一條自動(dòng)化V 法鑄造生產(chǎn)線

楊長(zhǎng)春，朱曉霞，黃福禎

（青島盛美機(jī)械有限公司，山東青島 266400）

V 法造型是一種真空密封造型鑄造方法，又稱負(fù)壓造型。是用細(xì)干砂作型砂,填入砂箱并加以緊實(shí),用塑料薄膜經(jīng)加熱后在帶有通氣孔和抽氣裝置的模樣上覆膜成型,密封砂箱,并依靠真空泵抽出型內(nèi)氣體,在一定的真空度下砂粒之間失去相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而使砂子得到緊實(shí),形成所需的型腔；這是一種物理造型方法，也是目前最先進(jìn)的鑄造方法之一。V 法造型目前應(yīng)用的生產(chǎn)線形式有臺(tái)車(chē)穿梭式、轉(zhuǎn)臺(tái)式、輥道組合式等三種，其中臺(tái)車(chē)穿梭式主要以半自動(dòng)化為主，轉(zhuǎn)臺(tái)式、輥道組合式大部分已經(jīng)發(fā)展成為自動(dòng)化線。

1 自動(dòng)化V 法生產(chǎn)線的基本情況

1.1 自動(dòng)化V 法生產(chǎn)線的定義

自動(dòng)化在機(jī)械行業(yè)的定義很廣，解讀空間也很大，作為行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的V 法鑄造，一條自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)該符合以下幾個(gè)標(biāo)志：自動(dòng)覆膜（包含底膜、背膜）；可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人噴涂、機(jī)器人下芯；扣箱、起模、解箱、取工件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)；全線轉(zhuǎn)運(yùn)在線上進(jìn)行（在線澆注）、過(guò)程中不需要人工切換真空等；效率：≥6 型/h；可以對(duì)V 法運(yùn)行各個(gè)工序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以成功對(duì)接企業(yè)管理軟件；綠色、環(huán)保、超低排放。

1.2 自動(dòng)化V 法生產(chǎn)線在中國(guó)的發(fā)展

國(guó)內(nèi)V 法自動(dòng)化市場(chǎng)受工藝和裝備的制約，發(fā)展速度較慢，已投產(chǎn)生產(chǎn)線（見(jiàn)圖表1），其中以生產(chǎn)灰鐵浴缸為主。

表1 國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的自動(dòng)化V 法生產(chǎn)線

自動(dòng)線經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，已經(jīng)由原來(lái)依靠進(jìn)口，全部實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)、制造，無(wú)論從生產(chǎn)線布局、工藝技術(shù)、產(chǎn)品制造等各個(gè)方面都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，大大降低了設(shè)備成本，得到了很多客戶的青睞。

1.3 自動(dòng)化V 法生產(chǎn)線是發(fā)展趨勢(shì)

制造業(yè)在智能制造的浪潮下也積極轉(zhuǎn)型，自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平大大提高，各行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)越來(lái)越重視生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和車(chē)間聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備數(shù)據(jù)可視化程度顯著提高。未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展是以信息技術(shù)革命性突破為基礎(chǔ)，反映了工業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)字化、信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，建設(shè)數(shù)字化車(chē)間、構(gòu)建智能工廠、實(shí)現(xiàn)智能制造。多數(shù)制造企業(yè)，數(shù)據(jù)采集靠筆、數(shù)據(jù)處理靠人、分析靠經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備管理維護(hù)、人員知識(shí)結(jié)構(gòu)仍未實(shí)現(xiàn)全配套，面對(duì)真正意義上的智能制造還有非常大的距離，所以迫切需要鑄造智能化。

2 自動(dòng)化V 法生產(chǎn)線的基本情況

我公司同國(guó)內(nèi)某知名工程機(jī)械廠歷經(jīng)9 個(gè)月的交流，達(dá)成戰(zhàn)略合作，雙方集合自身優(yōu)勢(shì)，借鑒行業(yè)成功案例，研發(fā)、制造一條自動(dòng)化、智能化的V 法鑄造生產(chǎn)線。

