消失模鑄造制模機的研制

周華金

（安徽全柴動力股份有限公司技術(shù)中心，安徽 滁州 239500）

隨著對環(huán)保越來越重視，許多企業(yè)采用新型、環(huán)保、低成本的鑄造方法，1994年全柴從美國VULCAN公司引進一套消失模鑄造線。隨著產(chǎn)量的增加，鑄造線無法滿足生產(chǎn)的要求，特別是制模機是制約鑄造線的瓶頸。為滿足生產(chǎn)及產(chǎn)品的質(zhì)量要求，工程技術(shù)人員通過認真研究與分析，結(jié)合國外設(shè)備技術(shù)和生產(chǎn)實踐，于2011年1月成功研制了第一臺制模機。文章通過消失模制模機的研制，闡述了該制模機的主要結(jié)構(gòu)和幾大創(chuàng)新點。

1 消失模鑄造簡介

消失模鑄造（又稱實型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

消失模鑄造的工藝流程：

泡沫塑料珠?！A(yù)發(fā)泡→制模成型→膠合→組合→浸涂→烘干→造型→澆注→起貨→落砂→清理

消失模鑄造與普通砂型鑄造比較，有如下優(yōu)點：

1）簡化了模型，無需起模；

2）鑄件尺寸精度和表面粗糙度顯著提高；

3）簡化了工藝，填砂的過程就是造型的過程，使勞動強度和勞動條件大幅度的改善，相同產(chǎn)量的情況下，對工人的技術(shù)熟練程度要求降低；

4）帶有孔或者內(nèi)腔的鑄件不需要下芯；

5）采用無任何黏結(jié)劑的干砂造型，消除了水、黏結(jié)劑和附加物帶來的鑄造缺陷；

6）易于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，由于工序的減少和必需設(shè)備的簡化，使投資減少；

7）節(jié)材、節(jié)能，舊砂回用率可達95%以上，不需要像黏土砂生產(chǎn)線那樣的砂處理成套設(shè)備；

8）鑄件成本可降低10%～40%（鑄鋼件成本可降低40%左右，鑄鐵件可降低10～20%左右）。

2 高端制模機的研制

2.1 高端制模機及其作用

制模機是消失模鑄造工藝中制模成型的主要設(shè)備，其作用是將泡沫塑料珠粒通過發(fā)泡機進行預(yù)發(fā)泡后，用加料機構(gòu)加到制模機的內(nèi)腔，高溫蒸汽進行加熱成形，用冷卻水冷卻后生成與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型。國內(nèi)目前的設(shè)備供應(yīng)商只能提供泡沫塑料的成型設(shè)備作為消失模制模之用，無法提供薄壁復(fù)雜鑄件的制模設(shè)備。主要原因有：1）制模時能量分配不合理，沒有根據(jù)模片的尺寸及形狀合理設(shè)計高溫蒸汽的進出和模片冷卻方式；2）取模時沒有根據(jù)模片的形狀布置取模位置；3）膠合時模片產(chǎn)生變形。針對以上情況，設(shè)計了新型制模機，在新型制模機上設(shè)計了能量分配機構(gòu)和自動取料機構(gòu)，根據(jù)模片形狀設(shè)計膠合機的模具。

2.2 制模機的主要部件

制模機主要包括：主體框架機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、氣動加料系統(tǒng)、能量分配機構(gòu)、自動取料機構(gòu)、安全防護機構(gòu)等。

1）主體框架機構(gòu)（見圖1）為四柱機構(gòu)，油缸帶動下模以立柱為導(dǎo)向上下移動，形成合模和開模的動作；

圖1 主體框架機構(gòu)

2）液壓系統(tǒng)向油缸輸送液壓油，滿足油缸的動作要求，帶動上下模移動，形成合模和開模的動作，制作工件形狀的模片；

3）氣動加料系統(tǒng)是將發(fā)泡機發(fā)泡后的珠粒自動輸送進制模機的內(nèi)腔。

氣動加料系主要結(jié)構(gòu)如圖2.開始工作時，加壓口（10）和出料口（2）閉合，真空口（12）和進料口（11）打開，真空口（12）抽取加料筒里的空氣，加料筒里形成負壓，珠粒通過進料口（11）進入到加料筒里。當(dāng)進入到一定數(shù)量時，真空口（12）和進料口（11）閉合，氣缸運動帶動回轉(zhuǎn)板（4）轉(zhuǎn)動一定角度，回轉(zhuǎn)板（4）上的孔和端蓋（3）上的孔對上，出料口（2）打開。同時加壓口（10）通入壓縮空氣，珠粒在壓縮空氣的壓力作用下通過出料口（2）進入加料槍（16），再進入模具的型腔內(nèi)，緊密地填充整個型腔，繼而在蒸汽的作用下形成模型，再經(jīng)過冷卻后制模結(jié)束；

