馬懷生,侯立春,伍 燕

（東風(fēng)汽車公司鑄造二廠，湖北十堰市，442050）

采用靜壓造型技術(shù)改造原氣沖造型線

馬懷生,侯立春,伍 燕

（東風(fēng)汽車公司鑄造二廠，湖北十堰市，442050）

采用靜壓造型機(jī)替代氣沖造型機(jī)對氣沖造型線進(jìn)行改造，通過工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、系統(tǒng)配套，以及新舊工裝共用、對部分輔機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改造等，成功地將靜壓造型主機(jī)應(yīng)用在氣沖造型線上。

氣沖造型機(jī)；靜壓造型機(jī)；設(shè)備選型；技術(shù)改造

某鑄造廠1988年引進(jìn)的氣沖造型線，由于氣流沖擊造成主機(jī)產(chǎn)生疲勞破壞，主機(jī)大梁、橫梁、立柱、壓縮空氣包底座已發(fā)生大范圍的開裂，經(jīng)多次技術(shù)論證和專家鑒定，一致認(rèn)為氣沖主機(jī)造型方式對主機(jī)大梁和機(jī)架產(chǎn)生的疲勞破壞是不可逆轉(zhuǎn)的，應(yīng)該對造型線主機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。綜合國內(nèi)同行業(yè)使用情況和經(jīng)驗(yàn)，選用了目前成熟、可靠的氣流預(yù)緊實(shí)加多觸頭壓實(shí)的造型方式，并配合以先進(jìn)的控制技術(shù)，用兩個(gè)月的時(shí)間成功地把原造型線的氣沖主機(jī)更新為靜壓主機(jī)，對留用老線的配套輔機(jī)和電氣控制、工裝進(jìn)行了17處較大的適應(yīng)性改造。造型線主機(jī)改造項(xiàng)目成功實(shí)施后，提高造型線的生產(chǎn)效率20%，鑄件質(zhì)量得到提高，降低了砂型廢品率，模板的利用率提升。取得了較好的效果。

1 氣沖主機(jī)疲勞破壞現(xiàn)象

氣沖造型線的主機(jī)機(jī)架主要由四立柱、兩大梁、兩橫梁、一根輔助橫梁組成。大梁、橫梁、立柱皆為箱式結(jié)構(gòu)，依靠螺栓連接緊固。大梁長度為6860mm,南大梁兩立柱間的中心距為2400mm，北大梁三立柱兩兩之間的間距為2200mm,南、北大梁的中心距為2100mm,立柱高度為1910mm。

氣沖造型主機(jī)在造型時(shí)，氣流在0.02s的瞬間產(chǎn)生沖擊波，在這種沖擊波的反復(fù)作用下（表1），必然會(huì)使主機(jī)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生疲勞破壞。近幾年來造型線主機(jī)大梁、橫梁、立柱、壓縮空氣包底座已發(fā)生大范圍的開裂，導(dǎo)致主機(jī)精度失準(zhǔn)，起模架水平精度低（水平誤差3mm）；邊滾輪磨損嚴(yán)重，氣包座移動(dòng)不平穩(wěn)；起模架變形，氣沖緊實(shí)時(shí)，砂箱與預(yù)砂框結(jié)合面密封不嚴(yán)，跑氣跑砂現(xiàn)象嚴(yán)重，型腔表面緊實(shí)度不夠，砂型周邊蜂窩現(xiàn)象嚴(yán)重，造成澆注時(shí)嚴(yán)重跑火。

由表2可知，主機(jī)出現(xiàn)裂紋的長度越來越長、裂紋出現(xiàn)的時(shí)間間隔越來越短，裂紋對主機(jī)的危害越來越大。機(jī)架在強(qiáng)大沖擊力作用下隨時(shí)都有完全斷裂的可能，存在嚴(yán)重的設(shè)備隱患和安全隱患。

表1 氣沖主機(jī)沖擊頻次

表2 機(jī)架裂紋統(tǒng)計(jì)表

2 氣沖造型線技術(shù)改造方案

靜壓造型方式集高壓造型、氣沖造型之優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足產(chǎn)品的工藝要求，鑄件表面尺寸精度高，拔模斜度小。

