集裝箱角件后處理設(shè)備的應(yīng)用

隋世城，杜佳慧，詹德林

（1.諸城萬通鑄造裝備工程有限公司，山東諸城 262202；2.廣東富華鑄鍛有限公司，廣東江門 529147）

1 項(xiàng)目概述

集裝箱（container）是具有一定強(qiáng)度、剛度和規(guī)格的大型裝貨容器。標(biāo)準(zhǔn)化的集裝箱在運(yùn)輸中具有通用性和互換性，同時(shí)又提高集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)性，促進(jìn)國(guó)際集裝箱聯(lián)運(yùn)的發(fā)展。

集裝箱角件（Container corner）是鑄造產(chǎn)品，在集裝箱的起吊、搬運(yùn)、固定、堆碼作業(yè)中起著關(guān)鍵作用。箱體所承受的作用力全是通過角件來傳遞的。作為集裝箱的最外緣，角件還起著保護(hù)整個(gè)箱體的作用。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱需要8 個(gè)角件，見圖1。

廣東富華鑄鍛有限公司是商用車底盤以及集裝箱零部件的專業(yè)制造商，新建11 車間專門生產(chǎn)集裝箱角件。

2 產(chǎn)品分析

2.1 角件的結(jié)構(gòu)

外形尺寸：178 mm×162 mm×118mm；內(nèi)孔尺寸：124 mm×63.5mm；材質(zhì)：鑄鋼ZG16Mn；重量：11kg。

圖1 集裝箱角件

2.2 角件技術(shù)要求

角件孔形、孔位、壁厚和外形尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T1835-2006 的規(guī)定[1]，外形尺寸為:mm×mm。角件的表面不應(yīng)有裂紋、縮孔、冷隔、粘砂、夾渣等缺陷。內(nèi)腔之生產(chǎn)廠標(biāo)記、爐號(hào)、方位標(biāo)記清晰。角件的表面需要進(jìn)行拋丸處理?；瘜W(xué)成分如表1 所示,力學(xué)性能如表2 所示。熱處理采用正火或正火+回火處理。采用超聲波探傷或射線探傷檢查內(nèi)部缺陷，每爐批次取一件作無損探傷。

表1 化學(xué)成分 ωB/%

表2 力學(xué)性能

2.3 工藝要求

對(duì)每一爐次取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析；角件熱處理后每爐取樣進(jìn)行X 光探傷；每爐進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。

3 后處理車間角件處理工藝

后處理車間從造型線的落砂機(jī)開始，經(jīng)過機(jī)械手上件、冷卻與緩存、一次拋丸清理、澆冒口分離、澆冒口輸送、熱處理、鑄件檢驗(yàn)、智能分揀、二次拋丸清理、機(jī)加工、三次拋丸清理、浸漆、包裝等工序，后處理線做到鑄件不落地，自動(dòng)化程度高。后處理工藝流程圖見圖2。

4 后處理車間設(shè)備配置

4.1 機(jī)械手上件

4.1.1 角件掛件方案

角件一箱8 件，中間澆冒口連接，材質(zhì)為鑄鋼，經(jīng)過落砂機(jī)后的澆冒口不會(huì)分離。采用整體吊掛進(jìn)行冷卻、拋丸處理，然后再進(jìn)行澆冒口分離工藝，見圖3。

4.1.2 機(jī)械手上件

角件經(jīng)過落砂機(jī)后的溫度為600～700℃，采用機(jī)械手上件，如圖4 所示。積放鏈冷卻的上件位置設(shè)有吊具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，裝一組件后旋轉(zhuǎn)90°，上下交錯(cuò)放件，一個(gè)吊鉤放4 組角件，上件完成后自動(dòng)放行。

4.2 積放鏈冷卻緩存輸送

4.2.1 角件冷卻

角件采用積放鏈冷卻儲(chǔ)存，冷卻鏈放在車間外輔跨二層。不占主車間面積，冷卻效果好，冷卻時(shí)間4h 以上。

4.2.2 角件緩存

在角件積放鏈冷卻儲(chǔ)存系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)有二道緩存區(qū)域，緩存時(shí)間2h。當(dāng)后續(xù)設(shè)備故障時(shí)啟動(dòng)緩存系統(tǒng)，吊鉤繞過拋丸機(jī)直接到落砂機(jī)處接件，減少整個(gè)車間停機(jī)時(shí)間。

