粘土砂鑄造造型線的選用與生產(chǎn)維護

賈 瑛

（濟南鑄鍛機械研究所，山東 濟南 250000）

由于粘土砂鑄造具有造型效率高、生產(chǎn)周期短、材料成本低，便于組織流水生產(chǎn)、適應(yīng)各種造型的能力很強等特點，因此粘土砂鑄造是使用較久而且仍是目前應(yīng)用較廣的一種鑄造方法。粘土砂鑄造主要應(yīng)用于生產(chǎn)中小型鑄件，特別是應(yīng)用于大批量機械化造型生產(chǎn)汽車、拖拉機、柴油機、輕紡機等鑄件。粘土砂鑄造工藝的發(fā)展一直是和造型機械及造型工藝的發(fā)展緊密相聯(lián)的。在鑄造工藝中除傳統(tǒng)的手工造型外，高壓造型、射壓造型、氣沖造型和靜壓造型等新工藝，也都是以粘土砂為基礎(chǔ)開發(fā)的。各種新工藝的實施，使粘土砂造型的生產(chǎn)率、砂型的緊實度、鑄件的尺寸精度不斷提高，鑄件表面粗糙度值則不斷降低；粘土砂在鑄造生產(chǎn)中的地位更加重要。

1 粘土砂造型線介紹

粘土砂造型設(shè)備有單機造型和多機造型，多機造型是由多臺造型機組成簡單的機械化造型線，如常規(guī)的環(huán)形連續(xù)式機械化線或開放式多條小車組成的開式造型半自動線，其開式線可液壓驅(qū)動也可電伺服驅(qū)動。電伺服驅(qū)動的開式造型線故障少，電伺服驅(qū)動小車運行平穩(wěn)可靠。故自動造型線大多由開放式運模車組成。

自動造型線按緊實工藝不同大體分為：1）射壓造型自動線：水平分型脫箱射壓線和垂直分型脫箱射壓線；2）重力加砂高壓壓實脫箱造型自動線；3）氣流沖擊（氣沖）造型自動線，沖擊波加砂緊實；4）靜壓造型自動線，氣流加砂高壓壓實；

5）多觸頭高、中壓壓實造型自動線（壓實比壓為7 kg/cm2時稱其中壓，高于7 kg/cm2為高壓）。隨著氣壓造型和靜壓造型工藝、設(shè)備技術(shù)的成熟，選用高壓造型工藝設(shè)備則日益減少。因氣沖造型和靜壓造型緊實工藝優(yōu)于高壓造型，近些年來靜壓造型工藝更優(yōu)越與氣沖造型，現(xiàn)在是靜壓造型工藝引領(lǐng)有箱造型線的時代。

1.1 水平分型脫箱射壓造型自動線

目前國內(nèi)生產(chǎn)水平分型脫箱射壓造型自動線的企業(yè)很多，下面介紹幾種有代表性的產(chǎn)品。

無錫市華佩機械制造有限公司生產(chǎn)的XZ42系列產(chǎn)品是一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的型板壓實的國產(chǎn)造型自動線，其液壓、氣動、電控系統(tǒng)多為進口原裝產(chǎn)品配置。其性能穩(wěn)定、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠，現(xiàn)已有10多條線在運行中。其性價比比較優(yōu)越。砂型尺寸規(guī)格：550mm×50mm，650mm×60mm，650mm×560mm，700mm×600mm，高為130mm～250mm。

青島新東機械有限公司生產(chǎn)的FBO、FBM系列產(chǎn)品近年來在國內(nèi)銷售較多，天津亨特爾機電發(fā)展有限公司生產(chǎn)的AMF系列全自動雙面模板脫箱射壓造型自動線近年來在國內(nèi)的銷量逐年增多。青島新東和天津亨特爾兩公司生產(chǎn)的水平分型脫箱射壓造型線其造型機分別由日本新東公司和日本東久公司原裝進口，青島和天津兩公司分別配以輔機后將全線向國內(nèi)銷售。因主機進口，其價格比較貴。日本光洋公司生產(chǎn)的全自動水平分型脫箱射壓造型自動線近年來國內(nèi)有一定銷售量。

