高速自動造型線澆注機的選擇

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

隨著鑄造自動造型線使用的普及和生產率的提升，配套選用澆注機能改善作業(yè)環(huán)境、提高生產效率、提升鑄件質量、減少勞動力、增強安全性等。因此，造型線配套選用澆注機的企業(yè)越來越多，但什么樣的造型線配什么樣的澆注機？單一材質產品和多品種產品如何選擇澆注機？哪種澆注機性價比最好？各種澆注機的運行成本如何？怎樣才能選擇適合自己造型線的澆注機？這些都是困擾鑄造企業(yè)選用澆注機的問題。本文結合工程設計中的實際情況，介紹一些澆注機的選用原則，可供相關人員參考。

1 目前配套自動造型線澆注機的主要類型

過去人們通常將澆注機分為傾轉式澆注機、氣壓式澆注機、底注式澆注機等三大類，有的還將電磁泵式作為一種澆注機形式，但由于近年來基本沒有客戶使用該種澆注機，筆者認為該類澆注機不應再列入一種類型，但扇形包澆注機從原理、結構上來說，歸到傾轉式澆注機不是十分合理，因此，這里單獨歸為一類。

1.1 傾轉式澆注機

傾轉式澆注機是模仿傳統(tǒng)人工澆注時將澆包傾轉，使鐵液從包嘴流出，倒入鑄型。過去傾轉式澆注機的轉軸多數(shù)設置在包嘴位置（轉軸中心與包嘴弧度中心重合），以保證澆注穩(wěn)定。近年來隨著控制技術和機械結構可靠性的提高，目前傾轉式澆注機也有將轉軸設置在重心位置，以減小動力消耗，為了保證澆注位置、澆注壓頭和澆注流速的相對穩(wěn)定，澆注過程是一個多軸聯(lián)動的過程。

傾轉式澆注機的結構組成（不同廠家設備結構有所不同，但結構組成基本相同）：機架、同步移動機構、稱重系統(tǒng)、澆注包更換機構、軌道系統(tǒng)、孕育裝置、澆包、包蓋、筑包模具、包蓋存放裝置、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安全設施、測溫裝置等。

傾轉式澆注機具有以下特點：

1）鐵液可以不需要倒包就可完成澆注；

2）產品適應性強，可生產球鐵、灰鐵、蠕鐵等鑄件；

3）更換澆包時往往影響造型線的生產率；

4）難以適應高速造型線需要，對于高速造型線一般需要多臺并用；

5）一般溫降較大；

6）往往有殘液需要倒空。

1.2 底注式澆注機

底注式澆注機的出鐵口在澆包的底部，靠塞桿的升降來啟閉鐵液流，通過升降高度來調整鐵液流速，從而實現(xiàn)澆注。該種澆注機的底部澆口屬于易耗件，為了提高可靠性和安全性，一般都是和耐火材料廠家直接訂貨，專業(yè)生產。

底注式澆注機主要部件有：澆注機機體（包括X-Y 軸移動架及鐵液稱重裝置、稱重傳感器裝置、鐵液溜槽、平臺等）；澆注包（包括筑包模具，澆包支架等）；伺服機構（包括塞桿執(zhí)行機構）；捅水口裝置（包括導桿、油缸等）；隨流孕育裝置（包括料斗）；液壓系統(tǒng)（包括：油箱、液壓泵、過濾器、泄壓閥、油冷卻器等）；鐵液溫度檢測裝置；監(jiān)視攝像及顯示系統(tǒng)；自動澆注控制系統(tǒng)等。