4.2.3 剎車盤類鑄件

對(duì)于剎車盤類鑄件，材質(zhì)為灰鐵，積放鏈輸送系統(tǒng)設(shè)有短流程，將鑄件直接送到連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)清理。

4.3 積放吊鏈拋丸清理機(jī)（粗拋）

積放吊鏈線路布局靈活方便，設(shè)置多點(diǎn)上件和下件，與冷卻緩存輸送串聯(lián)一體，合理分配鑄件清理時(shí)間；當(dāng)拋丸工位的工件正在拋丸清理時(shí)，其他吊鉤可任意行走、停止或積存等待加料、卸料，短時(shí)間維修不影響生產(chǎn)，從而提高整個(gè)車間的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，見圖5。

4.3.1 積放吊鏈拋丸清理機(jī)的主要特點(diǎn)

（1）采用專有技術(shù),拋丸室體為三段，“前密封室+拋丸室+后密封室”結(jié)構(gòu)；每個(gè)密封室可存放同樣的工件組；前密封室為進(jìn)件等待，拋丸室為正常拋丸，后密封室為出件等待。

（2）拋丸室兩側(cè)設(shè)有全鋼防護(hù)的機(jī)動(dòng)密封門，兩側(cè)密封室也設(shè)有機(jī)動(dòng)密封門，拋丸機(jī)共有4 道密封門。在拋丸室的前后各有兩道密封門，兩道密封門不同時(shí)開啟，且大部分時(shí)間兩道密封門同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，從而解決彈丸從拋丸室進(jìn)出口的外飛問題。

圖2 后處理工藝流程圖

圖3 角件掛件方案

圖4 機(jī)械手上件

圖5 積放吊鏈拋丸清理機(jī)

（3）拋丸進(jìn)行時(shí)，關(guān)閉拋丸室兩側(cè)密封門，兩側(cè)密封室進(jìn)出口密封門可打開，帶件吊鉤進(jìn)入后密封室，前密封室工件輸送到下件區(qū)域，然后密封室進(jìn)出口密封門關(guān)閉；拋丸結(jié)束后，拋丸室兩側(cè)密封門打開，拋好的工件進(jìn)入前密封室，同時(shí)后密封室工件進(jìn)入拋丸室，關(guān)閉拋丸室兩側(cè)密封門繼續(xù)拋丸。

（4）在拋丸室和密封室的下部均設(shè)有格柵溜丸斗，彈丸通過螺旋自動(dòng)回收。

（5）拋丸室內(nèi)壁區(qū)域安裝軋制Mn13 護(hù)板防護(hù)，護(hù)板使用壽命10 年以上。

（6）采用“二級(jí)滿幕簾風(fēng)選+二級(jí)磁選”分離器，大大提高分離量、分離效率及拋丸質(zhì)量，減輕對(duì)拋丸器的磨損，使生產(chǎn)成本大大降低。

（7）每個(gè)拋丸工位設(shè)獨(dú)立的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并可橫向移動(dòng)，保證吊鉤行走時(shí)自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與動(dòng)力鏈有效脫離，防止鏈輪、鏈條卡死或嚴(yán)重磨損，減輕吊鉤對(duì)自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的沖擊，提高自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鏈?zhǔn)褂脡勖?/p>

（8）室體頂部5 道密封措施，徹底解決彈丸從頂部的外飛問題。

4.3.2 彈丸的選擇

4.3.2.1 彈丸直徑

彈丸直徑對(duì)清理效果影響最大，因?yàn)閺椡钄y帶能量與彈丸直徑的立方成正比[2]。例如彈丸直徑1mm 和2mm 時(shí)，彈丸攜帶能量相差約8 倍。彈丸直徑越大鑄件表面粗糙度越低。彈丸直徑的選擇與鑄件材質(zhì)、尺寸大小、拋丸器離工件的距離、鑄件表面粗糙度等因素相關(guān)。一般汽車配件清理時(shí)，彈丸直徑確定為1.0～2.0mm。

