高速自動(dòng)造型線(xiàn)澆注機(jī)的選擇

（中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

隨著鑄造自動(dòng)造型線(xiàn)使用的普及和生產(chǎn)率的提升，配套選用澆注機(jī)能改善作業(yè)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率、提升鑄件質(zhì)量、減少勞動(dòng)力、增強(qiáng)安全性等。因此，造型線(xiàn)配套選用澆注機(jī)的企業(yè)越來(lái)越多，但什么樣的造型線(xiàn)配什么樣的澆注機(jī)？單一材質(zhì)產(chǎn)品和多品種產(chǎn)品如何選擇澆注機(jī)？哪種澆注機(jī)性?xún)r(jià)比最好？各種澆注機(jī)的運(yùn)行成本如何？怎樣才能選擇適合自己造型線(xiàn)的澆注機(jī)？這些都是困擾鑄造企業(yè)選用澆注機(jī)的問(wèn)題。本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況，介紹一些澆注機(jī)的選用原則，可供相關(guān)人員參考。

1 目前配套自動(dòng)造型線(xiàn)澆注機(jī)的主要類(lèi)型

過(guò)去人們通常將澆注機(jī)分為傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)、氣壓式澆注機(jī)、底注式澆注機(jī)等三大類(lèi)，有的還將電磁泵式作為一種澆注機(jī)形式，但由于近年來(lái)基本沒(méi)有客戶(hù)使用該種澆注機(jī)，筆者認(rèn)為該類(lèi)澆注機(jī)不應(yīng)再列入一種類(lèi)型，但扇形包澆注機(jī)從原理、結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，歸到傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)不是十分合理，因此，這里單獨(dú)歸為一類(lèi)。

1.1 傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)是模仿傳統(tǒng)人工澆注時(shí)將澆包傾轉(zhuǎn)，使鐵液從包嘴流出，倒入鑄型。過(guò)去傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的轉(zhuǎn)軸多數(shù)設(shè)置在包嘴位置（轉(zhuǎn)軸中心與包嘴弧度中心重合），以保證澆注穩(wěn)定。近年來(lái)隨著控制技術(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性的提高，目前傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)也有將轉(zhuǎn)軸設(shè)置在重心位置，以減小動(dòng)力消耗，為了保證澆注位置、澆注壓頭和澆注流速的相對(duì)穩(wěn)定，澆注過(guò)程是一個(gè)多軸聯(lián)動(dòng)的過(guò)程。

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的結(jié)構(gòu)組成（不同廠(chǎng)家設(shè)備結(jié)構(gòu)有所不同，但結(jié)構(gòu)組成基本相同）：機(jī)架、同步移動(dòng)機(jī)構(gòu)、稱(chēng)重系統(tǒng)、澆注包更換機(jī)構(gòu)、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(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安全設(shè)施、測(cè)溫裝置等。

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)具有以下特點(diǎn)：

1）鐵液可以不需要倒包就可完成澆注；

2）產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，可生產(chǎn)球鐵、灰鐵、蠕鐵等鑄件；

3）更換澆包時(shí)往往影響造型線(xiàn)的生產(chǎn)率；

4）難以適應(yīng)高速造型線(xiàn)需要，對(duì)于高速造型線(xiàn)一般需要多臺(tái)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(jī)

底注式澆注機(jī)的出鐵口在澆包的底部，靠塞桿的升降來(lái)啟閉鐵液流，通過(guò)升降高度來(lái)調(diào)整鐵液流速，從而實(shí)現(xiàn)澆注。該種澆注機(jī)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(chǎng)家直接訂貨，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)。

底注式澆注機(jī)主要部件有：澆注機(jī)機(jī)體（包括X-Y 軸移動(dòng)架及鐵液稱(chēng)重裝置、稱(chēng)重傳感器裝置、鐵液溜槽、平臺(tái)等）；澆注包（包括筑包模具，澆包支架等）；伺服機(jī)構(gòu)（包括塞桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)）；捅水口裝置（包括導(dǎo)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(guò)濾器、泄壓閥、油冷卻器等）；鐵液溫度檢測(cè)裝置；監(jiān)視攝像及顯示系統(tǒng)；自動(dòng)澆注控制系統(tǒng)等。

底注式澆注機(jī)具有以下特點(diǎn)：

1）操作簡(jiǎn)單，便于控制，可匹配各種高速造型線(xiàn)；

2）鐵液從澆包底部流出，可減少夾渣引起的鑄造缺陷；

3）補(bǔ)充鐵液和澆注可以同時(shí)進(jìn)行，不影響造型線(xiàn)節(jié)拍；

4）產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，可生產(chǎn)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(dòng)澆注困難；