底注式澆注機具有以下特點：

1）操作簡單，便于控制，可匹配各種高速造型線；

2）鐵液從澆包底部流出，可減少夾渣引起的鑄造缺陷；

3）補充鐵液和澆注可以同時進行，不影響造型線節(jié)拍；

4）產品適應性強，可生產球鐵、灰鐵等鑄件；

5）壓頭隨著液面在不斷變化，澆注速度不好控制；

6）大范圍移動澆注困難；

7）更換澆包比較困難，特別是采用預先烤包工藝的場合，更換澆包更為困難；

8）澆（水）口和塞桿造價較高、更換頻繁；

9）澆口故障時，難以處理，易有金屬液漏到設備上；

10）鐵液需要倒包才能完成澆注，溫降較大；

11）基本沒有殘液，燙包鐵液回爐比較困難。

1.3 氣壓式澆注機

氣壓式澆注機也叫氣壓澆注保溫爐，是利用壓力介質（干燥的壓縮空氣或惰性氣體），將鐵液從密閉的熔池內通過升液槽壓入澆注流槽，然后從澆注流槽前端的澆口磚孔流出，注入其下方的鑄型[1]。氣壓澆注保溫爐分有芯和無芯兩種，以前多數(shù)采用有芯爐，有芯爐節(jié)能效果好，但不能斷電，鐵液不能倒空，修爐困難，因此，近年使用有芯爐的客戶越來越少。無芯爐不僅能夠保溫，而且可以斷電、倒空鐵液，更換材質方便，但起澆鐵液量較多，生產球鐵時要格外注意。

氣壓式澆注機主要部件有：爐體或機架；塞桿系統(tǒng)；電器系統(tǒng)；冷卻電纜；特殊變壓器；液壓系統(tǒng)；加壓系統(tǒng)；光學系統(tǒng)；稱重系統(tǒng)；自動孕育系統(tǒng)；水嘴清理系統(tǒng)；塞桿旋轉系統(tǒng)；鐵水溫度檢測裝置等；一般還包括首次筑爐材料、筑爐工具和備品備件。

氣壓式澆注機具有以下特點：

1）澆注壓頭和溫度恒定，便于澆注控制；

2）可配套高速造型線，澆注速度快；

3）補充鐵液與澆注可以同步進行，不影響造型線生產率；

4）鐵液由惰性氣體保護，材質穩(wěn)定，有利于鑄件質量控制；

5）配套設施多，工程復雜；

6）鐵液一般需要倒包才能完成澆注；

7）澆口和塞桿屬易損件，運行成本高；

8）不適宜大范圍移動澆注；

9）生產一段時間必須停機筑爐（包）；

10）材質更換比較困難，生產球鐵適宜性較差；

11）入鐵口和出鐵口集渣時清理困難；

12）目前以進口為主，造價較高。

1.4 扇形包澆注機

扇形包澆注機是扇形的圓心與轉軸同心，澆注時澆包沿扇形圓心轉動，使鐵液沿著轉軸中心從包的測面流出，使?jié)沧侯^（或對鑄型的沖刷）與包內鐵液量基本無關，從而實現(xiàn)穩(wěn)定澆注的澆注機。

扇形包澆注機主要部件有：扇形澆注機本體；隨流孕育裝置；自動測溫裝置；澆包；鐵水澆注視頻系統(tǒng)；電氣控制系統(tǒng)及軟件；鋼結構；軌道系統(tǒng)；搪包模具及工具；一般還包括首次筑爐的耐火材料等。

扇形包澆注機具有以下特點：

1）澆注壓頭穩(wěn)定，便于澆注控制；

2）可配套中等速度的造型線，澆注速度快；

3）材質適應性強；

4）造價低，設備簡單；

5）補充鐵液時必須中斷澆注，影響造型線速度；

6）鐵液需要倒包才能完成澆注；

7）鑄件易產生氣孔、夾渣缺陷；

8）不適宜大范圍移動澆注；

9）不易實現(xiàn)自動化澆注。

2 高速造型線澆注機的選用原則

高速造型線的特點就是造型速度快，在選擇澆注機時，考慮更多的是如何不影響造型線的節(jié)拍、滿足澆注工藝參數(shù)要求和材質需要，最大程度保證造型線正常生產需要鐵液，通常從以下幾個方面進行考慮：