對氣沖造型線實(shí)施改造過程中，原布線方式不變，電氣系統(tǒng)控制方式不變，保留原造型線輔機(jī)，采用靜壓造型方式取代原有的氣沖造型方式，使得作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境大大改善。

2.1 平面布置

選用了目前成熟、可靠、先進(jìn)的氣流預(yù)緊實(shí)加多觸頭壓實(shí)的造型方式，在原有主機(jī)的位置上，重新制作設(shè)備基礎(chǔ)，安裝靜壓造型主機(jī)，配套必需的輔助設(shè)備。重新設(shè)計(jì)、制造全部砂箱。平面布置見圖1。

2.2 技術(shù)參數(shù)

砂箱尺寸：內(nèi)壁 1850×850×300/300（mm）（上/下）（砂箱寬度加寬50mm）

造型線節(jié)拍：48s

造型線生產(chǎn)率：75整型/h

造型成型率：≥99%

鑄型緊實(shí)度（C型硬度計(jì)）：

分型面≥65

垂直型面≥50

造型機(jī)工作噪音：≤85db

2.3 改造方案

（1）造型的方式由氣沖改為靜壓（氣流預(yù)緊實(shí)+壓實(shí)）。

（2）用兩個(gè)月的時(shí)間完成全部改造任務(wù)（包括拆除、土建、鋼構(gòu)施工、設(shè)備安裝、調(diào)試）。

（3）新的造型主機(jī)要適應(yīng)原有空間位置，要與原有輔機(jī)相匹配組成新的造型線，原有的輔機(jī)要針對新的造型要求做適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造。

（4）新增設(shè)備配置獨(dú)立的油泵站供油系統(tǒng)。

（5）依據(jù)靜壓工藝要求配置鉆氣孔機(jī)、銑澆口機(jī)，并且要適應(yīng)比較狹窄的安裝空間。

（6）滿足模板快速更換，增加快換模板裝置。

（7）靜壓主機(jī)設(shè)備及配套設(shè)備選用進(jìn)口設(shè)備，選用進(jìn)口液壓站并獨(dú)立配置。

（8）在原有輔機(jī)不變的情況下，將砂箱內(nèi)腔寬度尺寸增加50mm。可以使改造后的造型線增加對產(chǎn)品的適應(yīng)性（能夠生產(chǎn)更大的鑄件）。新的砂箱尺寸為 1850×850×300/300（mm）,能適應(yīng)靜壓工藝要求和已有的輔機(jī)的要求。

（9）靜壓主機(jī)及配套部分的電氣控制系統(tǒng)要和原造型線控制系統(tǒng)成為一體。

（10）將原氣沖造型自動(dòng)線上使用的100多套模板開發(fā)改造，繼續(xù)使用在靜壓造型主機(jī)上。

（11）要求主機(jī)采用余度設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)需要，保證在壓實(shí)后上箱砂胎可以高出砂箱50mm，實(shí)現(xiàn)在不增加砂箱高度的情況下，可以生產(chǎn)更高的鑄件。

（12）采用新的砂箱鎖緊方式，由原來的對角鎖緊改為現(xiàn)在的側(cè)面4點(diǎn)鎖緊，鎖緊后砂箱的受力更加合理，可以有效地提高砂箱的可靠性，防止砂箱澆注后產(chǎn)生變形。

（13）針對鎖緊鉤的變化，對原分箱機(jī)的開鉤機(jī)構(gòu)和機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的改造，同時(shí)對合箱機(jī)的鎖緊機(jī)構(gòu)及機(jī)械手做相應(yīng)的改造，增加相應(yīng)的控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。

2.4 氣流預(yù)緊實(shí)加多觸頭的壓實(shí)（靜壓）技術(shù)