1.2 垂直分型無箱射壓造型自動線

國內(nèi)生產(chǎn)垂直分型無箱射壓造型自動線的企業(yè)主要有保定維爾鑄機公司、上海自豐公司和保定市科萌機電技術(shù)開發(fā)有限公司等，其性價比較優(yōu)。丹麥迪砂公司和西班牙公司進口垂直分型無箱射壓線也較多。DISA230擠壓線無芯造型生產(chǎn)率可達500型/h，錯箱誤差可小于0.1mm，但價格昂貴。

1.3 重力加砂高壓壓實脫箱造型自動線

亨特自動化上海公司生產(chǎn)G、H系列重力加砂高壓壓實脫箱造型自動線。從HMP-10～HMP-32型均有供貨，其產(chǎn)品造型機均由美國亨特公司進口，輔機由上海公司生產(chǎn)價格貴些。我國最早在70年代進口亨特造型機及亨特線。

1.4 氣流沖擊造型自動線

80年代以來氣沖造型技術(shù)首先由瑞士GF公司和法國BMD公司相繼研發(fā)成功并推向世界鑄造業(yè)。我國氣沖造型技術(shù)由原機械工業(yè)部濟南鑄鍛研究所于1987年開發(fā)成功并推向市場，后蘇州鑄機廠也研發(fā)成功氣沖造型線，濟南鑄鍛所研發(fā)的氣沖線在90年代很暢銷，用戶達20家之多。濟南所氣沖線現(xiàn)在仍運轉(zhuǎn)正常的有：徐工集團鑄造總廠、保定徐水柴油機配件廠的氣沖機組兩條，揚州市動力機廠等單位使用年限在14 d～20d左右。我國最早引進國外氣沖線目前仍在使用中的單位有：成都柴油機廠BMD線，常州柴油機廠的瑞士GF線，二汽50廠。瑞士GF線砂箱尺寸為1540×750×300/300（mm）生產(chǎn)載車球鐵后橋。一汽二鑄廠瑞士GF線尺寸為12×800×300/300（mm）生產(chǎn)汽車缸體；北汽福田沈陽鑄造廠的瑞士GF等。

1.5 靜壓造型自動線

靜壓造型為氣流加砂高壓壓實（有多觸頭和平壓頭兩種）。靜壓造型始于80年代初，主要有日本新東公司發(fā)明并推向市場，后德國HW公司購買新東技術(shù)并稱為HWS產(chǎn)品。80年代末90年代初我國相繼有進口，主要是日本新東公司產(chǎn)品，如天氣發(fā)廠、咯東安廠等。90年代后期濟南鑄鍛所和蘇州鑄機廠相繼生產(chǎn)靜壓造型自動線，濟南鑄鍛所多為德國HWS配靜壓造型機，蘇州鑄機廠多為日本新東配主機。先濟南鑄鍛所和蘇州鑄機廠均承接全線國產(chǎn)產(chǎn)品，由于電、液、氣全為進口配套，所以使用很可靠。其機械運轉(zhuǎn)率均很高。國產(chǎn)線價格1000多萬元，進口主機全線價在2000萬元以上。北方奔馳兩條靜壓造型線分別為濟南鑄鍛所和蘇州鑄造機械廠制造。近年來一汽鑄造一廠改造線多為德國KW公司靜壓造型線，青島特汽、一汽錫柴廠等地也進口KW公司產(chǎn)品。

靜壓造型技術(shù)優(yōu)越于其他幾種緊實工藝。靜壓造型型腔內(nèi)的砂型硬度分布均勻，其硬度均在85～90個硬度單位以上，是制造發(fā)動機缸體、殼體鑄件以及形狀復(fù)雜、多芯鑄件的最佳緊實工藝，是制造復(fù)雜件、出口鑄件的較理想設(shè)備。由于造型線結(jié)構(gòu)復(fù)雜、砂箱多、制造精度高等原因，其價格較高。

