SCR9000銅桿生產(chǎn)線鑄輪噴砂機(jī)的研制和應(yīng)用

周朝暉， 伍錫皇， 吳才權(quán)

（廣州江銅銅材有限公司，廣東 廣州 510000）

2019 年廣州江銅銅材有限公司從美國南線公司引進(jìn)的SCR9000 銅桿生產(chǎn)線， 是目前全球最大的SCR 生產(chǎn)線， 該生產(chǎn)線可生產(chǎn)直徑為8 mm 的電工銅線坯， 年生產(chǎn)能力為35萬t， 鑄機(jī)為五輪鑄機(jī)。鑄輪是鑄機(jī)的關(guān)鍵部件， 也是影響產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵部件［1］。

鑄輪在生產(chǎn)過程中要持續(xù)進(jìn)行表面乙炔炭黑噴涂［2］， 同時(shí)還要持續(xù)接受大量冷卻水的沖刷。乙炔炭黑和冷卻水水垢黏附到鑄輪表面后會(huì)影響鑄輪的冷卻效果， 因此鑄輪需要定期下線進(jìn)行表面噴砂清理， 以清除表面黏附的雜質(zhì)， 并形成特定的表面粗糙度和一定的表面壓應(yīng)力以提高表面強(qiáng)度［3-5］。

1 傳統(tǒng)鑄輪噴砂方式與SCR9000鑄輪問題分析

1.1 傳統(tǒng)鑄輪噴砂方式

傳統(tǒng)銅桿生產(chǎn)線鑄輪噴砂采用人工噴砂方式， 在噴砂時(shí)需要配備相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)用品。噴砂使用壓縮空氣作為動(dòng)力來源， 高速流動(dòng)的壓縮空氣將普通黃砂吸入， 從噴槍出口處噴出， 高速擊打、 摩擦鑄輪表面， 達(dá)到表面清理的目的。噴砂過程中灰塵較大［6］， 為了抑制灰塵， 在噴槍出口處接入水管抑塵［7］， 除此之外， 無其他環(huán)保措施。傳統(tǒng)小規(guī)模生產(chǎn)線鑄輪尺寸和重量均較小， 可以用叉車在車間和噴砂點(diǎn)之間搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移。

1.2 SCR9000鑄輪問題分析

1）在工業(yè)生產(chǎn)中， 對(duì)于一般小型鑄件和加工件均采用密閉式噴砂， 但SCR9000 鑄輪體積和重量較大， 如果采用密閉式噴砂， 需要建造大型噴砂房， 性價(jià)比不高。

2）SCR9000 鑄輪直徑為3660 mm， 重量為4.5 t，無法用叉車搬運(yùn)， 需要解決從車間到噴砂地點(diǎn)的運(yùn)輸問題。

3）鑄輪待處理表面形狀復(fù)雜， 橫斷面多達(dá)7個(gè)， 其中有2 個(gè)平面、 2 個(gè)斜面、 3 個(gè)弧形表面， 需要一種合適的噴砂方式確保噴砂效果。

4）傳統(tǒng)人工噴砂方式勞動(dòng)強(qiáng)度大， 作業(yè)環(huán)境惡劣， 需要實(shí)行自動(dòng)噴砂， 以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。

SCR9000鑄輪外形輪廓見圖1， 橫斷面見圖2。

圖1 SCR9000鑄輪外形輪廓圖Fig.1 Outline of SCR900 casting wheel （mm）

圖2 SCR9000鑄輪橫斷面圖Fig.2 Cross section of SCR9000 casting wheel （mm）

2 SCR9000鑄輪噴砂機(jī)的研制

2.1 SCR9000鑄輪噴砂機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

SCR9000 鑄輪噴砂機(jī)由運(yùn)輸車、 噴砂機(jī)、 配套砂管和壓縮空氣管、 砂?；厥蘸统龎m系統(tǒng)、 上下密封板、 尼龍毛刷、 擋砂環(huán)、 大斜度回砂箱、 大減速比擺線針輪減速機(jī)和摩擦輪等組成。鑄輪噴砂機(jī)外形輪廓圖如圖3所示。

圖3 SCR9000鑄輪噴砂機(jī)外形輪廓圖Fig.3 Outline of SCR9000 casting wheel sand blasting machine

鑄輪噴砂機(jī)整體采用型鋼焊接而成， 分為上部和下部。上部實(shí)現(xiàn)鑄輪的回轉(zhuǎn)功能， 下部實(shí)現(xiàn)支撐、 行走功能。回轉(zhuǎn)支撐盤位于上部和下部之間。

噴砂機(jī)罩位于運(yùn)輸車末端， 下罩與運(yùn)輸車固定， 上罩可手動(dòng)升高或降低， 便于鑄輪吊運(yùn)安裝。

噴砂機(jī)與除塵系統(tǒng)之間為快拆軟連接， 方便拆裝。

2.2 鑄輪噴砂機(jī)特點(diǎn)

1）自動(dòng)旋轉(zhuǎn)， 點(diǎn)狀噴砂， 以點(diǎn)帶面。利用鑄輪整體呈圓形的特點(diǎn)， 采用普通擺線針輪減速機(jī)， 利用小直徑摩擦輪與鑄輪鋼架之間的大直徑比， 使鑄輪整體低速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)與鑄輪外形契合的噴砂外罩， 將噴砂加工點(diǎn)限制在很小的區(qū)域， 一改以往大型構(gòu)件噴砂要建設(shè)噴砂房或直接露天噴砂的弊端。同時(shí)， 利用橡膠板、 尼龍毛刷、 擋砂環(huán)等彈性材料進(jìn)行密封， 實(shí)現(xiàn)高效除塵和砂粒循環(huán)回收， 消除了砂粒飛濺帶來的安全隱患。

