年產(chǎn)3萬噸汽車底盤鑄件的車間設(shè)計(jì)

李東明，劉崇智（.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 3003；.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 06605）

年產(chǎn)3萬噸汽車底盤鑄件的車間設(shè)計(jì)

李東明1，劉崇智2
（1.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113；2.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205）

介紹了年產(chǎn)3萬噸汽車底盤鑄件的車間設(shè)計(jì)過程。熔化設(shè)計(jì)采用2套5 t中頻無芯感應(yīng)電爐，造型采用2條水平脫箱造型線，配套120 t砂處理系統(tǒng)，制芯采用冷芯和熱芯相結(jié)合工藝，同時(shí)對(duì)清理流程進(jìn)行了說明。車間工藝布局合理，物流順暢，建成投產(chǎn)后，生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好。

車間設(shè)計(jì)；脫箱造型線；設(shè)備選型；工藝流程

0 引言

某企業(yè)由于近年來汽車鑄件需求量增加的需要，委托我公司進(jìn)行年產(chǎn)3萬噸汽車鑄件的車間設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)介紹了該車間的工藝設(shè)備選型及工藝流程、工藝布局，以供同行參考。

1 產(chǎn)品及生產(chǎn)綱領(lǐng)

該車間主要生產(chǎn)制動(dòng)蹄、支架、軸承座等汽車鑄件，材質(zhì)為QT450、QT600，鑄件單件毛坯質(zhì)量5.6～29 kg，年產(chǎn)量數(shù)量合計(jì)12萬件，年產(chǎn)鑄件總質(zhì)量約3萬噸。

本次車間設(shè)計(jì)采用三班工作制。每周工作5天，全年共工作250天。第一、二班每班工作8小時(shí)，第三班工作6.5小時(shí)。設(shè)備年時(shí)基數(shù)5 010小時(shí)；工人年時(shí)基數(shù)：第一班、二班為1 780小時(shí)，第三班為1 450小時(shí)。

2 主要工藝說明

2.1 造型

造型工藝的確定是造型工部設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響鑄件品質(zhì)、車間工藝水平、車間工作條件和綜合經(jīng)濟(jì)效益等[1]。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)性質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模，為滿足鑄件的品質(zhì)、尺寸精度要求，本項(xiàng)目采用2條水平分型脫箱造型線，砂胎尺寸確定為700×600×（180～250）/（180～250）mm，鑄件按1～4件/型布置，年造型綱領(lǐng)為1 150 000型，造型廢品率2%，鑄件廢品率5%，設(shè)備年時(shí)基數(shù)5 010小時(shí)，考慮設(shè)備開動(dòng)率75%，每條造型線的需要生產(chǎn)率為1 150 000×1.05×1.02/（5 010×2×0.75）≈163型/小時(shí)。

選用設(shè)計(jì)生產(chǎn)率180型/小時(shí)（含下芯）的脫箱造型線2條。造型主機(jī)由兩只上箱、兩只下箱構(gòu)成，循環(huán)周期20秒，采用技術(shù)先進(jìn)的垂直向下射砂的加砂、壓實(shí)方式，水平向起模、合型、澆注。配備底注式自動(dòng)澆注機(jī)進(jìn)行澆注，澆包1.5 t（有效容量1.1 t），帶有隨流孕育裝置；在線冷卻時(shí)間約90分鐘，澆注后的套箱冷卻輸送線設(shè)封閉的頂吸罩，通過離心通風(fēng)機(jī)收集后高空排放，套箱脫箱后采用皮帶輸送冷卻；砂胎從皮帶端部進(jìn)入振動(dòng)輸送機(jī)，振動(dòng)破碎然后進(jìn)入落砂冷卻滾筒進(jìn)行冷卻、落砂，舊砂通過地溝內(nèi)的帶式輸送機(jī)收集后進(jìn)入砂處理工部，鑄件則從滾筒轉(zhuǎn)卸到鱗板輸送機(jī)進(jìn)入清理工部。