4）能量分配機構(gòu)是將壓縮空氣、蒸汽和真空等能量全自動輸入上下氣室的機構(gòu)；

5）自動取料機構(gòu)是一種懸掛式，無桿氣缸驅(qū)動，用真空自動移取模片的機構(gòu)；

6）安全防護機構(gòu)包括防護網(wǎng)，合模自動保護程序等。

3 高端制模機的三大創(chuàng)新

3.1 能量分配機構(gòu)

國內(nèi)現(xiàn)有制模設(shè)備沒有能量分配機構(gòu)，將壓縮空氣、蒸汽和真空等能量分別通過管路輸入上下氣室，其缺點是：接口多，容易泄漏；管路復(fù)雜，能量傳送慢，管道有積水。

針對此種現(xiàn)象，設(shè)計了一種能量分配機構(gòu)，將壓縮空氣、蒸汽和真空等能量輸入上下氣室。路線示意圖如圖3所示。通過一個管狀總成，讓上模的蒸汽、壓縮空氣和真空分別與上模的分配體相連，再以一個進口進入上模的氣室；同樣，下模的蒸汽、壓縮空氣和真空也分別與下模的分配體相連，再以一個進口進入下模的氣室。PLC中心控制著電磁閥，電磁閥控制著氣動角座閥，氣動角座閥控制著能量流動，由此實現(xiàn)了自動控制壓縮空氣、蒸汽和真空等能量輸入上下氣室，并解決了分配體內(nèi)積水問題。與國際知名的VULCAN和FATA公司的同類結(jié)構(gòu)對比，具有外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊，加工，維修簡便等優(yōu)點，建立了專門的制模設(shè)備能量分配機構(gòu)。

圖3 能量分配機構(gòu)及蒸汽路線示意圖

3.2 自動取料機構(gòu)的創(chuàng)新

為了進一步提升生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的制造質(zhì)量，設(shè)計了一種自動移取模片的機構(gòu)。如圖4所示,包括無桿氣缸驅(qū)動的運動機構(gòu)，吸附模片的真空機構(gòu)，穩(wěn)定模片的壓板。利用懸掛式的運動機構(gòu)，解決了滑塊磨損的問題，提高了機構(gòu)的壽命。創(chuàng)造性發(fā)明了穩(wěn)定模片的壓板，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，較國內(nèi)設(shè)備傳統(tǒng)的人工更換模具方式，不僅安全，而且大大地提高勞動生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了項目產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的自動化、高效率運轉(zhuǎn)。

圖4 模片移出機構(gòu)

3.3 上模氣室排水

在氣室排水側(cè)設(shè)置排水孔和排水通道，并設(shè)置在上模模具最低點的位置上，這樣積水直接從最低點流出模具，排到設(shè)備外邊，提高產(chǎn)品的合格率。

三大創(chuàng)新技術(shù)將推動消失模制模工序的自動控制細微化，推動中國發(fā)動機缸蓋等薄壁復(fù)雜消失模鑄件的大批量生產(chǎn)。

與美國VULCAN公司的MPV80/60制模機，國內(nèi)銷量最大的某消失模設(shè)備有限公司的自動化成型機進行對比，結(jié)果如表1.

比較結(jié)果表明，本設(shè)備生產(chǎn)效率最高。

4 產(chǎn)品的經(jīng)濟效益和社會效益

4.1經(jīng)濟效益

表1 三種制模機比較

1）內(nèi)部效益

該產(chǎn)品自研制出來后產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益，目前共制造三臺VFZ80/60制模機，與進口的美國VULCAN公司同類設(shè)備相比，不僅每臺價格便宜100多萬元，而且生產(chǎn)效率可提高20%以上。按照全柴消失模鑄造項目設(shè)計制模機數(shù)量為36臺，按每臺節(jié)省100萬元計算，共計將為企業(yè)節(jié)省3 600萬。

2）外部效益

該系列產(chǎn)品不僅能夠滿足企業(yè)自身需求，還將實施對外銷售。均價115萬/臺，年市場需求量在10臺?？蓪崿F(xiàn)年銷售收入1 150萬元。

4.2 社會效益

該產(chǎn)品的研制成功，不僅提高改善了鑄造行業(yè)工作環(huán)境，還提升了國內(nèi)鑄造技術(shù)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、降低能耗、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品性能、增加使用壽命。

5 結(jié)束語

通過對消失模鑄造線生產(chǎn)節(jié)拍的研究，研制了適合生產(chǎn)發(fā)動機缸蓋等薄壁復(fù)雜消失模鑄件的制模機，解決了生產(chǎn)線的瓶頸問題，保證了產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量。通過產(chǎn)量的提高，也降低了成本，提高了市場競爭力。

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