(nèi)鑄造生產(chǎn)企業(yè)參考、借鑒。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求

1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)

1）年生產(chǎn)鑄鐵、鑄鋼件：約1000 t；

2）鑄件單重：10 kg～200 kg；

3）生產(chǎn)性質(zhì)：多品種、小批量生產(chǎn)；

4）工作制度：單班工作制，每班工作8 h.

1.2 工作條件

1）電源：380 V±15%，50 Hz±2 Hz；

2）水壓：0.2 MPa～0.3 MPa；

3）環(huán)境溫度：-35.8 ℃～39.6 ℃；

4）相對濕度：52%～71%.

1.3 原材料要求

1）原砂：耐火度高、流動(dòng)性好、透氣性好、緊實(shí)性好、粒形好（圓形最好）、灰分小、水分小。（一般鑄造采用石英砂，w（SiO2）≥93%，粒度：30/50 目或40/70 目；含泥量＜0.3%；含水量＜0.3%.）

2）泡沫材料：含碳量少、發(fā)氣量小，材料強(qiáng)度、表面剛性好。在保證泡沫材料表面質(zhì)量，模樣強(qiáng)度的前提下，泡沫密度越小越好（EPS 聚苯乙烯泡沫材料價(jià)格便宜，可滿足一般生產(chǎn)）。

3）涂料：涂掛性、流涂性、附著性好，氣泡少、吸附能力強(qiáng)，耐火度高、高溫透氣性好，涂層強(qiáng)度、剛度好（以選擇專業(yè)生產(chǎn)廠家涂料為好，質(zhì)量、性能穩(wěn)定）。

2 設(shè)備工藝布置與設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備工藝布置

消失模鑄造簡易生產(chǎn)線，生產(chǎn)企業(yè)“白區(qū)”以配套為主，白模實(shí)樣依托于相關(guān)的專業(yè)廠家提供或采用市售泡沫板自行切割粘接而成，白區(qū)部分生產(chǎn)設(shè)備不用采購；“黃區(qū)”涂料由專業(yè)生產(chǎn)廠家提供，涂料質(zhì)量、性能穩(wěn)定，模樣手工刷涂、自然晾干，黃區(qū)部分生產(chǎn)設(shè)備不用采購；“黑區(qū)”部分依托現(xiàn)有廠房設(shè)備，只需稍加改造及簡單采購幾樣消失模鑄造專用設(shè)備即可滿足生產(chǎn)。專用設(shè)備包括一臺(tái)造型震實(shí)臺(tái)，幾個(gè)真空砂箱，一套真空負(fù)壓系統(tǒng)，一套簡易電氣控制系統(tǒng)。設(shè)備工藝布置詳見圖1.

圖1 設(shè)備工藝平面布置簡圖

生產(chǎn)企業(yè)造型用砂采用車間現(xiàn)有40 目～70 目石英砂，造型澆注后舊砂經(jīng)簡單篩分、自然冷卻回收處理即可，無需采購?fù)顿Y大的舊砂回收冷卻系統(tǒng)。

消失模鑄造原材料依托專業(yè)廠家提供或自制，生產(chǎn)設(shè)備以現(xiàn)有廠房設(shè)備為主，最大程度減少專用設(shè)備配置，因此設(shè)備占地面積小，設(shè)備投資少，上馬快。

2.2 真空砂箱

本文介紹消失模鑄造專用真空砂箱是依據(jù)用戶提供鑄件的尺寸大小及形狀設(shè)計(jì)制造，砂箱內(nèi)尺寸：1900 mm×1000 mm×1200 mm. 由砂箱體、起吊吊把、不銹鋼絲網(wǎng)、氣孔板、負(fù)壓抽氣口等組成。

如圖2 所示。

圖2 負(fù)壓砂箱簡圖

砂箱整體型鋼框架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度、剛性好，不易變形，真空抽氣室砂網(wǎng)采用席型金屬絲編織不銹鋼網(wǎng)，耐磨、防銹，同時(shí)砂網(wǎng)便于更換。

真空砂箱設(shè)計(jì)為夾層底抽加兩面?zhèn)瘸槭浇Y(jié)構(gòu)，抽氣室相互貫通，以使真空度上下均勻，砂型強(qiáng)度高，不易塌箱，澆注時(shí)排氣更為通暢。

2.3 真空負(fù)壓系統(tǒng)

消失模鑄造的造型和澆注過程通常是在真空條件下進(jìn)行的，由砂箱和抽真空系統(tǒng)組成一個(gè)封閉系統(tǒng)。

真空負(fù)壓系統(tǒng)由氣水分離箱、真空泵、水洗過濾罐、真空穩(wěn)壓罐、負(fù)壓管道等組成。如圖3 所示。

圖3 真空負(fù)壓系統(tǒng)簡圖

消失模鑄造在澆注時(shí)，為了使砂箱內(nèi)保持一定的真空度，有5 部分氣體需要由真空泵強(qiáng)行抽走：1）存在于砂型型砂顆粒間的空氣；2）泡沫模樣在澆注時(shí)迅速分解氣化產(chǎn)生的大量氣體；3）澆注瞬間由直澆道口帶入砂型內(nèi)的氣體；4）砂箱頂部密封塑料薄膜局部被損而進(jìn)入砂型中的空氣；5）砂箱或管路泄露需要抽走的空氣。因此選擇真空泵的原則是在保證系統(tǒng)一定真空度的情況下，系統(tǒng)抽氣量一定要大。