2）鑄輪搬運(yùn)安全可靠。鑄輪從生產(chǎn)線上用行車吊下后， 在車間里用行車將鑄輪翻轉(zhuǎn)， 放在噴砂運(yùn)輸車上， 利用鑄輪架上的安裝孔位實(shí)現(xiàn)定位和鎖定， 用叉車牽引到噴砂場地。運(yùn)輸車和噴砂機(jī)集成一體， 運(yùn)輸車既是運(yùn)輸工具， 也是噴砂機(jī)底座， 鑄輪轉(zhuǎn)運(yùn)一次完成， 大幅提高了作業(yè)效率和安全性。

3）摩擦傳動(dòng)， 簡單可靠。由多層耐磨夾布橡膠板制作的摩擦輪被氣缸壓緊至鑄輪鋼架內(nèi)沿，采用摩擦傳動(dòng)， 不損傷鑄輪銅環(huán)表面。同時(shí)， 多層夾布橡膠板有良好的彈性， 彌補(bǔ)了定位螺栓等產(chǎn)生的偏心。

4）回轉(zhuǎn)支撐采用標(biāo)準(zhǔn)件。采用回轉(zhuǎn)支撐盤替代大型滾動(dòng)軸承作為鑄輪旋轉(zhuǎn)軸心， 擴(kuò)大與鑄輪支架的接觸支撐面， 確保旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性， 同時(shí)大幅降低了設(shè)備造價(jià)。

5）使用不銹鋼砂。使用不銹鋼砂替代黃砂，避免了因黃砂顆粒不均勻［8］、 易破碎等缺點(diǎn)帶來的噴砂粗糙度不可控、 灰塵大等弊端， 噴砂效果細(xì)膩均勻， 表面質(zhì)量好。

6）加入擺槍機(jī)構(gòu)。擺槍機(jī)構(gòu)與鑄輪旋轉(zhuǎn)效應(yīng)疊加形成正弦曲線， 擴(kuò)大噴砂區(qū)域， 防止噴砂區(qū)域過于集中， 提高了噴砂均勻性。

7）除塵系統(tǒng)。噴砂過程集中， 在噴砂罩這一相對(duì)密閉的狹小空間內(nèi)附加兩級(jí)除塵系統(tǒng)， 除塵系統(tǒng)以離心風(fēng)機(jī)為動(dòng)力源。一級(jí)為旋風(fēng)除塵， 實(shí)現(xiàn)不銹鋼砂與炭黑和其他粉塵的分離， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)不銹鋼砂的自動(dòng)循環(huán)。二級(jí)為紙濾芯， 將所有粉塵收集處理， 確保外排空氣潔凈， 大幅改善了工作環(huán)境和噴砂區(qū)域周邊的環(huán)境衛(wèi)生［9］。

8）通用性好。該噴砂機(jī)主要部件均采用標(biāo)準(zhǔn)件， 加工及維護(hù)保養(yǎng)成本低。

2.3 鑄輪噴砂機(jī)使用情況

2.3.1 使用情況

SCR9000 鑄輪噴砂機(jī)自2019 年10 月投入使用， 至今運(yùn)行良好， 很好地服務(wù)了企業(yè)生產(chǎn)。圖4為噴砂處理前后效果對(duì)比。

圖4 噴砂前后效果（a）噴砂前；（b）噴砂后Fig.4 Effect before sand blasting（a）Before sand blasting；（b）After sand blasting

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析

1）節(jié)省人力。采用人工噴砂作業(yè)， 需要2~3人相互配合， 才可完成所有作業(yè)。使用噴砂機(jī)噴砂，只需要1人監(jiān)控和偶爾調(diào)整設(shè)備， 還可以穿插其他作業(yè)。

2）節(jié)省時(shí)間。采用人工噴砂， 1 次噴砂作業(yè)一般需耗時(shí)90 min 左右。使用噴砂機(jī)噴砂， 1 次噴砂作業(yè)僅需45 min。

2.3.3 SCR9000鑄輪噴砂機(jī)改進(jìn)方向

1）摩擦輪改進(jìn)。摩擦輪最初選用的是包膠摩擦輪， 使用壽命短， 需委外包膠， 價(jià)格高、 時(shí)間長。后期對(duì)摩擦輪進(jìn)行了改進(jìn)， 采用多層耐磨夾布橡膠板， 磨損均勻， 更換方便， 不需要委外維修。

2）氣缸對(duì)摩擦輪的壓緊方式有改進(jìn)空間。在使用過程中發(fā)生過氣缸壓得過緊， 將減速機(jī)軸頭壓斷的問題。后期可選用帶外齒的回轉(zhuǎn)支撐盤，用配套的小齒輪嚙合傳動(dòng)， 提高可靠性。

3 結(jié) 論

鑄輪是銅桿生產(chǎn)過程中最重要的零部件之一， 鑄輪表面狀態(tài)直接影響到澆鑄的結(jié)晶效果和產(chǎn)品品質(zhì)。SCR9000 鑄輪噴砂機(jī)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)［10］， 很好地解決了目前全球最大鑄輪的自動(dòng)噴砂問題， 解決了生產(chǎn)所需。