靜壓造型原理（圖2）。砂箱依照重力加砂，再采用壓力為 (5～6)×105Pa的壓縮空氣在0.2s的時(shí)間內(nèi)穿過型砂，通過模板排氣塞排出，以實(shí)現(xiàn)對砂型的氣流預(yù)緊實(shí)并達(dá)到一定的初始緊實(shí)度，再用主動(dòng)式多觸頭對砂型進(jìn)行壓實(shí)。尺寸較小(125mm×125mm)、數(shù)量較多(78個(gè))的液壓多觸頭可根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀,使砂型緊實(shí)率均勻。氣流預(yù)緊實(shí)次數(shù)、壓實(shí)比壓在20～145N/cm2范圍內(nèi)可按需要靈活調(diào)整。

2.5 獨(dú)立配置液壓系統(tǒng)

為了保證靜壓主機(jī)及其配套設(shè)備順利達(dá)到設(shè)計(jì)工作指標(biāo)，不受原液壓系統(tǒng)的干擾，特別配置了獨(dú)立的油泵站。新的液壓系統(tǒng)采用油溫自動(dòng)控制技術(shù)，在－2～48℃條件下，溫控裝置保證液壓油達(dá)到正常工作溫度，冷卻器系統(tǒng)保證夏季冷卻水溫度在35℃下連續(xù)工作時(shí),油溫不應(yīng)超過55℃；配置自動(dòng)循環(huán)過濾和回油過濾裝置，過濾后的油液達(dá)到納氏7級(jí)16/13（ISO DIS 4406）以上。液壓元器件選用德國力士樂公司的產(chǎn)品，并且配備一套備用泵系統(tǒng)。油泵站到液壓閥組之間裝有截止閥,以方便檢修。具有油液污染堵塞、油溫、壓力不足報(bào)警或顯示。

2.6 可編程控制的鉆氣孔機(jī)和銑澆口機(jī)

配置獨(dú)立鉆氣孔機(jī)兩臺(tái)，鉆、銑組合（澆口機(jī)）一臺(tái)。根據(jù)工藝要求，可以在模板的任何部位鉆出通氣孔，程序可以根據(jù)氣孔所在的位置，自動(dòng)對三個(gè)鉆針進(jìn)行分工，優(yōu)化鉆針運(yùn)行路線，以最短的路徑，最快的時(shí)間完成鉆氣孔工作，在一個(gè)48s的節(jié)拍內(nèi)，可完成直徑在14 mm、數(shù)量不少于30個(gè)的通氣孔。

銑澆口最大有效行程為200mm（0～200mm間可調(diào)），定位精度為±0.5mm?？筛鶕?jù)需要銑制出不同形狀的澆口杯。

由于安裝鉆氣孔機(jī)、銑澆口機(jī)位置不足，原氣沖線輔機(jī)空車線的緩沖油缸系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)移位安裝，為鉆氣孔機(jī)、銑澆口機(jī)讓出位置。

2.7 快換模板裝置

根據(jù)造型線模板品種多，更換模板頻繁的特點(diǎn)（每班需換模板3次以上），為減少更換模板時(shí)間，提高生產(chǎn)率，增加了變頻控制快換模板裝置（圖4），在造型節(jié)拍內(nèi)可完成模板的自動(dòng)更換。模板參數(shù)記憶和自動(dòng)調(diào)用系統(tǒng)并入造型主機(jī)系統(tǒng)中，并與全線聯(lián)鎖控制。

2.8 原模板、砂箱的改造

原氣沖造型線有100多套老模板是現(xiàn)生產(chǎn)中仍在使用的，如果全部重新制造，一是周期太長，二是投資太大。經(jīng)對原模板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，決定對原模板加工改造，使其能夠在靜壓主機(jī)上繼續(xù)使用。

在原模板面上加工出密封條的嵌入槽，安裝長、短密封金屬壓條，金屬壓條采用（45＃）鋼。在金屬壓條上再嵌入聚氨酯密封條（2根1895mm×31mm×8mm；2根 886mm×31mm×8mm）。安裝 ?30mm 的銅質(zhì)排氣塞，對于因模型或澆注系統(tǒng)干涉的部分，在X軸坐標(biāo)不變的條件下調(diào)整Y坐標(biāo)安裝，保證排氣量；其余的排氣塞適當(dāng)增加，以保證總排氣量達(dá)到1%～2%砂箱內(nèi)總平面積的設(shè)計(jì)要求。將上模板的通氣針頂部全部按照分型面起截短，保留260mm。

