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粘土砂铸造造型线的选用与生产维护

2020-11-20 来源:锐游网
2010年第1期 2010年 2月 ・铸造设备与工艺 Feb.2010 Nol FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY 设备研究・ 粘土砂铸造造型线的选用与生产维护 贾瑛 (济南铸锻机械研究所,山东济南 250000) 摘要:结合作者多年从事铸造车间设计以及造型线设计的经验,介绍了粘土砂铸造车间常用造型设备与 造型线种类。以具体事例介绍了目前我国铸造厂主要使用的造型设备与造型线的特点与使用情况;详细介绍了 不同产品对造型线的要求与选择造型线的具体方法:提出了粘土砂铸造车间的技改和新建要注意的问题以及保 证造型线正常运转的措施 关键词:粘土砂;铸造车间;造型线;运转率 中图分类号:TG231 文献标识码:A 文章编号:1674—6694(2010)01—0010—05 由于粘土砂铸造具有造型效率高、生产周期 静压造型自动线,气流加砂高压压实; 短、材料成本低,便于组织流水生产、适应各种造型 的能力很强等特点.因此粘土砂铸造是使用较久而 且仍是目前应用较广的一种铸造方法。粘土砂铸造 主要应用于生产中小型铸件。特别是应用于大批量 机械化造型生产汽车、拖拉机、柴油机、轻纺机等铸 件。粘土砂铸造工艺的发展一直是和造型机械及造 型工艺的发展紧密相联的。在铸造工艺中除传统的 手工造型外,高压造型、射压造型、气冲造型和静压 造型等新工艺,也都是以粘土砂为基础开发的。各 种新工艺的实施,使粘土砂造型的生产率、砂型的 紧实度、铸件的尺寸精度不断提高,铸件表面粗糙 度值则不断降低:粘土砂在铸造生产中的地位更加 重要 5)多触头高、中压压实造型自动线(压实比压 为7 kg/cm2时称其中压,高于7 kg/em 为高压)。随 着气压造型和静压造型工艺、设备技术的成熟,选 用高压造型工艺设备则Et益减少。因气冲造型和静 压造型紧实工艺优于高压造型,近些年来静压造型 工艺更优越与气冲造型,现在是静压造型工艺引领 有箱造型线的时代。 1.1 水平分型脱箱射压造型自动线 目前国内生产水平分型脱箱射压造型自动线 的企业很多,下面介绍几种有代表性的产品。 无锡市华佩机械制造有限公司生产的XZ42系 列产品是一种具有自主知识产权的型板压实的国 1粘土砂造型线介绍 产造型自动线,其液压、气动、电控系统多为进El原 装产品配置。其性能稳定、运转平稳、可靠,现已有 10多条线在运行中。其性价比比较优越。砂型尺寸 规格:550 mmx5o mm,650 mmx60 mm,650 mmx 粘土砂造型设备有单机造型和多机造型,多机 造型是由多台造型机组成简单的机械化造型线。如 常规的环形连续式机械化线或开放式多条小车组 560 mm,700 mmx600 mm,高为130 mm-250 mm。 青岛新东机械有限公司生产的FBO、FBM系列 产品近年来在国内销售较多。天津亨特尔机电发展 有限公司生产的AMF系列全自动双面模板脱箱射 压造型自动线近年来在国内的销量逐年增多。青岛 新东和天津亨特尔两公司生产的水平分型脱箱射 压造型线其造型机分别由日本新东公司和日本东 久公司原装进口,青岛和天津两公司分别配以辅机 后将全线向国内销售。因主机进口,其价格比较贵。 日本光洋公司生产的全自动水平分型脱箱射压造 型自动线近年来国内有一定销售量。 1.2垂直分型无箱射压造型自动线 成的开式造型半自动线。其开式线可液压驱动也可 电伺服驱动。电伺服驱动的开式造型线故障少,电 伺服驱动小车运行平稳可靠。