智能化消失模造型線

付鵬飛

（蘇州蘇鑄成套裝備制造有限公司研究所，江蘇蘇州 215000）

消失模鑄造又稱干砂實型負壓鑄造，國外稱之為E P C，是目前世界上最先進的鑄造工藝之一，國內(nèi)外稱之為21世紀的綠色鑄造。

由于消失模不需要分型和下芯子，所以特別適用于幾何形狀復雜、傳統(tǒng)鑄造難以完成的箱體類、殼體類鑄件、筒管類鑄件；同時消除了因制芯、下芯、造型、合箱引起的鑄造缺陷；該鑄造工藝用干砂埋模型，型砂可反復使用，工業(yè)垃圾少，成本明顯降低；本工藝鑄造沒有飛邊毛刺，后續(xù)清理工時可以減少80%以上。由于消失模鑄造的諸多優(yōu)點受到了鑄造企業(yè)的青睞。

消失模鑄造生產(chǎn)線可以一線多用，不僅可以做鑄鐵、球鐵、還可以同時做鑄鋼件，所以轉項靈活，適用范圍廣；本工藝鑄造不僅適用于批量大的鑄造件進行機械化操作，也適用于批量小的產(chǎn)品手工拼接模型。消失模工藝如果投資到位，可實現(xiàn)空中無塵，地面無砂，勞動強度低，作業(yè)環(huán)境好。消失模鑄造如果用負壓澆注，更有利于液體金屬的充型和補縮，可提高鑄件的組織致密度。

1 消失模自動造型線及布置圖

該生產(chǎn)線為一條全自動消失模黑區(qū)生產(chǎn)線，造型線布置如圖1所示。通過預先輸入的程序，除人工放入模束外，可以自動運行，設計生產(chǎn)率為4箱/h～5箱/h，所有箱在輥道上的運行速度為0.15 m/s，當然實際的生產(chǎn)效率還取決于工藝過程例如抽真空和振實的時間。

生產(chǎn)線采用開放式布線，共配置三條冷卻道，每條道17個砂箱，實際生產(chǎn)時可以根據(jù)鑄件的冷卻時間選擇不同數(shù)量的冷卻道，例如鑄件的冷卻時間如果短至3 h左右，就可以只選取一條冷卻道。

采用液壓傳動與電氣傳動相結合的方式，例如要求推力較大的冷卻線采用液壓傳動，前排輸送輥道采用比較靈活的機動輥道，推送油缸采用比例閥控制，而機動輥道采用交流變頻調(diào)速。

控制系統(tǒng)采用當今最新控制技術，集中控制與分散控制相結合，全線采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時快速傳輸，并且通過因特網(wǎng)實現(xiàn)遠程診斷；本線具有完備的故障報警系統(tǒng)，可以在界面上顯示故障信息，以幫助快速排除設備故障。

2 消失模生產(chǎn)線主要技術參數(shù)

設計生產(chǎn)率：5箱/h；

運行節(jié)拍：12 min；

機動輥道運行速度：0.15 m/s（變頻調(diào)速）；

輥道上面標高：+500 mm；

液壓系統(tǒng)工作壓力：10 MPa；

液壓站平均輸出流量：300 L/min；

有效澆注工位：5個；

砂箱節(jié)距：2300mm，總高度：1460mm，底板寬度：1750 mm；

單箱最大鑄件重量（含澆注系統(tǒng)）1800 kg.

公用系統(tǒng)：

電安裝容量：350 kW，三相五線制。

壓縮空氣耗量：15 Nm3/h，進口壓力：≥0.6 MPa.

3 造型線工藝流程

消失模生產(chǎn)線的主要工藝流程如下：冷卻完畢的砂箱通過轉運車輸送到前排輥道，首先進入翻箱機，提升機構提起砂箱移到擺桿輸送機側邊，然后翻轉機構將砂箱翻轉倒出鑄件，最后空箱返回輥道。然后依次進入振實預填砂，放入模束，加砂振實，放置澆冒口，澆注并同時抽真空，抽真空時間根據(jù)工藝要求可調(diào)，澆注完畢的鑄件經(jīng)轉運車送入冷卻道冷卻，平面布置圖如圖1.

本消失模生產(chǎn)線主要由下列設備構成，設備的工作原理及結構簡述如下：

1）本線共設三條冷卻段，每條17個砂箱，在平均生產(chǎn)率每小時5箱的情況下，每股道的冷卻時間為3.5 h，使用3股道可達10.5 h.為確保設備的剛性，該部分輥道全部采用長輥軸，邊輥架采用焊接矩形鋼管，軸承采用帶座球面軸承。為防止砂箱從輥道端部脫落，在輥道線的兩端，分別設有機械及液壓限位裝置。輥道上平面標高+500 mm.