4.3.2.2 彈丸初速度

彈丸初速度對(duì)清理效果影響較大，因?yàn)閺椡钄y帶能量和速度的平方成正比[2]。例如彈丸初速度70m/s 和90m/s 時(shí)，彈丸攜帶能量相差約1.7 倍[3]。當(dāng)然彈丸初速度越高，鑄件表面粗糙度越低。彈丸初速度的選擇與鑄件材質(zhì)、拋丸器離工件的距離、鑄件表面粗糙度等因素相關(guān)。一般汽車配件清理時(shí)，彈丸初速度確定為80～90m/s[4]。

4.4 澆冒口分離

澆冒口分離設(shè)有自動(dòng)分離機(jī)，采用轉(zhuǎn)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，機(jī)械手上件，自動(dòng)切割澆冒口；配備砂輪機(jī)人工分離作為輔助。

4.5 澆冒口輸送

經(jīng)過分離的澆冒口由輸送設(shè)備給料，加料進(jìn)入料斗，積放鏈自動(dòng)輸送到熔化的爐料庫(kù)，自動(dòng)卸料后返回。

4.6 熱處理

集裝箱角件是集裝箱上的重要受力部件，為低碳低合金鑄鋼件，為達(dá)到性能要求，必須經(jīng)過熱處理。熱處理工藝為升溫2h，920℃加熱3h，正火或回火。用一次正火代替調(diào)質(zhì)處理[5]，進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。結(jié)果表明，經(jīng)920℃一次正火的試樣屈服強(qiáng)度大于300MPa，抗拉強(qiáng)度大于500MPa，斷后伸長(zhǎng)率大于30%，斷面收縮率大于60%,-40℃低溫沖擊功大于50J,能滿足角件的力學(xué)性能要求。配6臺(tái)連續(xù)式熱處理爐，經(jīng)過熱處理每10min 出件一托，16 件/托。出件經(jīng)過鼓風(fēng)冷卻，由振動(dòng)輸送件送到鱗板輸送機(jī)上，冷卻到200℃左右。

4.7 角件檢驗(yàn)

按照工藝要求，經(jīng)過熱處理的角件，設(shè)置取件機(jī)械手，每批次自動(dòng)取樣，做探傷檢測(cè)。不合格的角件通知冷卻輸送系統(tǒng)，返回?zé)崽幚頎t再處理。

4.8 角件冷卻輸送、智能控制

4.8.1 射頻識(shí)別技術(shù)

無線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification）技術(shù)，簡(jiǎn)稱RFID，是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，快速進(jìn)行物品追蹤及數(shù)據(jù)交換[6]。

RFID 系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件構(gòu)成。電子標(biāo)簽用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的物體經(jīng)過讀寫器時(shí)，電子標(biāo)簽被激活，將信息傳送到讀寫器及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，完成自動(dòng)采集信息工作。

工作原理：計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，通過網(wǎng)絡(luò)通信（TCP/IP）連接方式與PLC 相連，PLC 再通過網(wǎng)線按照RFID 命令格式將組合命令幀發(fā)送給RFID系統(tǒng)的讀寫器，讀取有關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)ο乱徊讲僮鬟M(jìn)行選擇[6]。通過RS-232 串行通信方式與觸摸屏連接，在觸摸屏設(shè)定原始參數(shù)。

4.8.2 角件冷卻輸送系統(tǒng)

采用積放輸送懸鏈料斗冷卻。料斗共180 個(gè)，冷卻時(shí)間10h。對(duì)應(yīng)熱處理爐的鱗板卸件點(diǎn)，每個(gè)位置設(shè)有停止器和發(fā)號(hào)器。利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，在上件和卸件點(diǎn)設(shè)置讀寫器，每個(gè)料斗設(shè)置電子標(biāo)簽，自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)分配。

積放冷卻懸鏈設(shè)置兩部分，一部分用于冷卻，另一部分用于緩存。設(shè)有分配道岔，用于分配角件冷卻或緩存以及合格角件與不合格角件分配。利用分配道岔前的讀寫器識(shí)別裝料信息，與檢驗(yàn)結(jié)果比較，確定分配路線，自動(dòng)分配合格與不合格角件。

4.8.3 角件智能控制系統(tǒng)

