大型發(fā)動機缸體鑄件清理工藝概述

劉 躍，韓 強，時 曉

（濰柴重機股份有限公司 大缸徑清理線，山東濰坊 261001）

現(xiàn)階段體積、重量較低鑄件的清理已有較高自動化的生產(chǎn)線，鑄件清理效率、清理質(zhì)量得到提高，同時清理車間工作環(huán)境也得到較大改善。與小型鑄件相比，大型發(fā)動機缸體鑄件由于結(jié)構(gòu)復雜，體積、重量均較大，大型發(fā)動機缸體鑄件的不落地自動化清理工藝一直難以實現(xiàn)。但是目前為提高大型發(fā)動機缸體的清理效率與工人的工作環(huán)境，大型發(fā)動機缸體的清理工藝大部分已實現(xiàn)自動化或機械化。

清理作為鑄件出廠的最后一道工藝，負責將鑄件表面飛邊、毛刺、粘砂等鑄造缺陷進行修整，并對鑄件進行噴漆使其具有一定防銹能力，具體清理工藝如圖1 所示。鑒于目前鮮有針對大型發(fā)動機缸體的清理工藝相關(guān)介紹，本文將針對大型發(fā)動機缸體涉及的打箱、粗清、拋丸、細清進行概述，希望可以為相關(guān)人員提供參考。

圖1 清理工藝

1 打箱工藝

1.1 打箱流程

打箱顧名思義就是將砂子從砂箱中清理出來。具體操作過程是當發(fā)動機缸體在鑄型中冷卻到一定溫度，將鑄型放到落砂機上進行打箱。清理出的砂子會經(jīng)輸送皮帶運送至砂再生設(shè)備對砂子進行破碎、磁選、再生、風選、冷卻降溫等。由于落砂機運轉(zhuǎn)過程中震動大、噪音大、粉塵多，所以打箱現(xiàn)場是整個清理車間乃至鑄造廠中環(huán)境最為惡劣的場所,為減少這些危害，打箱時砂箱在半封閉空間震動落砂并配合相應(yīng)的排塵、通風設(shè)施，如圖1 所示。打箱需要注意的事項包括以下幾方面：

（1）為防止對鑄件造成損傷，鑄件不能在落砂機上進行落砂；

（2）鑄型未冷卻到一定溫度，打箱會造成機體損傷；

（3）嚴禁將空砂箱放置在落砂機震動，防止砂箱尺寸變化。

1.2 打箱設(shè)備

對于設(shè)備方面，鑄造生產(chǎn)所用的振動落砂機雖然品種繁多，但按其激振方式可分為三類：慣性振動落砂機、偏心振動落砂機和沖擊振動落砂機。慣性振動落砂機是80 年代以來應(yīng)用最廣泛的一種落砂機。近些年又開發(fā)出了固定式雙質(zhì)體振動落砂機、輸送式雙質(zhì)體振動落砂機、較長距離輸送式雙質(zhì)體振動落砂機、振鼓式雙質(zhì)體振動落砂機等諸多系列[1]。其中雙質(zhì)體振動落砂機是近年來發(fā)展應(yīng)用較多的一種新型振動落砂機。與單質(zhì)體落砂機相比，具有適應(yīng)鑄件噸位大、振動噪音低、振動幅度相對穩(wěn)定的特點。目前最大噸位雙質(zhì)體振動落砂機有效載荷可達60t[2]。

圖2 打箱現(xiàn)場

2 粗清工藝

機體打箱之后，機體表面還存在冒口、披縫、砂子等，并且由于大型發(fā)動機機體結(jié)構(gòu)復雜難以實現(xiàn)自動化粗清，此時則需要人工清理。針對尺寸較大的冒口、澆注系統(tǒng)，操作者使用等離子切割機、氣動破碎錘等（如圖3a，b 所示）設(shè)備去除，可有效減輕操作者的勞動強度并提高生產(chǎn)效率。針對粗清后鑄件表面鑄砂殘留較多問題，則采用振芯機（如圖3c 所示）進行去除。但是對于尺寸較小披縫、澆注系統(tǒng)仍使用人工掄大錘方式進行清理。鑄件粗清之后，披縫、澆冒口還存有一定殘留高度，這需要細清時去除。此外，粗清雖可去除大部分鑄砂，但是鑄件表面還有一定厚度鑄砂殘留，這需要在拋丸過程中進一步清除。