砂箱尺寸為 1850mm×850mm×300/300mm,砂箱內(nèi)腔加寬50mm，以適應(yīng)靜壓工藝要求和原有的輔機(jī)的要求，增加了對產(chǎn)品的適應(yīng)性。同時(shí)對砂箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了定位孔及松卡裝置。

在砂箱1850mm長邊的側(cè)面設(shè)計(jì)定位孔，保證砂箱在造型主機(jī)和鉆氣孔機(jī)、銑澆口機(jī)處準(zhǔn)確定位；為了防止砂型出現(xiàn)跑火、抬箱，在砂箱1850mm長面設(shè)計(jì)鎖緊機(jī)構(gòu)。針對砂箱結(jié)構(gòu)的改變，對合箱機(jī)、分箱機(jī)作相應(yīng)的改造，各增加一套松卡裝置。

2.9 其他改造項(xiàng)目

（1）自動(dòng)檢測砂箱粘鐵技術(shù)。在主機(jī)造型之前，砂箱在滾道上運(yùn)行時(shí)，上下面的澆注殘鐵被殘鐵清理機(jī)構(gòu)鏟掉，以防止造型時(shí)損壞模板和預(yù)填框的密封條。采用自動(dòng)檢測砂箱粘鐵技術(shù)，檢測開關(guān)可預(yù)先檢測砂箱表面、側(cè)面是否有殘鐵。當(dāng)有殘鐵清除不掉時(shí)，檢測開關(guān)動(dòng)作，主機(jī)前面板上的指示燈就會(huì)閃亮、喇叭報(bào)警，提醒操作者處理，同時(shí)造型推送線停止推送。此時(shí)，操作者可視情況立即清理殘鐵或選擇將此箱空推，處理完后，在主機(jī)前面板上按一下復(fù)位按鈕，造型推送線繼續(xù)工作。

（2）利用原有的清掃機(jī)機(jī)架，增加內(nèi)壁清掃裝置，新型的內(nèi)壁清掃裝置采用雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，增加了清掃機(jī)動(dòng)作的穩(wěn)定性和運(yùn)行精度，同時(shí)在砂箱導(dǎo)軌上設(shè)置插銷缸定位機(jī)構(gòu)，使得清掃機(jī)的工作更加平穩(wěn)、可靠。

（3）采用了伺服控制+磁感應(yīng)位移控制技術(shù)。造型主機(jī)的升降及模板更換升降的控制采用了液壓伺服控制+磁感應(yīng)位移控制技術(shù)。

（4）優(yōu)化輔機(jī)控制程序，縮短自動(dòng)線的運(yùn)行節(jié)拍。重新編制全線輔機(jī)的控制程序，優(yōu)化各分機(jī)的動(dòng)作時(shí)序，使整個(gè)自動(dòng)線控制時(shí)序達(dá)到最優(yōu)。投產(chǎn)后的自動(dòng)線節(jié)拍能夠穩(wěn)定達(dá)到48s。比如通過改造空車線的緩沖裝置，消除了以往等空車線運(yùn)行的瓶頸；通過對2條冷卻線的推送裝置改造并增加檢測開關(guān)，使推送返回的過渡小車提前返回至澆注線，徹底解決了以往等澆注線運(yùn)行的現(xiàn)象。

（5）加砂斗重量采用定量控制技術(shù)，型砂的重量可在OP面板或監(jiān)控計(jì)算機(jī)上根據(jù)需要設(shè)定。

（6）模板參數(shù)記憶和自動(dòng)調(diào)用技術(shù)。模板參數(shù)預(yù)先儲(chǔ)存，現(xiàn)場自動(dòng)調(diào)用。通過西門子WINCC組態(tài)軟件，利用其數(shù)據(jù)庫功能，開發(fā)模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。將模板一一編號(hào)，根據(jù)工藝要求，預(yù)先將有關(guān)的模板參數(shù)（如鉆通氣孔的位置、型砂定量、上下型的壓實(shí)比壓、模板溫度等等）存儲(chǔ)在WINCC的數(shù)據(jù)庫中。生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)需要可調(diào)出相應(yīng)模板的全部參數(shù)并可實(shí)時(shí)修改、校對等。