2.1 項(xiàng)目概述

此條V 法生產(chǎn)線主要用于鑄鋼橋殼的生產(chǎn)，在滿足V 法鑄造工藝的特殊性基礎(chǔ)上，主要涉及的是砂處理、造型、澆注冷卻、落砂、全線散落砂收集、除塵、真空等工部的設(shè)備和工裝，輔以電控、氣控、液壓、水控等控制工部，整體項(xiàng)目規(guī)劃理念先進(jìn)，選用可靠設(shè)備、所應(yīng)用技術(shù)成熟、工藝成熟，布置流程清晰、優(yōu)化、合理、物流通暢、緊湊、維修方便。同時(shí)我們特別注重節(jié)能、環(huán)保、安全三個(gè)要素，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)可視化、數(shù)字化、智能化運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)與MES 控制軟件的對(duì)接。

2.2 自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝技術(shù)要求

2.2.1 生產(chǎn)要求

主要產(chǎn)品：橋殼；熔煉能力：6t 電爐；澆包：6t底注鋼包（使用自動(dòng)澆注機(jī)）；工作制度：251 天/年、雙班制：每班8h。

工藝要求見(jiàn)表2 所示。

表2 工藝要求表格

2.2.2 主要設(shè)備參數(shù)

砂處理能力：40t/h；新砂的微粉含量：≤0.5%（200 目以下）；舊砂回收利用率：≥95%；砂庫(kù)砂微粉含量：≤1%（200 目以下）；循環(huán)用水量：200m3/h ；水壓：0.15MPa～0.30MPa；壓縮空氣耗氣量：28m3/min，供氣壓力：0.4MPa～0.6MPa；液壓系統(tǒng)工作壓力：10MPa（標(biāo)準(zhǔn)礦物液壓油）；粉塵排放：≤20mg/m3，總風(fēng)量：130000m3／h；設(shè)備噪聲：≤85dB/A。

2.3 主要工藝流程

2.3.1 造型工部

造型工藝流程（如圖1 所示）：模型進(jìn)入1#造型輥道先到達(dá)①覆膜位：模具清掃、覆膜器取膜、加熱、覆膜，模型到②粘貼冒口位：人工粘貼冒口，模型到③預(yù)留粘貼冒口位：根據(jù)冒口復(fù)雜程度使用，模型到④?chē)娡课唬喝斯ぃA(yù)留機(jī)器人接口）噴涂，模型到1#造型轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)上⑤扣空箱位：機(jī)械手扣箱，模型通過(guò)2#造型轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)轉(zhuǎn)入2#造型輥道，模型到⑥烘干位：烘干罩進(jìn)行烘干，模型到⑦預(yù)留烘干位：根據(jù)工藝需要決定使用、人工放冷鐵，模型到⑧加砂位：自動(dòng)加砂震實(shí)，模型（砂型）到⑨覆背膜、起冒口位：人工刮平覆背膜、起冒口（上箱），模型到2#造型轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)上⑩起模工位：起模機(jī)械手動(dòng)作起模、翻轉(zhuǎn)、將下箱放置到托盤(pán)小車(chē)上（同時(shí)模型旋轉(zhuǎn)進(jìn)入1#造型輥道進(jìn)行造型），人工夾具下芯，上箱起模機(jī)械手動(dòng)作起模、翻轉(zhuǎn)、檢查、合箱，合箱轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)可分別行走至1#、2#、3#澆注線，鑄型移動(dòng)至澆注線進(jìn)行澆注。

兩種標(biāo)準(zhǔn)下均顯示男性HHT患病明顯高于女性,且隨年齡增高,H型高血壓發(fā)病越高,這與國(guó)內(nèi)為研究結(jié)果一致。尤其是以≥10μmol為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),80歲以上高血壓患者均為HHT。研究顯示當(dāng)人體血漿HCY水平降低3umol/L時(shí),心肌缺血的風(fēng)險(xiǎn)則相對(duì)降低16%,腦血管疾病發(fā)生率可降低約為24%(3)。

圖1 造型工藝布局

2.3.2 澆注冷卻工部

澆注冷卻工部工作流程為：鑄型帶真空可以分別進(jìn)入1#、2#、3#澆注線進(jìn)行澆注，保壓、冷卻然后轉(zhuǎn)運(yùn)至冷卻轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)進(jìn)入冷卻線。