故自动造型线大多由 开放式运模车组成 自动造型线按紧实工艺不同大体分为:1)射压 造型自动线:水平分型脱箱射压线和垂直分型脱箱 射压线;2)重力加砂高压压实脱箱造型自动线;3) 气流冲击(气冲)造型自动线,冲击波加砂紧实;4) 收稿日期:2009—12—18 作者简介:贾瑛(1937一),男,高级工程师,主要从事车间设计与铸造 设备研究。 国内生产垂直分型无箱射压造型自动线的企 ・ 10・ 2010年第1期 贾 瑛:粘土砂铸造造型线的选用与生产维护 铸造设备与工艺 业主要有保定维尔铸机公司、上海自丰公司和保定 市科萌机电技术开发有限公司等,其性价比较优。 丹麦迪砂公司和西班牙公司进口垂直分型无箱射 压线也较多。DISA230挤压线无芯造型生产率可达 500型/h,错箱误差可小于0.1 mm,但价格昂贵。 1.3重力加砂高压压实脱箱造型自动线 亨特自动化上海公司生产G、H系列重力加砂 高压压实脱箱造型自动线。从HMP一10一HMP一32型 均有供货,其产品造型机均由美国亨特公司进口, 辅机由上海公司生产价格贵些。我国最早在70年 代进口亨特造型机及亨特线。 1.4气流冲击造型自动线 80年代以来气冲造型技术首先由瑞士GF公 司和法国BMD公司相继研发成功并推向世界铸造 业。我国气冲造型技术由原机械工业部济南铸锻研 究所于1987年开发成功并推向市场.后苏州铸机厂 也研发成功气冲造型线,济南铸锻所研发的气冲线 在90年代很畅销,用户达2O家之多。济南所气冲线 现在仍运转正常的有:徐工集团铸造总厂、保定徐水 柴油机配件厂的气冲机组两条,扬州市动力机厂等 单位使用年限在14 d~20 d左右。我国最早引进国外 气冲线目前仍在使用中的单位有:成都柴油机厂 BMD线,常州柴油机厂的瑞士GF线,二汽50厂。瑞 士GF线砂箱尺寸为1 54O×750×300/3O0(mm)生产 载车球铁后桥。一汽二铸厂瑞士GF线尺寸为12x 800x300/300(mm)生产汽车缸体:北汽福田沈阳铸 造厂的瑞士GF等。 1.5静压造型自动线 静压造型为气流加砂高压压实(有多触头和平 压头两种)。静压造型始于8O年代初,主要有日本 新东公司发明并推向市场,后德国HW公司购买新 东技术并称为HWS产品。80年代末90年代初我国 相继有进口,主要是日本新东公司产品,如天气发 厂、咯东安厂等。90年代后期济南铸锻所和苏州铸 机厂相继生产静压造型自动线.济南铸锻所多为德 国HWS配静压造型机,苏州铸机厂多为日本新东 配主机。先济南铸锻所和苏州铸机厂均承接全线国 产产品。由于电、液、气全为进口配套,所以使用很 可靠。其机械运转率均很高。国产线价格1 000多万 元,进I:1主机全线价在2 000万元以上。北方奔驰两 条静压造型线分别为济南铸锻所和苏州铸造机械 厂制造。近年来一汽铸造一厂改造线多为德国KW 公司静压造型线,青岛特汽、一汽锡柴厂等地也进 口KW公司产品 静压造型技术优越于其他几种紧实工艺。静压 造型型腔内的砂型硬度分布均匀,其硬度均在85— 90个硬度单位以上.是制造发动机缸体、壳体铸件 以及形状复杂、多芯铸件的最佳紧实工艺.是制造 复杂件、出口铸件的较理想设备。由于造型线结构 复杂、砂箱多、制造精度高等原因,其价格较高。 1.6多触头中高压造型自动线 多触头分为气动和液压触头两种。还可分为主 动式多触头和浮动式多触头。二汽6O年代末为最 早进口高压造型自动线的厂家.两条生产线分别是 德国KW公司产品和德国BMD产品。二汽48厂运 用KW线生产发动机缸体,二汽50厂用BMD线。 一汽此间引进两台DFM4高压造型机自己组线.其 规格为1 200 mmx800 mm和l 050 mmx750 mm。 因气冲线和静压线相继问世,选用高压造型工艺日 渐减少。