圖1 造型工藝流程圖

2.2 熔化

熔化采用中頻無芯感應(yīng)電爐熔煉工藝。

根據(jù)企業(yè)提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，綜合廢品率按5%計(jì)算，球鐵件工藝出品率按75%計(jì)算，金屬液需要量的不平衡系數(shù)取1.2[1],根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)30 000噸/年，設(shè)備年時(shí)基數(shù)5 010小時(shí)，計(jì)算小時(shí)鐵液需求量為約10 t/h。設(shè)計(jì)選用2套5t/h中頻無芯感應(yīng)電爐熔煉鐵液，電爐為雙爐體、雙供電、功率3 500 kW/套，獲得高溫、優(yōu)質(zhì)鐵液。每個(gè)電爐爐體自帶有煙氣除塵罩，每套電爐設(shè)1套除塵系統(tǒng)、1套電源冷卻塔（閉式）、1套爐體冷卻塔（閉式）。

電爐配備1套電爐自動(dòng)加配料系統(tǒng)，采用電磁橋式起重機(jī)和電磁吸盤，按設(shè)定的料單從爐后吸取爐料，分別加入振動(dòng)輸送加料車（有效裝載量3 t），每個(gè)爐體對(duì)應(yīng)1臺(tái)加料車，通過加料車將爐料加入電爐內(nèi)。合金和增碳劑等輔料由人工稱量后加入。

鐵液球化處理采用“沖入法”，爐前設(shè)有快速分析室，檢測(cè)采用直讀光譜儀、碳硫分析儀和熱分析儀及其他一些常規(guī)檢驗(yàn)裝置，以調(diào)整和控制鐵液品質(zhì)。

圖2 熔化工藝流程圖

2.3 砂處理

根據(jù)造型線的規(guī)格，型砂密度按1.5 g/cm3考慮，每條造型線小時(shí)最大型砂需求量為700×600×（360～500）×1.5×180÷109≈41～56.7（t/h）。設(shè)計(jì)兩條線共用1套120 t/h的砂處理系統(tǒng)，其中混砂系統(tǒng)為兩個(gè)60 t/h混砂單元。

落砂后的舊砂經(jīng)過三級(jí)磁選，通過斗式提升機(jī)進(jìn)入精細(xì)六角篩篩分，篩分后通過膠帶給料機(jī)可以選擇進(jìn)入1臺(tái)120 t/h的沸騰冷卻床冷卻，也可以直接進(jìn)入斗提機(jī)，再經(jīng)皮帶機(jī)、卸料器，進(jìn)入舊砂庫，舊砂庫設(shè)置4個(gè)120 t的舊砂中間斗緩存舊砂；舊砂庫的舊砂經(jīng)圓盤給料機(jī)、皮帶、斗提機(jī)等分別卸入兩套混砂機(jī)單元上方的舊砂斗中；在舊砂庫與沸騰冷卻床之間位置設(shè)有新砂斗，為砂處理系統(tǒng)補(bǔ)充新砂。

混砂單元的舊砂是經(jīng)過砂秤稱量后加入，輔料則是通過氣力輸送系統(tǒng)從輔料發(fā)送間發(fā)送至混砂機(jī)上方的各個(gè)輔料斗中，經(jīng)螺旋給料機(jī)進(jìn)入輔料秤自動(dòng)稱量后加入；水是通過水定量裝置自動(dòng)稱量/計(jì)量后加入?；焐皺C(jī)單元設(shè)有在線檢測(cè)，合格的型砂通過圓盤給料機(jī)、帶式輸送機(jī)送至造型主機(jī)上方的型砂斗，供造型使用；不合格的型砂則通過卸料器排至造型主機(jī)下方的廢砂收集皮帶，再通過斗提機(jī)排到造型線的冷卻輸送皮帶上，經(jīng)落砂回到砂處理系統(tǒng)。

