脫箱造型線鑄造車間設(shè)計(jì)

郭廷濤

（機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽 471039）

近年來，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鑄件需求的日益增加，各汽車廠商紛紛投資新建或擴(kuò)建鑄造廠，下面對(duì)某公司委托我院設(shè)計(jì)年產(chǎn)2萬t鑄件的鑄造車間作一介紹，以供同行參考。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)

該鑄造廠以生產(chǎn)汽車底盤懸掛件為主，有減震器支架、后簧支架、后橋蓋板、液壓缸支架、轉(zhuǎn)向器支架、平衡軸支架、墊板等，產(chǎn)品種類約300多種，材質(zhì)為球鐵件，鑄件單重1 kg～52 kg.

采用兩班平行工作制生產(chǎn)，全年工作250 d，設(shè)備年時(shí)基數(shù)3680 h.完成年產(chǎn)2萬t鑄件的鑄造車間設(shè)計(jì)。

2 設(shè)備選型

2.1 造型設(shè)備[1]

由于該廠鑄件種類多，大部分鑄件外形尺寸小、重量輕，結(jié)合鑄件的生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)考慮鑄件生產(chǎn)的靈活性，造型選用一條水平分型脫箱造型線和一條垂直分型脫箱擠壓式造型線。兩條造型線布線簡單，生產(chǎn)效率高，且均不需要砂箱，一次投資少。

水平分型脫箱造型線選用容易下芯的2工位造型機(jī)，砂塊尺寸700mm×600mm，砂塊厚度180 mm～250 mm可調(diào)。在造型主機(jī)內(nèi)有兩副砂箱交替，當(dāng)一副砂箱在主機(jī)內(nèi)完成造型、起模后旋轉(zhuǎn)到下芯脫箱工位，另一副砂箱旋轉(zhuǎn)到主機(jī)內(nèi)進(jìn)行造型。在下芯脫箱工位完成下芯、合型、脫離砂箱，將砂胎推入澆注區(qū)域。

水平分型脫箱造型線包括造型機(jī)、取放壓鐵裝置、自動(dòng)鑄型輸送機(jī)和同步皮帶機(jī)冷卻線，PLC控制。冷卻時(shí)間90 min。該線具有單獨(dú)的下芯工位，下芯時(shí)間9s，整線生產(chǎn)率180型/h.

垂直分型脫箱擠壓式造型線為垂直分型、射砂、脫箱擠壓式造型線，砂塊尺寸640 mm×480 mm，砂塊厚度120 mm～330 mm可調(diào)，該線沒有砂箱，在造型主機(jī)內(nèi)完成垂直射砂、垂直分型的造型任務(wù)，下芯機(jī)構(gòu)將砂芯送入造型機(jī)內(nèi)下入型腔后，推出機(jī)構(gòu)將砂胎推出進(jìn)行合型，然后砂型進(jìn)入澆注區(qū)域。

垂直分型脫箱擠壓式造型線包括造型機(jī)、自動(dòng)下芯機(jī)、自動(dòng)鑄型輸送機(jī)和同步皮帶機(jī)冷卻線，PLC控制。冷卻時(shí)間（根據(jù)不同的砂塊厚度）30min～45min，最大生產(chǎn)率約300型/h.

2.2 熔化設(shè)備[2]

熔化采用一套12.5 t的“一拖二”中頻無芯感應(yīng)電爐熔煉鐵液，選用8000 kW的電源，該電爐為雙爐體、雙供電電源。雙爐體使得一個(gè)爐體熔煉的同時(shí)另一個(gè)爐體保溫調(diào)整成份出鐵液；雙供電電源連續(xù)地給2臺(tái)爐體輸送電功率。

電爐配備傾轉(zhuǎn)式吸煙罩，可以向前和向后翻轉(zhuǎn)，以利于扒渣和加料，同時(shí)可以有效收集球化、熔煉過程中產(chǎn)生的煙氣，改善車間環(huán)境。