真空泵是消失模鑄造中最基本的設(shè)備，關(guān)于真空泵可選擇SK 系列水環(huán)真空泵，也可選擇2BE 系列水環(huán)真空泵，2BE 系列真空泵價(jià)格高一些，但運(yùn)行成本低，一些投資充足的企業(yè)可考慮，通常選SK系列真空泵已能滿足生產(chǎn)需要，且價(jià)格較便宜些。

本文介紹真空負(fù)壓系統(tǒng)選用1 臺(tái)SK-20A 型水環(huán)式真空泵（額定功率為37 kW），已能滿足5 套砂箱同時(shí)澆注使用。

2.4 三維震實(shí)臺(tái)

消失模鑄造造型時(shí)型砂一般需要震動(dòng)緊實(shí)，震動(dòng)緊實(shí)最好在填砂過程中進(jìn)行，不僅要求干砂快速到達(dá)模樣各處，充入模樣內(nèi)部空腔，形成足夠的緊實(shí)度，而且在緊實(shí)過程中應(yīng)使模樣變形量最小，以保證澆注后得到輪廓清晰、尺寸精確的鑄件。

目前震實(shí)臺(tái)根據(jù)震動(dòng)模式不同，分為：一維震動(dòng)、二維震動(dòng)、三維震動(dòng)。一般認(rèn)為，消失模鑄造的震動(dòng)緊實(shí)應(yīng)采用高頻低幅的三維震動(dòng)緊實(shí)，振幅在0.2 mm～1.5 mm，震動(dòng)時(shí)間在20 s～60 s，才能完成干砂的充填和緊實(shí)過程。

消失模鑄造三維震實(shí)臺(tái)采用平板形式，基本組成包括：震動(dòng)工作臺(tái)、振動(dòng)電機(jī)、減震底座、復(fù)合彈簧及控制柜等。如圖4 所示。

主要技術(shù)參數(shù)如下：

1）額定負(fù)荷：6000 kg；

2）工作臺(tái)面：2100 mm×1200 mm；

3）工作振幅：0.5 mm～1.0 mm；

4）工作頻率：2870 r·min-1；

5）電機(jī)總功率：6.6 kW.

2.5 電氣控制系統(tǒng)

消失模簡易生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)由控制柜集成控制。

控制系統(tǒng)空氣開關(guān)、交流接觸器、中間繼電器、熱繼電器等均采用國內(nèi)名牌產(chǎn)品，安裝符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，走線安全美觀，線號清晰。

模擬運(yùn)行指示燈，壽命大，光度適宜。所有接線點(diǎn)均采用冷壓接線片，安裝方便，維修簡單。

三維震實(shí)臺(tái)設(shè)獨(dú)立的控制柜，便于現(xiàn)場操作和調(diào)整。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

1）采用消失模鑄造生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量好，廢品率低，廢品率可由原來的5%降至2%左右。

2）采用消失模鑄造生產(chǎn)的鑄件表面光潔，尺寸精度高，可使工件非工作面不再加工，減少機(jī)械加工費(fèi)用。

圖4 三維震實(shí)臺(tái)簡圖

3）采用消失模鑄造生產(chǎn)的鑄件材料消耗成本低，每噸鑄件可降耗5%～10%.

4）消失模鑄造用干砂無黏結(jié)劑，不用再生可循環(huán)使用，大大降低生產(chǎn)成本。

5）采用消失模鑄造生產(chǎn)的鑄件無飛邊、毛刺，鑄件清理工序費(fèi)用低。

6）消失模鑄造工藝操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度低，配置人員少，可大大降低人工成本。

4 結(jié)束語

消失模鑄造簡易生產(chǎn)線，設(shè)備占地面積小，設(shè)備投資在10 多萬元，投資少、上馬快、見效快。鑄造生產(chǎn)企業(yè)“白區(qū)”模樣、“黃區(qū)”涂料可以依托專業(yè)生產(chǎn)廠家提供或自制，以減少龐大的設(shè)備投資。只要鑄造生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自身情況掌握了消失模鑄造生產(chǎn)工藝，就會(huì)帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，使環(huán)保得到大大改善，使“黑色”鑄造變?yōu)椤熬G色”鑄造。

[1]黃天佑，黃乃瑜，呂志剛.消失模鑄造技術(shù)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]黃乃瑜，葉升平，樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制[M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

[3]董秀琦，朱麗娟.消失模鑄造實(shí)用技術(shù)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]華遠(yuǎn)善，華煒.年產(chǎn)3000 t 非定型產(chǎn)品消失模鑄造車間設(shè)計(jì)原則及方案[J］.鑄造設(shè)備與工藝，2012（2）：4-6.