采用气冲和静压造型工艺优于高压造型工 艺 2粘土砂造型设备和造型自动线的选用 造型设备和造型自动线的选用主要从几个方 面考虑:铸件的结构与大小、产品批量、复杂程度、 附加值高低、尺寸精度要求等等。首先,根据铸件结 构尺寸确定砂箱尺寸.而砂箱内尺寸是由铸件形状 尺寸,在模板上工艺布置和铸件的批量而定制。如 果是内销产品,附加值又不高.一般性的汽车零件 其首选是国产造型线,国产机械化线(环行线)或带 有步分自动控制的步移式铸型输送机(小车)一开式 半自动造型线。并配以多台Z0806、Z148E、Z145、 Z146等造型机和推箱机、振动输送落砂机(或滚筒 式落砂机)组成推、捅、落机组、并配以砂箱输送滚 道和部分气吊或电弧炉组成较复杂的机械化半自 动线。俗称“开式造型线”,全线价格在150~190(万 元)左右(不含砂箱制造费)。开式步移小车式半自 动机械化造型线主要生产厂商有:济南铸锻所、山 东潍坊机床二厂、常州通力、卓文、保定铸机等。这 几家公司销售量较大,得到用户的赞许。 如果启动资金有限,而铸件生产批量大,铸件 复杂,芯子又多。品种又多的产品.可以优先选用国 产自动生产线,如:无锡市华佩机械制造有限公司 生产的XZ42系列水平分型射压造型自动线。如图 1所示。 XZ42系列造型线的特点:1)采用射砂加模板 压实的造型工艺,采用模板压实更符合铸造工艺要 求,能获得尺寸精度高,表面质量好的铸件。2)采用 Feb.2010№1 铸造设备与工艺 2010年第1期 十字穿梭机构,下箱双工位机外下芯(不停 机)——下芯时间充裕、操作方便、安全可 靠(又称三箱机,即两个下箱一个上箱),下 芯时间(不停机)可达30 S,成产率可达90 箱/h。3)合型精度高,在箱形模板框内开上 下凹凸砂型分型面,防止合箱后上下砂型 的错移,较好的解决了二次错箱的问题。4) 采用触摸屏电控系统,PLC+触摸屏控制方 式.电器元件配套上选用原装进口产品,对 提高造型线的可靠性有了重要保证。气动 元件选用日本进口产品。液压系统采用上 1一造型机;2-浇注环轨;3一砂型输送机;4一推型机;5一取放压铁机械手。 海704所(舰船研究所)设计生产的插装阀 图1无锡华佩XZ42—6556A水平分型脱箱射压造型自动线 组及与之配套的美国威格士公司 (VIKERS)系列先导阀,台湾油岩公司生产 的PV2R3低噪音叶片阀.经多年实际使用 一致反映液压系统使用性能良好,特别适 应铸造车间环境,全线稳定可靠、维护保养 方便,对于中小复杂、大批量多品种、芯子 多的铸件最为适宜.对于批量大、芯子多、 附加值高的中小复杂铸件可选用具有进口 图2天津亨特尔需长时间冷却的多列浇注线造型自动线 主机的生产线。如:天津市亨特尔机电公 司的AMF 1I单工位水平分型射压造型线:AMFm 线造型机从美国亨特公司原装进口,亨特上海公司 (三箱机),其下箱为双工位下芯,不影响造型速度; 配以辅机和步移式铸型输送机.该线运行稳定可 AMF1V型自动造型机(双工位)即四箱机,两上箱两 靠,如图3所示。 下箱,一个造型工位一个下芯脱箱工位。经山东寿 光铸造公司使用,其性能可靠,运行平稳,配备自动 浇注机生产速度可达180整型/h,如图2所示。 青岛新东公司的FBO、FBM系列自动造型线也 适用于上述铸件的生产。如芯子多、批量大的中小 型铸件可选用FBM一1V700 ̄600x170—200、FBM一1V 700x600x220—250生产线 烟台胜地公司已有四条FVN一1V线在正常生 产,主要生产盘类铸件。莱州三力公司也有两条线 在正常生产刹车盘铸件,该线生产率可达171型/h。 对于铸件不很复杂.