2.3 砂處理設(shè)備

采用一套砂處理能力為100 t/h的砂處理系統(tǒng)。為滿足兩條造型線對(duì)型砂性能的不同要求，同時(shí)考慮減少建設(shè)投資，砂處理工部從落砂到進(jìn)混砂機(jī)之前對(duì)舊砂的處理采用兩條造型線共用一套處理系統(tǒng)；為兩條造型線各選配一臺(tái)混砂機(jī)，混好的型砂通過相互獨(dú)立的帶式輸送機(jī)分別向兩條造型線輸送。

選用2臺(tái)高效轉(zhuǎn)子混砂機(jī)，生產(chǎn)率分別為60t/h和40t/h.配備多角篩、沸騰冷卻床對(duì)舊砂進(jìn)行篩分和冷卻。冷卻后的舊砂溫度一般為環(huán)境溫度加10℃、最高溫度小于49℃；舊砂濕度控制在（2±0.5）%。

2.4 制芯設(shè)備

制芯采用覆膜砂殼芯工藝[3]，外購成品覆膜砂。雖然覆膜砂的成本較高，但制成殼芯，相對(duì)成本高出不多，由于覆膜砂殼芯的精度高，熱強(qiáng)度大，發(fā)氣量少，潰散性好，其結(jié)果是鑄件內(nèi)在質(zhì)量好，廢品率低，沒有芯砂混制單元，省投資，生產(chǎn)好管理，綜合效果好。制芯設(shè)備搬遷利用原有的Z 956殼芯機(jī)8臺(tái)。

2.5 清理設(shè)備

清理主要采用拋丸+人工打磨的處理工藝完成對(duì)鑄件的表面精整。

拋丸采用履帶式拋丸清理機(jī)，配備自動(dòng)加料系統(tǒng)。以履帶為載體，將鑄件不斷的進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，拋丸器將鋼丸拋射到正在翻滾的鑄件表面上，去除鑄件表面粘砂。

3 車間平面布置設(shè)計(jì)

脫箱造型線布線比較簡單，水平分型脫箱造型線澆注段與冷卻段分開，平行布置，冷卻段采用一條皮帶輸送機(jī)輸送砂胎完成鑄件在砂型內(nèi)的冷卻；垂直分型脫箱擠壓式造型線澆注段和冷卻段呈“一”字形布置，澆注段后緊接著就是冷卻段，冷卻段也是采用一條皮帶輸送機(jī)輸送砂胎完成鑄件在砂型內(nèi)的冷卻。

與氣流預(yù)緊實(shí)加壓實(shí)造型線不同，脫箱造型線造型主機(jī)在整條線的一端布置，而落砂工位在造型線的另一端，這就使得砂處理系統(tǒng)易采用與造型線平行的布置形式。

該車間設(shè)計(jì)時(shí)將兩條造型線布置在一個(gè)24 m跨內(nèi)，將砂處理系統(tǒng)布置在造型線側(cè)面的一個(gè)12 m跨內(nèi)，這樣混好的型砂距離造型主機(jī)距離最短，型砂輸送過程中水分損失少，有利于保證型砂質(zhì)量。

熔化、制芯、清理與造型線的車間布置關(guān)系主要考慮兩種布置方案[4]。

方案一：造型工部、砂處理工部和熔化工部采用“三”字形平行布置，制芯工部與清理工部布置在車間的兩端。如圖1所示。

圖1 造型工部、砂處理工部和熔化工部“三”字形平行布置圖

方案二：造型工部、砂處理工部和制芯工部采用“三”字形平行布置，熔化工部與清理工部布置在車間的兩端。如圖2所示：

圖2 造型工部、砂處理工部和制芯工部“三”字形平行布置圖

兩種布置方案均以造型線為核心，其他工部在造型線周圍分散布置，從鐵液運(yùn)輸?shù)脚f砂的回收及型砂的輸送，從砂芯的輸送到鑄件送往清理，輸送線路短捷。但考慮到鐵液和砂芯運(yùn)輸，方案二不容易解決鐵液和砂芯運(yùn)輸線路的交叉問題，存在安全隱患，且會(huì)增加車間占地面積，在經(jīng)過方案綜合對(duì)比后最終選用方案一。詳見圖3車間平面布置圖。