砂處理系統(tǒng)采用三套離線脈沖反吹除塵系統(tǒng)，落砂除塵系統(tǒng)的除塵風(fēng)量為67 000 m3/h，沸騰冷卻床除塵系統(tǒng)風(fēng)量為43 000 m3/h，砂處理除塵系統(tǒng)風(fēng)量為94 000 m3/h；為防止除塵管路“結(jié)露”，設(shè)有2套管道加熱系統(tǒng)，落砂除塵系統(tǒng)1套，沸騰冷卻床除塵系統(tǒng)1套。

砂處理系統(tǒng)采用“一”字型塔式結(jié)構(gòu)布置，設(shè)有集中控制室，采用“PLC+工控機(jī)”的組合方式，具備手動(dòng)控制功能、自動(dòng)控制及上位機(jī)管理功能。

圖3 砂處理工藝流程圖

2.4 制芯

型芯品質(zhì)，對(duì)鑄件質(zhì)量的好壞影響非常大，甚至超過鑄型對(duì)鑄件的影響。覆膜砂熱芯盒工藝制作的型芯耗砂量少、質(zhì)量輕、排氣性好、吸濕性低且便于存放，采用的覆膜砂流動(dòng)性好、利于成型,但生產(chǎn)率低，覆膜砂的成本較高、能耗大。冷芯盒工藝是一種高效制芯工藝，與熱芯盒比較，具有高效、節(jié)能、勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)。

根據(jù)產(chǎn)品砂芯特點(diǎn)及造型能力需要，本項(xiàng)目制芯采用冷芯盒與熱芯盒相結(jié)合的制芯工藝，選用4臺(tái)25 L冷芯盒射芯機(jī)、2臺(tái)25 kg熱芯盒射芯機(jī)。冷芯機(jī)配備新砂發(fā)送系統(tǒng)、混送砂系統(tǒng)、樹脂自動(dòng)泵送系統(tǒng)、三乙胺供胺系統(tǒng)、三乙胺尾氣處理系統(tǒng)，人工取芯放到轉(zhuǎn)運(yùn)車上存放，需要浸涂料的砂芯，運(yùn)至上涂料工位，涂掛后放到通過式燃?xì)獗砀蔂t進(jìn)行烘干，烘干后的砂芯仍通過轉(zhuǎn)運(yùn)小車存儲(chǔ)并輸送至造型線下芯區(qū)；熱芯機(jī)采用全自動(dòng)射芯機(jī)，垂直分型，動(dòng)模開模后能向上90 °傾轉(zhuǎn)，向上頂出砂芯，人工取芯后通過砂芯小車儲(chǔ)存轉(zhuǎn)運(yùn)。

冷芯機(jī)制芯生產(chǎn)過程產(chǎn)生的三乙胺尾氣，通過三乙胺尾氣凈化系統(tǒng)的氣砂分離、稀磷酸噴霧中和、脫液過程高效凈化后高空排放，凈化效率99%以上，滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求；熱芯機(jī)制芯生產(chǎn)過程中煙氣，通過頂吸罩、側(cè)吸罩及通風(fēng)管道收集后，經(jīng)離心通風(fēng)機(jī)高空排放，車間環(huán)境得到改善。

圖4 制芯工藝流程圖

2.5 清理

從滾筒出來的鑄件，通過鱗板輸送機(jī)輸送，并在鱗板輸送機(jī)輸送線路上架設(shè)安裝液壓鉗，用于鑄件澆冒口的分離，分離后的冒口通過鱗板輸送機(jī)直接進(jìn)入爐后的料坑回用，鑄件則由人工操作輕型懸掛起重機(jī)轉(zhuǎn)放到另外一條板式輸送機(jī)上，在板式輸送機(jī)端部裝框。