芯子又不多的中小件可选用日 本光洋(KOYO)公司的旋转双工位无箱水平分型射 压造型自动线。对于批量大,芯子少的中小型铸件 可选用垂直分型无箱射压造型自动线。芯子多不宜 选用此种造型线,除非购置自动下芯机,进口下芯 图3 上海享特造型自动线布置 机太昂贵,而国产下芯机可靠性差。资金充足出口 近年来选用气流冲击造型自动线的用户逐渐 铸件可选用丹麦(DISA)迪沙公司挤压造型自动线 减少,气冲造型自动线不易制造复杂箱体铸件,特 或西班牙罗拉门迪线。否则可选用国产挤压线,其 别不易制造截面小而深的吊砂铸型,因没有压实工 性能质量均还可以,性价比较高。对于批量大芯子 序。此类铸件逐步由静压造型自动线所取代。又因 少的不太复杂铸件可选用上海亨特造型自动线。该 气冲造型没有压实工序,虽可减少扎气孔,但背面 ・ l2・ 2010年第1期 贾 瑛:粘土砂铸造造型线的选用与生产维护 铸造设备与工艺 松砂层较厚而易刮掉,所以型砂消耗量要大于静压 造型20%左右。 最为适宜。如果各种油缸、密封也全进口或合作生 产,其全线性能、可靠性大大提高。与进El线无什么 差异.如果资金短缺可选用全部为国产静压自动造 近年来静压造型自动线需求量逐渐加大.现进 口和国产静压线达几十条。使用情况均很满意.稳 定可靠运转平稳、故障率低。其铸件质量好,成品率 高,静压造型适宜形状复杂芯子多、壁薄批量大的 中大型铸件。是发动机缸体最为理想的造型紧实工 艺。批量大附加值高的缸体、缸盖类铸件可选用进 El静压造型自动线,如资金较紧可只进口主机(造 型机),其辅机和砂箱则由国内制造。国内制造辅机 配以进口电器、液压、气动元器件,这样选用性价比 型线,其液、电、气配套件全部进口则性价比最优。 其生产使用性能亦是平稳可靠的。进口静压造型自 动线可购置日本新东公司、法国HWS公司产品,也 可进口法国KW公司产品。长春九院承接设计三项 目和一汽铸造公司选用的静压造型自动线多为法 国KW公司的产品,如一汽锡柴、青岛特汽均为KW 公司产品。HWS和苏州铸机厂静压自动线布置图如 图4、图5所示。 1一过渡小车;2一铸铁件浇注机;3一移箱合箱机;4一上箱翻转机;5一铣浇口机;6一砂箱落箱移箱机;7一小车台面清扫机; 8一翻转机;9—模板更换装置;10一造型主机;11-分箱提升机;12一落砂装置;l3一落砂通道;l4一落砂通道;l5一上箱滚道架; l6一扎通气孔机;A、B、c、D一输送带。 图4 HWS公司多功能静压造型线 T_TI I 一.L.J 一———— 一— \\\ l / l ● \_/ . 2 s厂-伺 一 t  。7-I申卜。 f== / T\一\ 一一P// — 一 一\^ a)单主机布置的静压造型线 r l一搬运小车;2-落砂筛;3-捅箱机;4一分箱机;5一刷箱机;6一造型机;7一砂型输送带;8一铸工小车台面清扫机;9一造型滚道;l0一翻转机; Il一下箱移箱机;l2一上箱移箱机;l3一铣浇口机;14一钻通气孔机;15一上箱滚道;16一下芯机;l7一合箱机;l8一冷却带;l9一浇注段。 16 15 l4 1一砂型输送带;2一浇注机;3一合箱机;4—单翻转机;5一下芯滚道;6-下芯平台;7一铣浇口机;8一双翻转机;9一上造型机; lO-T ̄;11一分箱机;12一捅箱机;13一落砂筛;l4一搬运小车;l5一铸工小车清扫机;l6-电气控制间。 b)双主机布置的静压造型自动线 图5苏州铸造机械厂静压造型全自动线 13・ ・ 铸造设备与工艺 2010年第1期 3粘土砂铸造车间的技改和新建要注意的问题 是非常重要的,前边已介绍砂处理设计最大卡脖子 为混砂机和砂冷却设备的生产率不匹配.国产S1 1、 S14系列按自动生产状态3 min混制一盘砂(含加 料、混制、出料)全过程时间。