2）輥道線的兩端設有轉運車用來擺渡砂箱，轉運車采用變頻電機移動，為確保轉運車輥道與冷卻段輥道的準確對接，杜絕砂箱在冷卻輥道翻箱，專門設有氣動限位裝置和安全開關。推送油缸采用比例閥控制，鉸接在車體上，當推送缸工作時，反作用力使油缸克服柔性彈簧力后退2 mm～3 mm頂進在基礎上，從而避免車體受力。轉運車上同時裝有機動輥道來承接砂箱，該機動輥道的傳動通過電磁離合器控制，在冷卻段，電磁離合器得電，輥道電機不工作，輥道處于自由狀態(tài)，砂箱在液壓缸的驅動下進入下一工位；當轉運車處于澆注段輥道是，電磁離合器失電，輥道電機工作，砂箱在電機的驅動下進入下一工位。

3）翻箱機是用來將鑄件和砂子倒入擺桿輸送機的，由于砂箱較大，采用移動式翻箱機，及冷卻后的砂箱進入到翻箱工位，機械手抱起砂箱，移動到擺桿輸送機上方，翻箱倒鑄件及砂子，然后在返回原位，放置空箱。

4）前排輥道全部采用機動輥道，每個砂箱位置一段，共17段（其中一段包含在振實臺內(nèi)），輥道設計速度為0.15 m/s.全部采用變頻調(diào)速，電機采用SE W的變頻一體機。

5）加砂預振實機構，空砂箱進入該工位后，雨淋預加砂機構接到信號，開始加砂，同時啟動預振實機構。

6）雨淋加砂器與三維振實臺，放置模束后的砂箱進入該工位，雨淋預加砂機構接到信號，開始加砂，同時啟動三維振實臺。雨淋加砂機構主要有上加砂蝶閥，伺服控制的料位機構，根據(jù)鑄件大小可任意調(diào)節(jié)加砂量，雙級缸控制加砂閘板機構（可根據(jù)工藝要求實現(xiàn)快慢速加砂）等組成；振實臺主要由伺服振動電機控制的振動機構（此機構根據(jù)編碼器的位置來調(diào)節(jié)振動方向實現(xiàn)三維振實）、機架、氣囊氣缸、液壓夾緊機構、潤滑系統(tǒng)，電機風冷系統(tǒng)組成，實現(xiàn)雨淋加砂及三維振實。

圖1 平面布置圖

7）真空系統(tǒng)，本線配備五個澆注工位，五套真空裝置，真空泵組兩套，一用一備；管路系統(tǒng)配備有除塵裝置，真空罐，真空濾氣裝置等，通過信號交換實現(xiàn)自動真空狀態(tài)下澆注。

8）澆注系統(tǒng)配備2 t智能澆注機，該澆注機由扇形澆注包、伺服傾轉機構、縱移車及軌道系統(tǒng)、橫移機構、控制及操作系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、電纜裝置、隨流孕育系統(tǒng)等組成；澆注機由PLC控制，配有伺服控制器，操作臺上除設有按鈕及伺服操縱手柄之外，尚有人機界面，可以設定和顯示各運行參數(shù)，監(jiān)控運行狀態(tài)，故障報警，編制和修改程序；電控箱和駕駛室分別配備空調(diào)，本機具有縱移、橫移及傾轉澆注三個運動自由度。

9）線上采用集中液壓站，分散閥塊，閥塊隨機布置，液壓站采用兩組德國丹尼遜葉片泵，在萬一一臺泵出故障時可以降低節(jié)拍維持生產(chǎn)。液壓站設有專門的循環(huán)泵，用來加油排油和循環(huán)冷卻。為減少接管和避免油水混合，系統(tǒng)采用風冷卻器替代水冷卻器。液壓站還配置4組皮囊式蓄能器，用來平衡流量和保壓。

10）全線由PLC控制，通過Profinet組成局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交換，通過上位機可以直接與因特網(wǎng)或工廠ERP系統(tǒng)相連，實現(xiàn)自動化與智能化目標。設計上采用了先進且成熟的控制技術，例如比例控制技術，現(xiàn)場總線技術，集成閥島技術，接近開關，數(shù)字式傳感器及變送器等。在主控臺及機旁箱設有人機界面，用來修改參數(shù)，發(fā)布信息，人工操作。線上設有完備的故障報警系統(tǒng)，用來幫助快速排除故障。

4 結束語

消失模造型線綠色環(huán)保，投資少，維護成本低，適用廣，柔性生產(chǎn)，它是鑄造行業(yè)發(fā)展的方向，也是我們產(chǎn)品研究和開發(fā)的一部分。

［1］章舟.消失模鑄造生產(chǎn)實用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

［2］黃天佑.消失模鑄造技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

［3］章舟.消失模生產(chǎn)及應用實例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.