7）更換澆包比較困難，特別是采用預(yù)先烤包工藝的場(chǎng)合，更換澆包更為困難；

8）澆（水）口和塞桿造價(jià)較高、更換頻繁；

9）澆口故障時(shí)，難以處理，易有金屬液漏到設(shè)備上；

10）鐵液需要倒包才能完成澆注，溫降較大；

11）基本沒(méi)有殘液，燙包鐵液回爐比較困難。

1.3 氣壓式澆注機(jī)

氣壓式澆注機(jī)也叫氣壓澆注保溫爐，是利用壓力介質(zhì)（干燥的壓縮空氣或惰性氣體），將鐵液從密閉的熔池內(nèi)通過(guò)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(wú)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(hù)越來(lái)越少。無(wú)芯爐不僅能夠保溫，而且可以斷電、倒空鐵液，更換材質(zhì)方便，但起澆鐵液量較多，生產(chǎn)球鐵時(shí)要格外注意。

氣壓式澆注機(jī)主要部件有：爐體或機(jī)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(xué)系統(tǒng)；稱(chēng)重系統(tǒng)；自動(dòng)孕育系統(tǒng)；水嘴清理系統(tǒng)；塞桿旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；鐵水溫度檢測(cè)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(jī)具有以下特點(diǎn)：

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(xiàn)，澆注速度快；

3）補(bǔ)充鐵液與澆注可以同步進(jìn)行，不影響造型線(xiàn)生產(chǎn)率；

4）鐵液由惰性氣體保護(hù)，材質(zhì)穩(wěn)定，有利于鑄件質(zhì)量控制；

5）配套設(shè)施多，工程復(fù)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(yùn)行成本高；

8）不適宜大范圍移動(dòng)澆注；

9）生產(chǎn)一段時(shí)間必須停機(jī)筑爐（包）；

10）材質(zhì)更換比較困難，生產(chǎn)球鐵適宜性較差；

11）入鐵口和出鐵口集渣時(shí)清理困難；

12）目前以進(jìn)口為主，造價(jià)較高。

1.4 扇形包澆注機(jī)

扇形包澆注機(jī)是扇形的圓心與轉(zhuǎn)軸同心，澆注時(shí)澆包沿扇形圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，使鐵液沿著轉(zhuǎn)軸中心從包的測(cè)面流出，使?jié)沧侯^（或?qū)﹁T型的沖刷）與包內(nèi)鐵液量基本無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定澆注的澆注機(jī)。

扇形包澆注機(jī)主要部件有：扇形澆注機(jī)本體；隨流孕育裝置；自動(dòng)測(cè)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(jié)構(gòu)；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(jī)具有以下特點(diǎn)：

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(xiàn)，澆注速度快；

3）材質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)；

4）造價(jià)低，設(shè)備簡(jiǎn)單；

5）補(bǔ)充鐵液時(shí)必須中斷澆注，影響造型線(xiàn)速度；

6）鐵液需要倒包才能完成澆注；

7）鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷；

8）不適宜大范圍移動(dòng)澆注；

9）不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化澆注。

2 高速造型線(xiàn)澆注機(jī)的選用原則

高速造型線(xiàn)的特點(diǎn)就是造型速度快，在選擇澆注機(jī)時(shí)，考慮更多的是如何不影響造型線(xiàn)的節(jié)拍、滿(mǎn)足澆注工藝參數(shù)要求和材質(zhì)需要，最大程度保證造型線(xiàn)正常生產(chǎn)需要鐵液，通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1）能否滿(mǎn)足造型線(xiàn)的生產(chǎn)率，在節(jié)拍內(nèi)完成澆注；

2）能否滿(mǎn)足鑄件對(duì)澆注速度、澆注重量、澆注材質(zhì)等的澆注工藝要求；

3）澆注機(jī)沿造型線(xiàn)方向能否靈活移動(dòng)，對(duì)位（澆注機(jī)出液口與鑄型澆口對(duì)位）和同步（動(dòng)態(tài)澆注時(shí)澆注機(jī)與鑄型同步移動(dòng)）是否平穩(wěn)、準(zhǔn)確；