一套砂处理过程要有 30台 40台套设备和一大套非标钢结构组成还有几 1)在厂房设计和厂房改造时,一定要充分考虑 厂房高度、采光、通风换气、防热、防冷。一般造型线 的最高点是砂斗标高日。 2)选用国产设备时,主要技术参数——生产率 技术参数要乘一个损失系数,特别是造型线的速度、 混砂机的生产率、电炉熔化能力等等。混砂机的生产 十个检测仪器,哪一个环节出现问题都会影响供砂, 因此对设备和各元器件陛能要求一定要过关,对于 设备的维护和保养、检修一定要及时,对于技工要求 率一般要按额定生产率的70%~75%计算。如 S 1 420T-B转子混砂机样本上生产率是32 t/h~35 t/}1, 它实际最大的生产率为25 t/l1。按32 t/h计算,它的 折扣数为0.78,如果按35 t/h计算,它的折扣数为 0.72。如果造型线和熔炼的生产率都达到设计要求 后而混砂机能量只能满足生产率要求的70%,这样 投资太不合算了。再是砂冷却也要按说明书达80% 折扣,1号斗提机也不容选小.因旧砂来砂不是均匀 的,必须考虑最大选取。 3)在设计砂处理系统时,尽量把球铁和灰铁的 旧砂斗分开,球铁件和灰铁件型砂煤粉含量不同,球 铁件型砂煤粉量应高一些,否则气孑L缺陷难以解决。 4)车间各工部设计中,一定遵循混砂容量要大 于造型线的需要量。炉子熔化量要略小于造型线的 生产量,决不可出现铁水等造型。 新建铸造厂要整理规划好,分步实施,并要听 取各方铸造业界专家意见,市场变化快,要把握市 场、抓住机遇、总体规划、分步实施、先易后难。尽量 提高造型线的运转率(开动率)。 4提高造型自动线的运转率(开动率) 铸造车间的生产管理是一个系统工程。首先车 间各工部设计、流程、物流要合理顺畅。最好要设计 成铸件不落地。铸件从震动输送落砂机或落砂滚筒 (或落砂冷却辊筒)送人鳞板输送机(最好为重型鳞 板机)。并在鳞板输送机上取出浇冒口。浇冒口放人 周转箱而铸件上悬链进人清理机,被清理后的铸件 放在鳞板输送机上,鳞板输送机一侧为打磨砂轮 机,经打磨后的铸件放人吊链进入喷清室进行清理 后再进人喷漆房进行底漆喷涂后烘干入周转箱。这 样运作大量减少铸件的往返搬运以节省劳务,提高 生产效率.虽然增加了设备投资,但对于大批量生产 来说却会降低成本。 提高造型线的机械运转率关系到造型线本身的 可靠性、平稳性与少故障率。首先是砂处理工部系统 的可靠正常运行,保证按时如数供应合格的型砂则 ・14・ 熟练程度都是很高的。同时要备有充足的备件,一但 停机要在几分钟内抢修完毕。砂处理设备最高点在 8 m 9 m、12 m~13 1TI高,最低点在地下4 m一5 in。在 生产过程中除混砂操作中准确操作,砂型实验中及 时检测型砂性能外,还要安排一名设备训视工,及时 解决。总之,检修设备要有预见性,减少故障率。砂处 理中,旧砂灰分含量一般不能超过14%~16%,如有 超过,两种处理方式,一是抛掉一批旧砂给手工造型 用,一是加大新砂加入量,最好方法是前者。砂处理 设备多,润滑点亦多,一定要定期补加润滑油并形成 制度。总之,砂处理能够正常运行则是提高造型自动 线机械运转率最关键的一个工序。 提高造型线的运转率(开动率)造型线本身的 故障率减少则是最关键的一个技术指标。造型线自 己的故障要控制在3%以下最好要在2%以内,最好 不超过5%。8 h一班停机不超过10 min 15 min,最 多不超过25 min,这是一个很硬的指标。管理得当 并不难,一条线除主机一造型机外,还有一些辅机、 油缸、气缸等执行元件达30~40(种),甚至更多,液 化气动控制元器件更多达100多个信号元件。总 之,任何部位出现故障必得停机。要少停机不停机, 需要造型线始终处于良好的状态.要加强管理。