1.6 多觸頭中高壓造型自動線

多觸頭分為氣動和液壓觸頭兩種。還可分為主動式多觸頭和浮動式多觸頭。二汽60年代末為最早進口高壓造型自動線的廠家，兩條生產(chǎn)線分別是德國KW公司產(chǎn)品和德國BMD產(chǎn)品。二汽48廠運用KW線生產(chǎn)發(fā)動機缸體，二汽50廠用BMD線。一汽此間引進兩臺DFM4高壓造型機自己組線，其規(guī)格為1200mm×800mm和1050mm×750mm。因氣沖線和靜壓線相繼問世，選用高壓造型工藝日漸減少。采用氣沖和靜壓造型工藝優(yōu)于高壓造型工藝。

2 粘土砂造型設(shè)備和造型自動線的選用

造型設(shè)備和造型自動線的選用主要從幾個方面考慮：鑄件的結(jié)構(gòu)與大小、產(chǎn)品批量、復(fù)雜程度、附加值高低、尺寸精度要求等等。首先，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)尺寸確定砂箱尺寸，而砂箱內(nèi)尺寸是由鑄件形狀尺寸，在模板上工藝布置和鑄件的批量而定制。如果是內(nèi)銷產(chǎn)品，附加值又不高，一般性的汽車零件其首選是國產(chǎn)造型線，國產(chǎn)機械化線（環(huán)行線）或帶有步分自動控制的步移式鑄型輸送機（小車）-開式半自動造型線。并配以多臺Z0806、Z148E、Z145、Z146等造型機和推箱機、振動輸送落砂機（或滾筒式落砂機）組成推、捅、落機組、并配以砂箱輸送滾道和部分氣吊或電弧爐組成較復(fù)雜的機械化半自動線。俗稱“開式造型線”，全線價格在150～190（萬元）左右（不含砂箱制造費）。開式步移小車式半自動機械化造型線主要生產(chǎn)廠商有：濟南鑄鍛所、山東濰坊機床二廠、常州通力、卓文、保定鑄機等。這幾家公司銷售量較大，得到用戶的贊許。

如果啟動資金有限，而鑄件生產(chǎn)批量大，鑄件復(fù)雜，芯子又多，品種又多的產(chǎn)品，可以優(yōu)先選用國產(chǎn)自動生產(chǎn)線，如：無錫市華佩機械制造有限公司生產(chǎn)的XZ42系列水平分型射壓造型自動線。如圖1所示。

XZ42系列造型線的特點：1）采用射砂加模板壓實的造型工藝，采用模板壓實更符合鑄造工藝要求，能獲得尺寸精度高，表面質(zhì)量好的鑄件。2）采用十字穿梭機構(gòu)，下箱雙工位機外下芯（不停機）——下芯時間充裕、操作方便、安全可靠（又稱三箱機，即兩個下箱一個上箱），下芯時間（不停機）可達30s，成產(chǎn)率可達90箱/h。3）合型精度高，在箱形模板框內(nèi)開上下凹凸砂型分型面，防止合箱后上下砂型的錯移，較好的解決了二次錯箱的問題。4）采用觸摸屏電控系統(tǒng)，PLC+觸摸屏控制方式，電器元件配套上選用原裝進口產(chǎn)品，對提高造型線的可靠性有了重要保證。氣動元件選用日本進口產(chǎn)品，液壓系統(tǒng)采用上海704所（艦船研究所）設(shè)計生產(chǎn)的插裝閥組及與之配套的美國威格士公司（VIKERS）系列先導(dǎo)閥，臺灣油巖公司生產(chǎn)的PV2R3低噪音葉片閥，經(jīng)多年實際使用一致反映液壓系統(tǒng)使用性能良好，特別適應(yīng)鑄造車間環(huán)境，全線穩(wěn)定可靠、維護保養(yǎng)方便，對于中小復(fù)雜、大批量多品種、芯子多的鑄件最為適宜，對于批量大、芯子多、附加值高的中小復(fù)雜鑄件可選用具有進口主機的生產(chǎn)線。如：天津市亨特爾機電公司的AMFⅡ單工位水平分型射壓造型線；AMFⅢ（三箱機），其下箱為雙工位下芯，不影響造型速度；AMFⅣ型自動造型機（雙工位）即四箱機，兩上箱兩下箱，一個造型工位一個下芯脫箱工位。經(jīng)山東壽光鑄造公司使用，其性能可靠，運行平穩(wěn)，配備自動澆注機生產(chǎn)速度可達180整型/h，如圖2所示。