設(shè)計(jì)3 條澆注線，每條12 個(gè)工位可進(jìn)行澆注、保壓，為保證造型效率，減少人工輔助，改善勞動(dòng)環(huán)境，采用固定真空梁和移動(dòng)真空梁在澆注和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中保持真空。設(shè)計(jì)3 條冷卻線，共36個(gè)工位。

2.3.3 解箱工部

解箱的工作流程為：鑄型轉(zhuǎn)運(yùn)至落砂轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)進(jìn)入落砂線，解箱機(jī)械手（帶真空）將鑄型轉(zhuǎn)至解箱間：開(kāi)箱，解箱機(jī)械手將砂箱放置在回空箱輥道上，進(jìn)入造型工部，托盤(pán)小車(chē)經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)進(jìn)入造型工部。

2.3.4 鑄件冷卻工部

鑄件開(kāi)箱后由取工件機(jī)構(gòu)鑄件其轉(zhuǎn)入鑄件冷卻托板車(chē)中自然降溫，動(dòng)作流程：在1#冷卻線1#冷卻托板轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)將冷卻托板車(chē)向右推動(dòng)到2#冷卻托板轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)，2#冷卻托板轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)到2#、3#冷卻線，2#冷卻托板轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)向左推動(dòng)將托板車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)到1#冷卻托板轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)，在鑄件振動(dòng)清理機(jī)位啟動(dòng)：振動(dòng)落芯，鑄件吊起裝置吊起鑄件清理芯砂，繼續(xù)振動(dòng)直至芯砂基本清理干凈，芯砂傾倒裝置啟動(dòng)，將鑄件冷卻托板車(chē)中的芯砂傾倒出來(lái)。

圖2 澆注冷卻工藝布局

圖3 鑄件冷卻工藝布局

圖4 砂處理工部

2.3.5 砂處理工部

砂處理工部的工作流程：機(jī)械手將澆注后的砂箱吊運(yùn)至落砂格柵上方，自動(dòng)取底膜機(jī)構(gòu)取底膜，鑄件落至落砂格柵車(chē)上，機(jī)械手將砂箱放回定盤(pán)小車(chē)上，同時(shí)：型砂落到落砂格柵上依次進(jìn)入落砂斗、振動(dòng)輸送篩砂機(jī)、1#板鏈提升機(jī)、風(fēng)選機(jī)、1#砂溫調(diào)節(jié)器、2#斗式提升機(jī)、貫通式磁選機(jī)、2#砂溫調(diào)節(jié)器、3# 斗式提升機(jī)、1# 皮帶輸送機(jī)、砂庫(kù)、2#皮帶輸送機(jī)、4#斗式提升機(jī)、造型砂庫(kù)。在起模、刮砂覆背膜等工位設(shè)置散落砂收集裝置，主要有收集斗、收集皮帶機(jī)、提升機(jī)等。

3 V 法生產(chǎn)線的智能化體現(xiàn)

3.1 專業(yè)技術(shù)要求

（1）過(guò)程數(shù)據(jù)（例如：溫度、流量、壓力、重量、電流、電壓等）必須嵌入到工業(yè)平板控制系統(tǒng)。

（2）可變數(shù)據(jù)（例如：各個(gè)工位的砂箱碼、產(chǎn)品條形碼、過(guò)程數(shù)據(jù)等）必須集中到同一個(gè)DB 塊，方便中控室上位機(jī)訪問(wèn)。

（3）工業(yè)平板的組態(tài)界面要形象的襯托出生產(chǎn)線的工況狀態(tài)，顯示故障信息、砂箱扭轉(zhuǎn)記錄、關(guān)鍵數(shù)據(jù)曲線、工藝參數(shù)的調(diào)整，并可對(duì)生產(chǎn)線的每個(gè)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作等。

（4）盡量減少現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)量，集中用電控系統(tǒng)控制。

（5）設(shè)置專用的智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址區(qū)域。

3.2 配置要求

（1）根據(jù)本套造型線工藝要求，本電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器控制，PLC 機(jī)選用西門(mén)子產(chǎn)品，其他主要低壓電器采用施耐德或西門(mén)子產(chǎn)品。

（2）本套造型線設(shè)有工控機(jī)1 臺(tái)。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工人操作出錯(cuò)時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃更改、上報(bào)。