設(shè)2臺(tái)吊鉤拋丸清理機(jī)、2臺(tái)履帶式拋丸清理機(jī)用于鑄件的拋丸處理，拋丸后的鑄件轉(zhuǎn)運(yùn)至打磨區(qū)，人工使用立式雙頭砂輪機(jī)進(jìn)行打磨（自帶除塵器），打磨后轉(zhuǎn)運(yùn)至鑄件涂裝線上涂料，經(jīng)吹灰、浸涂、流平、烘干、強(qiáng)冷工序處理后下線裝框，進(jìn)入成品庫。

人工打磨清理區(qū)設(shè)有廢砂收集系統(tǒng)，收集清理產(chǎn)生的廢砂集中到室外的廢砂斗中，定期運(yùn)出場(chǎng)外再生。

圖5 清理工藝流程圖

3 車間工藝布置設(shè)計(jì)

車間工藝平面布置圖見圖6所示。車間整體布局采用縱橫跨的布置形式，車間各工序集中布置，設(shè)置有熔化、造型、砂處理、制芯、清理以及成品庫，整體布局緊湊，物流簡捷、順暢。設(shè)計(jì)以造型線為核心，將2條脫箱造型線布置在一個(gè)27 m跨內(nèi)，熔化爐前區(qū)域也設(shè)置在造型跨內(nèi)，便于鐵液的輸送；爐后跨設(shè)在造型北側(cè)18 m跨內(nèi)，砂處理設(shè)在造型南側(cè)一個(gè)12 m跨內(nèi)；制芯設(shè)在車間西側(cè)一個(gè)30 m跨內(nèi)，清理穿插利用爐后、造型、砂處理東側(cè)端部空間，成品庫設(shè)在車間東側(cè)一個(gè)24 m跨內(nèi)。

車間周邊就近貼建生產(chǎn)輔房及公用站房，利用車間周邊綠化帶放置除塵器、冷卻塔、通風(fēng)風(fēng)機(jī)等工藝公用設(shè)施。車間總建筑面積約10 987 m2,車間全長181 m、寬57 m，主體采用全鋼結(jié)構(gòu)，其他車間輔房采用混凝土結(jié)構(gòu)。

圖6 車間工藝平面布置圖

4 結(jié)語

合理的設(shè)備選型及車間布置，不僅可以獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品，而且可以有效利用土地，減少投資成本；高效、簡捷的物流設(shè)計(jì)，可以有效提升生產(chǎn)效率，減少運(yùn)行成本，為企業(yè)創(chuàng)造更好的效益。該項(xiàng)目自投產(chǎn)以來，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，設(shè)備布置合理、物流順暢，鑄件品質(zhì)、產(chǎn)能均達(dá)到了企業(yè)要求的目標(biāo)。

[1] 鑄造車間和工廠設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編.鑄造車間和工廠設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995：39-40.

[2] 張建華，鑄造車間主要工部能力計(jì)算[J].中國鑄造裝備與技術(shù), 2013(2).

[3] 余博,劉小龍,任興武,等. 年產(chǎn)10萬噸發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件車間設(shè)計(jì)[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2015(2).

業(yè)界資訊 Information

第十屆廣州國際模具展覽會(huì)圓滿閉幕

第十屆廣州國際模具展覽會(huì)(Asiamold)圓滿結(jié)束，迎來破紀(jì)錄的入場(chǎng)人數(shù)，同期高峰論壇和研討活動(dòng)提供行業(yè)實(shí)用資訊、促進(jìn)商貿(mào)交流，大會(huì)活動(dòng)亦獲與會(huì)人士一致好評(píng)。展會(huì)于201 6年9月20至22日在廣州中國進(jìn)出口商品交易會(huì)展館舉行。三天展期云集12個(gè)國家和地區(qū)的360家參展商，展示行業(yè)最先進(jìn)、熱門的模具、壓鑄、金屬加工和3D打印技術(shù)。除了強(qiáng)大企業(yè)參展陣容，2016年展會(huì)亦迎來68個(gè)專業(yè)買家團(tuán)。在一眾知名品牌的支持下，展會(huì)成功吸引43個(gè)國家和地區(qū)的23,017名觀眾，較上屆增加5.7%。