鑄造車間建筑面積約9700 m2，全長162 m，寬54 m.采用縱橫跨的布置形式，鑄造車間的五大工部——熔化工部、造型工部、砂處理工部、制芯工部和清理工部，集中布置在一個(gè)車間內(nèi)，整體布局緊湊，物流順暢。

車間公用輔助設(shè)施如變電所、空壓站、循環(huán)水泵房等靠近負(fù)荷中心就近貼建，有效降低了能耗。

結(jié)合廠區(qū)整個(gè)物流情況，該車間呈南北布置，

清理工部位于北端，靠近廠區(qū)成品庫；熔化工部位于東側(cè)，靠近廠區(qū)原材料庫。

4 鐵液輸送設(shè)計(jì)

目前常用的鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)方式有叉車、起重機(jī)、電動(dòng)平車等，車間布局不同，選用的轉(zhuǎn)運(yùn)方式也不同。

從脫箱造型線的特點(diǎn)可以看出，脫箱造型線與氣流預(yù)緊實(shí)加壓實(shí)造型線不同，下芯工位就在造型主機(jī)處，而造型澆注段也緊鄰造型主機(jī)，造好的砂型應(yīng)盡快完成澆注，同時(shí)為保證澆注質(zhì)量，鐵液從熔化到澆注的輸送距離越短越好。若繼續(xù)采用上述的鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)方式，都會(huì)存在砂芯輸送與鐵液輸送交叉問題，且砂芯與鐵液運(yùn)輸量都比較大，鐵液在輸送過程中存在安全隱患。

為解決上述問題，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)車間整體布局方案反復(fù)推敲對(duì)比，設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)的鐵液輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)以自行葫蘆為載體，在環(huán)形輸送軌道上全自動(dòng)運(yùn)行[5]，不需要工人跟隨操作，當(dāng)兩條造型線需要鐵液時(shí)，只需發(fā)出信號(hào)，鐵液就會(huì)自動(dòng)送到指定位置。

鐵液輸送系統(tǒng)采用PLC可編程控制，配單極組合式滑觸線，分段供電，工位按紐站操縱或遙控器操縱；自行葫蘆采用冶金專用鋼絲繩電動(dòng)葫蘆，具備起升雙速0.8m/min、8m/min，小車運(yùn)行速度30 m/min（空載）、20 m/min（帶負(fù)荷）。全線共設(shè) 5個(gè)工位，鐵液裝包2個(gè)工位、澆注倒包工位2個(gè)、檢修工位1個(gè)。共配備4臺(tái)自行葫蘆同時(shí)運(yùn)行，輸送鐵液13.5 t/h。

5 結(jié)語

鑄造車間是一個(gè)全面的系統(tǒng)工程，車間設(shè)計(jì)牽涉到總圖、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通等多個(gè)專業(yè)，鑄造工藝種類又很多，不同生產(chǎn)工藝的鑄造車間工藝布局會(huì)相差很大，即便是采用相同的工藝設(shè)備，結(jié)合全廠的規(guī)劃布局及地形情況，鑄造車間設(shè)計(jì)也會(huì)不同。合理的車間布置及工藝選型不僅可以減少建設(shè)成本，而且在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)可以降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

［1］鑄造設(shè)備選用手冊編委會(huì).鑄造設(shè)備選用手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

［2］張伯明主編.鑄造手冊鑄鐵卷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

［3］鑄造車間和工廠設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).鑄造車間和工廠設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

［4］白鳳文.如何發(fā)展現(xiàn)代鑄造之我見//［G］.第10屆中國鑄造協(xié)會(huì)年會(huì)會(huì)刊.464-469.

［5］機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.