4）澆注機(jī)垂直于造型線(xiàn)方向能否靈活移動(dòng)，以對(duì)準(zhǔn)不同位置的澆口；

5）鐵液定量方式是否可靠、準(zhǔn)確；

6）澆包結(jié)構(gòu)是否有撇渣功能；

7）澆包大小、溫降是否滿(mǎn)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(bǔ)充鐵液時(shí)是否影響澆注機(jī)的工作，高速造型線(xiàn)應(yīng)首選補(bǔ)充鐵液時(shí)不影響澆注的澆注機(jī)，即澆注機(jī)的換包或補(bǔ)充鐵液不影響造型線(xiàn)的生產(chǎn)率；

11）功能是否齊全，是否有隨流孕育裝置、溫度檢測(cè)裝置等；

12）價(jià)格是否合理；

13）設(shè)備是否成熟，客戶(hù)反應(yīng)如何；客戶(hù)數(shù)量多少；

14）維修是否方便，備件供應(yīng)如何；

15）運(yùn)行成本是否較低。

3 高速造型線(xiàn)澆注機(jī)選用建議及注意事項(xiàng)

對(duì)于垂直分型的無(wú)箱造型線(xiàn)和水平分型脫箱造型線(xiàn)，首選底注式澆注機(jī)。

對(duì)于高速有箱造型線(xiàn)，首選可長(zhǎng)距離移動(dòng)澆注的底注式澆注機(jī)，也可選擇2 臺(tái)傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)，特殊情況選用澆注保溫爐。值得說(shuō)明的是：過(guò)去很多人認(rèn)為水平有箱線(xiàn)不能采用底注式澆注機(jī)，必須采用傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)，但隨著裝備技術(shù)的發(fā)展，水平有箱線(xiàn)采用底注式澆注機(jī)的企業(yè)也越來(lái)越多。又有人認(rèn)為采用底注式澆注機(jī)運(yùn)行成本較高，造成這種印象的原因是沒(méi)有統(tǒng)籌考慮運(yùn)行成本，如果考慮了用能、用人、設(shè)備折舊、耗材、影響節(jié)拍、維修的便捷性等因素，筆者認(rèn)為底注式澆注機(jī)是很好的一種選擇。底注式澆注機(jī)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(gè)班或一天更換一次（不管是否磨損），一次造價(jià)700 元～1 000 元左右，這與其他澆注機(jī)補(bǔ)充鐵液時(shí)影響造型節(jié)拍而少生產(chǎn)的鑄件利潤(rùn)相比是少之又少。

對(duì)于材質(zhì)要求特別嚴(yán)格的產(chǎn)品，造型線(xiàn)可以選用澆注保溫爐，但一條造型線(xiàn)要生產(chǎn)多種材質(zhì)的鑄件時(shí)，要注意更換材質(zhì)時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，特別注意澆注保溫爐有一個(gè)起始澆注容量。生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，剛開(kāi)始數(shù)包鐵水在喂絲球化撇渣取樣殘留鎂含量較高，但當(dāng)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(duì)首包鐵水的容量加大，并加大球化劑加入量，以彌補(bǔ)球化的衰退。總之，這種情況下選擇澆注保溫爐一定要慎重。

扇形包澆注機(jī)澆注時(shí)能滿(mǎn)足高速造型需要，但補(bǔ)充鐵液時(shí)必將影響造型線(xiàn)的生產(chǎn)，因此，從發(fā)揮設(shè)備效率來(lái)看，垂直線(xiàn)不建議使用扇形包澆注機(jī)。

4 澆注機(jī)功能改進(jìn)建議

1）考慮鐵水自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的可行性和方便性。現(xiàn)有形式的澆注機(jī)，基本都沒(méi)有考慮自動(dòng)補(bǔ)充鐵液的方便性，作為系統(tǒng)工程，澆注機(jī)應(yīng)該考慮鐵液如何自動(dòng)補(bǔ)充，并給鐵液輸送留出設(shè)備空間。

2）考慮大距離移動(dòng)澆注的可能性。對(duì)于傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)，一般考慮了自身移動(dòng)澆完一包鐵液的距離，但底注式澆注機(jī)和氣壓式澆注機(jī)，移動(dòng)距離很小，為了適應(yīng)有箱線(xiàn)的澆注，往往需要另外設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)小車(chē)，將澆注機(jī)安裝在小車(chē)上，以實(shí)現(xiàn)較大距離的移動(dòng)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(gè)過(guò)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(jī)操作時(shí)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(shè)置。澆注機(jī)澆注過(guò)程中會(huì)有一些煙氣產(chǎn)生，但澆注機(jī)都沒(méi)有考慮這些煙氣的收集和處理，而且現(xiàn)有的澆注機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)置煙氣收集系統(tǒng)非常困難。