青島新東公司的FBO、FBM系列自動造型線也適用于上述鑄件的生產(chǎn)。如芯子多、批量大的中小型鑄件可選用 FBM-Ⅳ700×600×170-200、FBM-Ⅳ700×600×220-250生產(chǎn)線。

煙臺勝地公司已有四條FVN-Ⅳ線在正常生產(chǎn)，主要生產(chǎn)盤類鑄件。萊州三力公司也有兩條線在正常生產(chǎn)剎車盤鑄件，該線生產(chǎn)率可達171型/h。對于鑄件不很復(fù)雜，芯子又不多的中小件可選用日本光洋（KOYO）公司的旋轉(zhuǎn)雙工位無箱水平分型射壓造型自動線。對于批量大，芯子少的中小型鑄件可選用垂直分型無箱射壓造型自動線。芯子多不宜選用此種造型線，除非購置自動下芯機，進口下芯機太昂貴，而國產(chǎn)下芯機可靠性差。資金充足出口鑄件可選用丹麥（DISA）迪沙公司擠壓造型自動線或西班牙羅拉門迪線。否則可選用國產(chǎn)擠壓線，其性能質(zhì)量均還可以，性價比較高。對于批量大芯子少的不太復(fù)雜鑄件可選用上海亨特造型自動線。該線造型機從美國亨特公司原裝進口，亨特上海公司配以輔機和步移式鑄型輸送機，該線運行穩(wěn)定可靠，如圖3所示。

圖1 無錫華佩XZ42-6556A水平分型脫箱射壓造型自動線

圖2 天津亨特爾需長時間冷卻的多列澆注線造型自動線

圖3 上海享特造型自動線布置

近年來選用氣流沖擊造型自動線的用戶逐漸減少，氣沖造型自動線不易制造復(fù)雜箱體鑄件，特別不易制造截面小而深的吊砂鑄型，因沒有壓實工序。此類鑄件逐步由靜壓造型自動線所取代。又因氣沖造型沒有壓實工序，雖可減少扎氣孔，但背面松砂層較厚而易刮掉，所以型砂消耗量要大于靜壓造型20%左右。

近年來靜壓造型自動線需求量逐漸加大，現(xiàn)進口和國產(chǎn)靜壓線達幾十條，使用情況均很滿意，穩(wěn)定可靠運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、故障率低。其鑄件質(zhì)量好，成品率高，靜壓造型適宜形狀復(fù)雜芯子多、壁薄批量大的中大型鑄件。是發(fā)動機缸體最為理想的造型緊實工藝。批量大附加值高的缸體、缸蓋類鑄件可選用進口靜壓造型自動線，如資金較緊可只進口主機（造型機），其輔機和砂箱則由國內(nèi)制造。國內(nèi)制造輔機配以進口電器、液壓、氣動元器件，這樣選用性價比最為適宜。如果各種油缸、密封也全進口或合作生產(chǎn)，其全線性能、可靠性大大提高，與進口線無什么差異.如果資金短缺可選用全部為國產(chǎn)靜壓自動造型線，其液、電、氣配套件全部進口則性價比最優(yōu)。其生產(chǎn)使用性能亦是平穩(wěn)可靠的。進口靜壓造型自動線可購置日本新東公司、法國HWS公司產(chǎn)品，也可進口法國KW公司產(chǎn)品。長春九院承接設(shè)計三項目和一汽鑄造公司選用的靜壓造型自動線多為法國KW公司的產(chǎn)品，如一汽錫柴、青島特汽均為KW公司產(chǎn)品。HWS和蘇州鑄機廠靜壓自動線布置圖如圖4、圖5所示。