1）能否滿足造型線的生產率，在節(jié)拍內完成澆注；

2）能否滿足鑄件對澆注速度、澆注重量、澆注材質等的澆注工藝要求；

3）澆注機沿造型線方向能否靈活移動，對位（澆注機出液口與鑄型澆口對位）和同步（動態(tài)澆注時澆注機與鑄型同步移動）是否平穩(wěn)、準確；

4）澆注機垂直于造型線方向能否靈活移動，以對準不同位置的澆口；

5）鐵液定量方式是否可靠、準確；

6）澆包結構是否有撇渣功能；

7）澆包大小、溫降是否滿足工藝要求；

8）有否殘液，具備不具備倒殘液功能；

9）烤好的熱包更換是否容易；

10）補充鐵液時是否影響澆注機的工作，高速造型線應首選補充鐵液時不影響澆注的澆注機，即澆注機的換包或補充鐵液不影響造型線的生產率；

11）功能是否齊全，是否有隨流孕育裝置、溫度檢測裝置等；

12）價格是否合理；

13）設備是否成熟，客戶反應如何；客戶數(shù)量多少；

14）維修是否方便，備件供應如何；

15）運行成本是否較低。

3 高速造型線澆注機選用建議及注意事項

對于垂直分型的無箱造型線和水平分型脫箱造型線，首選底注式澆注機。

對于高速有箱造型線，首選可長距離移動澆注的底注式澆注機，也可選擇2 臺傾轉式澆注機，特殊情況選用澆注保溫爐。值得說明的是：過去很多人認為水平有箱線不能采用底注式澆注機，必須采用傾轉式澆注機，但隨著裝備技術的發(fā)展，水平有箱線采用底注式澆注機的企業(yè)也越來越多。又有人認為采用底注式澆注機運行成本較高，造成這種印象的原因是沒有統(tǒng)籌考慮運行成本，如果考慮了用能、用人、設備折舊、耗材、影響節(jié)拍、維修的便捷性等因素，筆者認為底注式澆注機是很好的一種選擇。底注式澆注機其直接成本主要是更換澆（水）口和塞桿，多數(shù)企業(yè)為了安全，規(guī)定一個班或一天更換一次（不管是否磨損），一次造價700 元～1 000 元左右，這與其他澆注機補充鐵液時影響造型節(jié)拍而少生產的鑄件利潤相比是少之又少。

對于材質要求特別嚴格的產品，造型線可以選用澆注保溫爐，但一條造型線要生產多種材質的鑄件時，要注意更換材質時對產品質量的影響，特別注意澆注保溫爐有一個起始澆注容量。生產時發(fā)現(xiàn)，剛開始數(shù)包鐵水在喂絲球化撇渣取樣殘留鎂含量較高，但當將鐵水倒入澆注爐后殘留鎂含量迅速衰退[2]。所以，系統(tǒng)中必須對首包鐵水的容量加大，并加大球化劑加入量，以彌補球化的衰退?？傊@種情況下選擇澆注保溫爐一定要慎重。

扇形包澆注機澆注時能滿足高速造型需要，但補充鐵液時必將影響造型線的生產，因此，從發(fā)揮設備效率來看，垂直線不建議使用扇形包澆注機。

4 澆注機功能改進建議

1）考慮鐵水自動轉運的可行性和方便性。現(xiàn)有形式的澆注機，基本都沒有考慮自動補充鐵液的方便性，作為系統(tǒng)工程，澆注機應該考慮鐵液如何自動補充，并給鐵液輸送留出設備空間。

2）考慮大距離移動澆注的可能性。對于傾轉式澆注機，一般考慮了自身移動澆完一包鐵液的距離，但底注式澆注機和氣壓式澆注機，移動距離很小，為了適應有箱線的澆注，往往需要另外設計一個移動小車，將澆注機安裝在小車上，以實現(xiàn)較大距離的移動澆注。

3）考慮系統(tǒng)溫降因素。與鐵液輸送系統(tǒng)綜合考慮出鐵到澆注整個過程的溫降、包蓋取放處理形式、澆包殘液傾倒方式等。

4）考慮操作的便捷性。很多澆注機操作時看不到澆口，孕育劑加入不方便，烤包不方便等。

5）考慮環(huán)保裝置的設置。澆注機澆注過程中會有一些煙氣產生，但澆注機都沒有考慮這些煙氣的收集和處理，而且現(xiàn)有的澆注機結構，設置煙氣收集系統(tǒng)非常困難。