（3）本控制設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能。

3.3 控制工藝及設(shè)計(jì)方案（總體規(guī)劃，逐步實(shí)現(xiàn)）

本系統(tǒng)主要包含：砂處理電控、造型線電控另外還要往甲方提供的砂處理水控系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、鑄件冷卻系統(tǒng)、真空泵電控系統(tǒng)、真空泵水控系統(tǒng)引進(jìn)控制線；與甲方MES 系統(tǒng)相對(duì)接的工控機(jī)等。

3.3.1 砂處理系統(tǒng)電控

砂處理系統(tǒng)主要是控制我方提供的單機(jī)設(shè)備，將信號(hào)線接入甲方提供的砂處理除塵系統(tǒng)、砂處理水控系統(tǒng)、鑄件冷卻系統(tǒng)。砂處理提供數(shù)據(jù)信號(hào)：砂溫調(diào)節(jié)器顯示實(shí)時(shí)砂溫，如砂溫超過(guò)設(shè)定溫度范圍，系統(tǒng)內(nèi)報(bào)警；水控系統(tǒng)進(jìn)出水口處實(shí)時(shí)水溫，若超過(guò)設(shè)定溫度范圍，系統(tǒng)內(nèi)報(bào)警。

3.3.2 造型、澆注、冷卻系統(tǒng)電控

造型、澆注、冷卻系統(tǒng)將信號(hào)線接入甲方提供的造型除塵系統(tǒng)、澆注除塵系統(tǒng)、真空泵電控系統(tǒng)、真空泵水控系統(tǒng)。

（1）甲方MES 系統(tǒng)在造型時(shí)對(duì)模片進(jìn)行掃碼記錄、對(duì)相應(yīng)砂箱也進(jìn)行掃碼記錄，并在車(chē)間大屏顯現(xiàn)相應(yīng)信息，每次砂箱移動(dòng)都記錄模擬運(yùn)行軌跡，并顯示到甲方MES 系統(tǒng)的大屏幕上。

（2）澆注機(jī)有獨(dú)立的西門(mén)子200 smart PLC，我方造型線系統(tǒng)將待澆砂箱軌跡上報(bào)甲方MES系統(tǒng)，甲方MES 系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃回傳到澆注機(jī)需要澆注的砂箱信息，澆注機(jī)根據(jù)接收信息對(duì)需要澆注的砂箱進(jìn)行預(yù)成像掃描，找準(zhǔn)澆注口位置，退回到初始位等待澆包上位，同時(shí)將需要澆注的砂箱信息回傳到造型線系統(tǒng)，并將信號(hào)傳遞到真空分配器。澆注機(jī)接到澆包后啟動(dòng)澆注開(kāi)始按鈕，同時(shí)真空泵接收到啟動(dòng)信號(hào)，真空穩(wěn)定后，真空分配器按程序開(kāi)啟，澆注前按澆注機(jī)系統(tǒng)提供的澆注前保壓時(shí)間計(jì)時(shí)，真空壓力正常時(shí)才能澆注。澆注完成后，按澆注機(jī)系統(tǒng)提供的澆注后保壓時(shí)間計(jì)時(shí)，到保壓時(shí)間真空分配器自動(dòng)關(guān)閉。

（3）澆注機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具備整體稱重功能，稱重精度控制在1kg 以內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)定量澆注，可實(shí)現(xiàn)特定產(chǎn)品澆注鐵水重量運(yùn)算，以及特定產(chǎn)品需水重量MES 反錄入功能。

縱觀國(guó)內(nèi)、外各種鑄造生產(chǎn)線發(fā)展的趨勢(shì)是自動(dòng)化、智能化，我國(guó)V 法自動(dòng)化線發(fā)展十分緩慢，這源于部分企業(yè)對(duì)V 法工藝和對(duì)自動(dòng)線的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，究其核心是我們大部分從業(yè)人員對(duì)V 法工藝、裝備的研究還沒(méi)有達(dá)到一定的深度，這就需要我們立足本職、開(kāi)拓性的研究與探索。V 法工藝的優(yōu)勢(shì)不僅能在傳統(tǒng)鑄件領(lǐng)域得到進(jìn)一步發(fā)展，在許多新的產(chǎn)品領(lǐng)域依然可以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，作為發(fā)展趨勢(shì)的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線也將會(huì)被越來(lái)越多的人和企業(yè)接受。