（1）角件檢驗(yàn)：用戶隨機(jī)抽取其中一件進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)時(shí)間需要6h 出結(jié)果。檢驗(yàn)完成后返回信號(hào)，確定是否合格。如果是合格品，利用分配岔道自動(dòng)輸送到精拋卸件點(diǎn)；如果是不合格品，自動(dòng)送到返修卸件點(diǎn)。

（2）在澆注工位，一爐5t 鋼水作為一個(gè)批次管理，分三包澆注鑄件。所有角件進(jìn)一個(gè)熱處理爐進(jìn)行熱處理；通過填寫流轉(zhuǎn)卡按包次分角件，通過澆注爐號(hào)可以追蹤到熱處理爐號(hào)；滿足產(chǎn)品批次管理要求。

（3）一包鋼水澆注96 件，分3 個(gè)料斗接件，每斗裝32 件，在積放懸鏈上冷卻、緩存。

（4）根據(jù)角件檢驗(yàn)的結(jié)果，不合格的角件通知中控系統(tǒng)，利用RFID 命令，通知讀寫器，在二次拋丸機(jī)前面的分配岔道，讀寫器讀取信息。當(dāng)不合格料斗通過時(shí)，PLC 發(fā)令分配道岔變向，角件返回?zé)崽幚頎t再處理。合格角件料斗直接通過進(jìn)入二次拋丸機(jī)進(jìn)行拋丸處理。

4.9 連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)（精拋）

角件精拋采用連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)（如圖6所示），主要清理角件內(nèi)壁。

4.9.1 工作原理

冷卻輸送懸鏈輸送來的角件，經(jīng)過翻箱機(jī)卸件，由振動(dòng)輸送機(jī)均勻送進(jìn)連續(xù)履帶內(nèi)部。工件承載系統(tǒng)由前段、中段、后段三部分組成。前段為圓形滾筒，作為工件進(jìn)入段，采用特種耐磨材料焊接而成，將角件均勻送進(jìn)拋丸區(qū)域；工件承載系統(tǒng)的中段為拋丸區(qū)域，由履帶組成旋轉(zhuǎn)空腔，角件在中間翻身進(jìn)行拋丸清理[7]；后段也是圓形滾筒，作為工件輸出段，采用特種耐磨材料焊接而成，將角件均勻送出拋丸區(qū)域。

圖6 連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)

拋丸滾筒和履帶設(shè)計(jì)成具有一定傾角。在拋丸滾筒和履帶內(nèi)，工件行走的速度與工件種類及喂入量有關(guān)，也與工件清理效果有關(guān)。履帶采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度可調(diào)。在室體上配備4 臺(tái)高效大功率拋丸器，供丸系統(tǒng)拋丸量可調(diào)，采用先進(jìn)的磁選分離器，丸砂分離干凈。出件設(shè)有專用振動(dòng)輸送機(jī)，將殘余彈丸倒出，并回收到彈丸循環(huán)系統(tǒng)中。

4.9.2 連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)的特點(diǎn)

（1）采用連續(xù)履帶傳動(dòng)方式，被清理工件在履帶體內(nèi)翻滾，充分利用拋丸器的高速?gòu)椡钂佅蚪羌M(jìn)行清理，清理效果非常好，尤其是角件內(nèi)部清理的特別干凈。

（2）履帶之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在履帶內(nèi)部不會(huì)卡件。

（3）可以實(shí)現(xiàn)無人操作，大大降低人工上下件的工作量。

（4）履帶和室體內(nèi)壁采用特殊軋制錳鋼板，使用壽命很長(zhǎng)，維修備件僅限于拋丸器。

（5）由于連續(xù)履帶的運(yùn)行特點(diǎn)，能清理形狀較復(fù)雜的工件，特別適用于扁平圓盤件。

（6）鑄件翻身容易，且連續(xù)翻身，不易磕碰鑄件。

（7）與同類連續(xù)拋丸設(shè)備相比省電25%～40%。

（8）出料配備振動(dòng)輸送機(jī)或滾筒倒丸機(jī)，將殘余彈丸倒出，并回收到彈丸循環(huán)系統(tǒng)中。

（9）徹底省掉了上下件人員，大大減輕清理工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.10 角件加工