展會(huì)成效廣獲參展商和觀眾肯定。參與Asiamold的眾多品牌，包括模具和壓鑄供應(yīng)商、注塑成型和3D打印的制造和服務(wù)商等，均認(rèn)同展會(huì)有助于他們向目標(biāo)客戶突顯公司優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化品牌推廣。

亞洲3D打印專區(qū)是展會(huì)的一大亮點(diǎn)，展會(huì)吸引不少海外觀眾遠(yuǎn)到而來，包括來自美國、在Advance Tooling Concepts任職環(huán)球模具副總裁的Jed Rust先生。

同期高峰論壇和研討活動(dòng)提供行業(yè)實(shí)用資訊、促進(jìn)商貿(mào)交流

展會(huì)同期亦舉行了一系列精彩紛呈的研討活動(dòng)，激發(fā)行業(yè)靈感，為企業(yè)制定商業(yè)策略提供新思路。為了慶祝展會(huì)十周年，今年主辦方帶來首屆廣州國際模具及增材制造技術(shù)高峰論壇?；顒?dòng)邀請(qǐng)15名行業(yè)專家擔(dān)任演講嘉賓，分享行業(yè)新知和最新市場(chǎng)趨勢(shì)。此外，展會(huì)亦同期舉辦了32場(chǎng)高端研討活動(dòng)，探討模具、壓鑄、3D打印等熱門議題。

展會(huì)期間舉行的峰會(huì)、研討會(huì)等活動(dòng)是了解行業(yè)需求和挑戰(zhàn)的重要場(chǎng)合，同時(shí)也為行業(yè)人士交流資訊和經(jīng)驗(yàn)提供了機(jī)會(huì)。論壇吸引眾多與會(huì)者，他們的問題顯示其專業(yè)性，參觀者很高興有這樣的機(jī)會(huì)和與會(huì)人士互動(dòng)交流。

展會(huì)由廣州光亞法蘭克福展覽有限公司主辦，屬于一系列國際性行業(yè)展會(huì)的成員之一，包括formnext法蘭克福國際精密成型及3D打印制造展覽會(huì)和日本INTERMOLD。來屆formnext將于2016年11月15至18日于德國法蘭克福舉行。至于日本INTERMOLD，下一屆將于2017年4月12至15日于日本東京舉行。

來屆廣州國際模具展覽會(huì)將與SIAF廣州國際工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)及裝備展覽會(huì)于2017年3月1至3 日在廣州中國進(jìn)出口商品交易會(huì)展館同期舉行。SIAF廣州展是中國工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)進(jìn)行業(yè)務(wù)交流、捕獲商機(jī)的最重要平臺(tái)之一。工業(yè)自動(dòng)化、快速制造和模具在多方面相輔相成，兩展協(xié)力，可為參展商和觀眾創(chuàng)造更大的協(xié)同效應(yīng)。查詢更多有關(guān)廣州國際模具展覽會(huì)詳情，請(qǐng)瀏覽網(wǎng)站：www.asiamold-china.com或電郵至asiamold@china.messefrankfurt.com

Design of casting workshop with annual production of 30000 tons automotive chassis casting

LI DongMing
（Automotive Engineering Corporation, Tianjin 300113，China）

This paper introduces the design of casting workshop with an annual output of 30000 tons automotive chassis casting. The workshop has 2 sets of 5 t/h intermediate frequency coreless induction furnace for melting iron. Two horizontal parting fl askless molding lines are used for molding with 120 t/h sand treatment system. The production of sand core is completed by using both cold box process and hot core box process. Cleaning process is also introduced. The workshop has a reasonable process layout and smooth logistic. And these make the workshop operating good after being put into production.

workshop design;f l askless molding line;equipment selection; process fl ow

TG28；

A；

1006-9658（201 6）06-0054-04

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.06.01 7

2016-04-21

稿件編號(hào):1604-1344

李東明（1984—），男，工程師，主要從事鑄造車間工程設(shè)計(jì)工作.