圖4 HWS公司多功能靜壓造型線

圖5 蘇州鑄造機械廠靜壓造型全自動線

3 粘土砂鑄造車間的技改和新建要注意的問題

1）在廠房設(shè)計和廠房改造時，一定要充分考慮廠房高度、采光、通風(fēng)換氣、防熱、防冷。一般造型線的最高點是砂斗標(biāo)高H。

2）選用國產(chǎn)設(shè)備時，主要技術(shù)參數(shù)——生產(chǎn)率技術(shù)參數(shù)要乘一個損失系數(shù)，特別是造型線的速度、混砂機的生產(chǎn)率、電爐熔化能力等等?；焐皺C的生產(chǎn)率一般要按額定生產(chǎn)率的70%～75%計算。如S1420T-B轉(zhuǎn)子混砂機樣本上生產(chǎn)率是32 t/h～35 t/h，它實際最大的生產(chǎn)率為25 t/h。按32 t/h計算，它的折扣數(shù)為0.78，如果按35 t/h計算，它的折扣數(shù)為0.72。如果造型線和熔煉的生產(chǎn)率都達到設(shè)計要求后而混砂機能量只能滿足生產(chǎn)率要求的70%，這樣投資太不合算了。再是砂冷卻也要按說明書達80%折扣，1號斗提機也不容選小，因舊砂來砂不是均勻的，必須考慮最大選取。

3）在設(shè)計砂處理系統(tǒng)時，盡量把球鐵和灰鐵的舊砂斗分開，球鐵件和灰鐵件型砂煤粉含量不同，球鐵件型砂煤粉量應(yīng)高一些，否則氣孔缺陷難以解決。

4）車間各工部設(shè)計中，一定遵循混砂容量要大于造型線的需要量。爐子熔化量要略小于造型線的生產(chǎn)量，決不可出現(xiàn)鐵水等造型。

新建鑄造廠要整理規(guī)劃好，分步實施，并要聽取各方鑄造業(yè)界專家意見，市場變化快，要把握市場、抓住機遇、總體規(guī)劃、分步實施、先易后難。盡量提高造型線的運轉(zhuǎn)率（開動率）。

4 提高造型自動線的運轉(zhuǎn)率（開動率）

鑄造車間的生產(chǎn)管理是一個系統(tǒng)工程，首先車間各工部設(shè)計、流程、物流要合理順暢。最好要設(shè)計成鑄件不落地。鑄件從震動輸送落砂機或落砂滾筒（或落砂冷卻輥筒）送入鱗板輸送機（最好為重型鱗板機）。并在鱗板輸送機上取出澆冒口，澆冒口放入周轉(zhuǎn)箱而鑄件上懸鏈進入清理機，被清理后的鑄件放在鱗板輸送機上，鱗板輸送機一側(cè)為打磨砂輪機，經(jīng)打磨后的鑄件放入吊鏈進入噴清室進行清理后再進入噴漆房進行底漆噴涂后烘干入周轉(zhuǎn)箱。這樣運作大量減少鑄件的往返搬運以節(jié)省勞務(wù)，提高生產(chǎn)效率.雖然增加了設(shè)備投資，但對于大批量生產(chǎn)來說卻會降低成本。