圖3 粗清工具

與打箱相比，粗清噪聲、震動明顯降低，但依然存在大量粉塵。粗清工序自動化難以實現(xiàn)，可沿粗清操作工位設(shè)置上吸式側(cè)吸罩，對粉塵進行凈化，含塵氣體經(jīng)除塵器凈化后排入大氣[3]。

3 拋丸工藝

拋丸是指利用高速運動的鋼丸的沖擊力除去零件表面的銹蝕物,從而得到干凈的金屬表面的一種物理方法[4]。拋丸可進行除銹、除漆、清理表面鑄砂等，使鑄件表面具有光亮的金屬光澤。有研究表明[5]，鋼丸粒度及鋼丸拋射速度對鑄件表面粗糙度均有影響，鋼丸粒度、拋射速度越大，鑄件表面粗糙度越高。需要注意的是，鑄件表面粗糙度會對鑄件噴漆后的耐蝕產(chǎn)生影響，粗糙度越大，鑄件耐蝕性越差。拋丸對于機體外表面以及大孔徑內(nèi)腔清理效果較好，而對于半封閉式狹長內(nèi)腔（如水道），噴丸的效果會更好。

關(guān)于拋丸設(shè)備方面，根據(jù)工件形狀及尺寸特點可將其分為滾筒式、履帶式、轉(zhuǎn)臺式、臺車式、吊鉤式、吊鏈式、吊鏈轉(zhuǎn)盤式、搖床式、機械手式、鼠籠式、輥道輸送式和組合式等。最常用的拋丸清理設(shè)備有履帶式拋丸清理機、吊鉤式拋丸清理機、懸鏈式拋丸清理機和輥道輸送式拋丸清理機[6，7]。

4 細清工藝

細清的作用是使機體表面及內(nèi)腔平整，無明顯突起，同時細清階段也負責對鑄造缺陷的反饋，及時對缺陷進行修復。鑄件細清傳統(tǒng)方式是人工使用風鏟、砂輪機、角磨機等工具修整鑄件表面。這種清理方式，操作者勞動強度大，工作效率較低，且長時間處于惡劣的工作環(huán)境，患職業(yè)病的風險也隨之增加。為避免上述不足以及降低人工成本，機器人工作站（如圖4 所示）可有效解決上述問題。機器人工作站就是由1 臺或多臺機器人配備工裝夾具，用控制系統(tǒng)組成的打磨工作站，俗稱機器人切割打磨設(shè)備，生產(chǎn)效率遠遠高于人工清理。由于老齡化人口增加，并且新一代勞動力受教育程度較高，不愿意從事勞動強度大、環(huán)境臟亂差的工作，造成用工荒，所以未來大型發(fā)動機缸體細清自動化將成為發(fā)展趨勢。

圖4 機器人打磨

5 展望

現(xiàn)階段，大型發(fā)動機缸體鑄件的不落地自動化清理工藝較難實現(xiàn)，但是針對各個工序的自動化清理設(shè)備早已投向市場，可對鑄件外表面披縫、高點進行清理，但是內(nèi)腔的脈紋，鑄件曲面處的粘砂仍然需要人工清理，相信很長一段時間內(nèi)大型發(fā)動機缸體鑄件的清理方式將會是人工與機械化設(shè)備相結(jié)合。另一方面，由于鑄件清理現(xiàn)場環(huán)境惡劣，將來必定會面臨用工難的問題，將來有望實現(xiàn)不落地自動化清理工藝，以提高工作效率，并減少惡劣工作環(huán)境對操作者造成的傷害。