有 一个强有力的维修、操作班子,一定要把问题暴露 在出现问题前,提早维护提前检修。一定要备足备 品备件,哪怕是一个小密封圈也不要漏掉。万一出 现问题,可减少停机检修时间,进一步提高造型自 动线的开动率。 制芯和下芯也是提高造型自动线之开动率关 键工序之一。首先保证运送到造型准备下芯的各种 芯子一定要合格。芯子的运输和存放都要方便下芯 工的拿取.较复杂的芯子下到型砂后要用检测样板 测量校正,并防止芯子在砂型的运动过程移位,以 防废品的发生。 熔化浇注则是造型自动线开动率的最关键的 一个工序。绝不可以让铁水等造型线,但造型可等 (下转第54页) Feb.2010 Nol 铸造设备与工艺 2010年第1期 (上接第42页) ×13=120・25 cm 18%,降低了金属原材料消耗,经济效益显著。 L=2x13+10.5=36.5 cm 参考文献: 尬=鲁: =3.29 r 1 1 Creese R.C.The M—C method for Riser Desing for Non—Ferrous and Ferrous Metels_[J].AFS Transactions.1986(94):5-8. 似= =1.47 [2]Mcatams J.Resefing with Q-Numlars[J].Steel Foundry Facts. 1982(1):350. 3采用新公式设计冒121取得的效益 [3] Umlle A.E.Insulated Resets ofr Large steel Castings[J].AFS Transactions[J].1976(84):49~55. 新设计的冒口体积为10 482 cm ,重量为79 kg, [4]王济州,周尧和.借助周界商求解铸钢件冒口尺寸的新方法[J], 铸造,1995(12):16—19. 比原冒口少用金属103 kg,原工艺出品率为 睾 = [5]错工手册编写组.铸造有色合金手册[M].北京:机械工业出版 社,1978:535. 60%,新工艺为 =78%,工艺出品率提高了 [6]中国机械工程协会.铸造手册(第二版)(5)[M]一北京:机械工业 出版社.2003:409. (上接第14页) 品味差异极大。其好的新砂加人量可在5%以下,而 铁水,并尽量等的时间较少。最好选用一拖二电炉, 煤粉、膨润土加入量小于1%。而质次的新砂要在 如苏州振吴电炉厂的设备,其可靠性熔化率都很 10%~15%,煤粉在2%IA)LI2,膨润土在4%-5%或更 高。如果选用高速生产线如线180整型/h,或171整 多,其灰分亦很多。为保证成品率在95%~98%及以 型/h,最好也要购置进121的自动浇注机,否则生产率 上,旧砂的灰分一定要低于14%~16%,质差者再无 也只能达到120—125(箱/h),国产自动浇注机如济 法生产。 南铸锻机械研究所和苏州铸机厂均有生产,在实际 生产使用中,可靠性也比较高,价格在100万元左 参考文献 右。而进口浇注机在300~500(万元)之间。如果手工 [1]贾瑛.中小企业铸造车间改造中造型设备与造型自动线的选用 浇注.一定要在停机状态浇注以减少废品率。 [J].铸造设备研究,2007(4):5-8. [2]万仁芳.砂型铸造设备[M].北京:机械工业出版社,2007:79—84. 5选取好的新砂和辅料以保证造型线的正常运转 [3] 陈巧华,贾瑛,王孟苏,王祥生.XZ42系列水平分型脱箱射压造 型线的开发与应用[J].铸造设备研究,2007(1):1-5. 我国供应造型用新砂和辅料的厂商很多,但其 ・54・ 

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