提高造型線的機械運轉(zhuǎn)率關(guān)系到造型線本身的可靠性、平穩(wěn)性與少故障率。首先是砂處理工部系統(tǒng)的可靠正常運行，保證按時如數(shù)供應(yīng)合格的型砂則是非常重要的，前邊已介紹砂處理設(shè)計最大卡脖子為混砂機和砂冷卻設(shè)備的生產(chǎn)率不匹配.國產(chǎn)S11、S14系列按自動生產(chǎn)狀態(tài)3min混制一盤砂（含加料、混制、出料）全過程時間。一套砂處理過程要有30臺～40臺套設(shè)備和一大套非標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)組成還有幾十個檢測儀器，哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響供砂，因此對設(shè)備和各元器件性能要求一定要過關(guān)，對于設(shè)備的維護和保養(yǎng)、檢修一定要及時，對于技工要求熟練程度都是很高的。同時要備有充足的備件，一但停機要在幾分鐘內(nèi)搶修完畢。砂處理設(shè)備最高點在8 m～9 m、12m～13m高，最低點在地下4m～5m。在生產(chǎn)過程中除混砂操作中準(zhǔn)確操作，砂型實驗中及時檢測型砂性能外，還要安排一名設(shè)備訓(xùn)視工，及時解決?？傊?，檢修設(shè)備要有預(yù)見性，減少故障率。砂處理中，舊砂灰分含量一般不能超過14%～16%，如有超過，兩種處理方式，一是拋掉一批舊砂給手工造型用，一是加大新砂加入量，最好方法是前者。砂處理設(shè)備多，潤滑點亦多，一定要定期補加潤滑油并形成制度。總之，砂處理能夠正常運行則是提高造型自動線機械運轉(zhuǎn)率最關(guān)鍵的一個工序。

提高造型線的運轉(zhuǎn)率（開動率）造型線本身的故障率減少則是最關(guān)鍵的一個技術(shù)指標(biāo)。造型線自己的故障要控制在3%以下最好要在2%以內(nèi)，最好不超過5%。8 h一班停機不超過10min～15min，最多不超過25min，這是一個很硬的指標(biāo)。管理得當(dāng)并不難，一條線除主機-造型機外，還有一些輔機、油缸、氣缸等執(zhí)行元件達30～40（種），甚至更多，液化氣動控制元器件更多達100多個信號元件?？傊?，任何部位出現(xiàn)故障必得停機。要少停機不停機，需要造型線始終處于良好的狀態(tài)，要加強管理，有一個強有力的維修、操作班子，一定要把問題暴露在出現(xiàn)問題前，提早維護提前檢修。一定要備足備品備件，哪怕是一個小密封圈也不要漏掉。萬一出現(xiàn)問題，可減少停機檢修時間，進一步提高造型自動線的開動率。

制芯和下芯也是提高造型自動線之開動率關(guān)鍵工序之一。首先保證運送到造型準(zhǔn)備下芯的各種芯子一定要合格。芯子的運輸和存放都要方便下芯工的拿取，較復(fù)雜的芯子下到型砂后要用檢測樣板測量校正，并防止芯子在砂型的運動過程移位，以防廢品的發(fā)生。

熔化澆注則是造型自動線開動率的最關(guān)鍵的一個工序。絕不可以讓鐵水等造型線，但造型可等鐵水，并盡量等的時間較少。最好選用一拖二電爐，如蘇州振吳電爐廠的設(shè)備，其可靠性熔化率都很高。如果選用高速生產(chǎn)線如線180整型/h，或171整型/h，最好也要購置進口的自動澆注機，否則生產(chǎn)率也只能達到120～125（箱/h），國產(chǎn)自動澆注機如濟南鑄鍛機械研究所和蘇州鑄機廠均有生產(chǎn)，在實際生產(chǎn)使用中，可靠性也比較高，價格在100萬元左右，而進口澆注機在300～500（萬元）之間。如果手工澆注，一定要在停機狀態(tài)澆注以減少廢品率。

5 選取好的新砂和輔料以保證造型線的正常運轉(zhuǎn)

我國供應(yīng)造型用新砂和輔料的廠商很多，但其品味差異極大。其好的新砂加入量可在5%以下，而煤粉、膨潤土加入量小于1%。而質(zhì)次的新砂要在10%～15%，煤粉在2%以上，膨潤土在4%～5%或更多，其灰分亦很多。為保證成品率在95%～98%及以上，舊砂的灰分一定要低于14%～16%，質(zhì)差者再無法生產(chǎn)。

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