角件加工線采用角件銑削組合機(jī)床加工，銑角件6 個(gè)平面。4 臺(tái)為一組，銑角件2 個(gè)平面，干式加工，粗糙度＜15μm；3 組機(jī)床分別加工角件的A 面、B 面和C 面。采用機(jī)械手或人工上件。

4.11 輥道拋丸清理機(jī)（三次拋丸）

角件經(jīng)過加工后需要三次拋丸，使表面粗糙度均勻，利于油漆。

4.11.1 輥道拋丸清理機(jī)的特點(diǎn)

輥道拋丸清理機(jī)采用連續(xù)通過式輥道結(jié)構(gòu)；室體采用“前密封室+拋丸室+后密封室”機(jī)構(gòu)，有效防止彈丸飛濺；前后密封室采用多層懸掛膠簾密封，防止彈丸飛濺；輥道前進(jìn)速度可變頻調(diào)速，拋丸更均勻；采用密輥結(jié)構(gòu)，主拋射丸流盡量避免打擊拋丸室輥道；獨(dú)特的輥軸密封結(jié)構(gòu)，提高輥道軸承的使用壽命；拋丸室全部輥軸采用軋制Mn13 材質(zhì)，大大提高使用壽命。

圖7 輥道拋丸清理機(jī)

4.12 浸漆

角件由機(jī)器人掛件，懸鏈輸送，涂裝方式為游浸式，經(jīng)過吹塵、預(yù)熱、浸漆、滴漆+甩漆+吸漆、烘干、冷卻等工藝處理。烘干采用通道式結(jié)構(gòu)，進(jìn)出口安裝風(fēng)幕系統(tǒng)，減少熱量損失，節(jié)省能源。加熱方式采用遠(yuǎn)紅外電加熱，控制溫度40～120℃，烘干時(shí)間23min。浸漆采用船型槽結(jié)構(gòu)，漆液循環(huán)攪拌。廢氣采用吸收吸附、催化轉(zhuǎn)換和等離子凈化，VOCS 排放≤90mg/m3。

4.13 包裝

按角件的類型分別包裝。由機(jī)器人從懸鏈上摘下角件，通過拍照識(shí)別將角件按A、B、C、D、E、F類型碼垛，經(jīng)輸送線到自動(dòng)打帶機(jī)打帶再經(jīng)自動(dòng)纏膜機(jī)纏膜，自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)貼好標(biāo)簽后中轉(zhuǎn)入庫(kù)。質(zhì)量證明書包括制造商名稱和訂貨號(hào)、角件名稱和型號(hào)、爐號(hào)、碳當(dāng)量（CE 值）、力學(xué)性能、熱處理批次、無損探傷等項(xiàng)目。

圖8 噴漆工序

5 結(jié)論

（1）角件后處理車間，自動(dòng)化程度高，需要留出緩存區(qū)域。在角件冷卻區(qū)域留出二道緩存積放小車，緩存時(shí)間2h 以上，大大提高了車間緩沖能力。

（2）一線多用。生產(chǎn)其他鑄件時(shí)，通過短流程直接送到拋丸機(jī)清理。

（3）三種不同的拋丸清理方式，完全滿足角件清理要求。一拋采用積放吊鏈拋丸清理機(jī)去除角件表面粘砂；二拋采用連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)將角件內(nèi)腔清理干凈；三拋清理角件加工后的外表面，達(dá)到均勻的粗糙度。

（4）角件帶澆冒口整體通過一次拋丸，既解決了澆冒口的拋丸清理工作，又使?jié)裁翱诜蛛x環(huán)境在無塵狀態(tài)下進(jìn)行。

（5）澆冒口自動(dòng)輸送到熔化爐料坑，簡(jiǎn)化了車間運(yùn)輸環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（6）角件經(jīng)過熱處理后，自動(dòng)取樣檢驗(yàn)，利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，智能化分揀不合格角件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批次管理跟蹤，有助于產(chǎn)品的追溯，同時(shí)數(shù)據(jù)上傳到車間的中控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車間信息化管理。

（7）連續(xù)履帶拋丸清理機(jī)對(duì)角件內(nèi)腔清理效果最好。

（8）后處理車間從落砂機(jī)到包裝，經(jīng)過多道工藝處理，做到工件不落地，自動(dòng)化程度高。