（7）靜壓主機(jī)及配套部分的電氣控制系統(tǒng)。電控系統(tǒng)為二級(jí)控制，上位機(jī)用西門子計(jì)算機(jī)，下位機(jī)采用西門子PLC S7型可編程序控制器，配西門子WINCC7.0作為監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。計(jì)算機(jī)可監(jiān)控全線運(yùn)行情況，具有故障診斷、顯示分析和存儲(chǔ)以及機(jī)器和工藝參數(shù)的設(shè)定、存儲(chǔ)、打印等功能。

新老設(shè)備供電系統(tǒng)獨(dú)立。改造時(shí)，為靜壓主機(jī)等新設(shè)備新配置了一路供電系統(tǒng)。這樣，很方便故障查找及維修。

（8）冷卻水系統(tǒng)改造。原造型線液壓系統(tǒng)冷卻能力不足，導(dǎo)致每年都要消耗大量的自來水用于液壓站的冷卻。此次改造，充分利用車間閑置的原電弧爐的冷卻站房和大容量水池，配置以水泵、管道、冷卻塔，建成了一個(gè)完整的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對原造型線液壓站和靜壓主機(jī)液壓站的同時(shí)冷卻，經(jīng)7、8月高溫期檢驗(yàn)，冷卻效果良好，液壓站的油溫未超過50℃。

3 項(xiàng)目實(shí)施

（1）精心策劃確保質(zhì)量和工期 。制定詳盡的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃對各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，對重點(diǎn)環(huán)節(jié)重點(diǎn)監(jiān)控，對延期的節(jié)點(diǎn)及時(shí)分析、補(bǔ)救，使得整個(gè)工程的進(jìn)度有序推進(jìn)。充分與供應(yīng)商溝通和聯(lián)系，把不可預(yù)知的因素降到最少。

（2）集中技術(shù)人員反復(fù)會(huì)審設(shè)計(jì)方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。特別是新舊設(shè)備銜接部位、反復(fù)發(fā)生的問題。例如對編碼器鏈條磨損后出現(xiàn)機(jī)械手定位不準(zhǔn)的問題，改為無接觸不磨損的磁感應(yīng)位移傳感器；工作臺(tái)導(dǎo)向桿楔鐵槽進(jìn)砂卡死的問題，采用增加人字形擋砂板形成密封的小環(huán)境防止進(jìn)砂；定量砂斗內(nèi)防粘砂搪瓷磨損后不易維修恢復(fù)的問題，采用防粘砂效果更好的特氟龍襯砌，且可以更換；合箱后不能打開檢查擦砂的問題，通過重新設(shè)計(jì)合箱機(jī)撥爪的形狀和程序，合箱后手動(dòng)反向撥動(dòng)箱鉤，油缸升起等動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。

（3）砂箱樣品經(jīng)過在線通過性測試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免重大的返工和經(jīng)濟(jì)損失。對大批量模塊化生產(chǎn)的砂箱、小車、模板、模板框尤為重要。

（4）配備熟悉現(xiàn)場、經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)的技術(shù)人員，全力技術(shù)配合，監(jiān)控施工過程，發(fā)現(xiàn)問題立即處理，提高施工效率。為此項(xiàng)目組配備了機(jī)械液壓、電氣、供電、公用動(dòng)力、暖通、土建、安全、工藝工裝等方面的專門技術(shù)人員，分工負(fù)責(zé)。

（5）土建施工和安裝期間的全部工作量分解到每一天，按天考核監(jiān)控。即不但要控制結(jié)果還要控制過程，用過程保證結(jié)果。

4 實(shí)施效果

氣沖造型線靜壓技術(shù)改造項(xiàng)目完成后，經(jīng)一年設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，全部達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。

造型成型率：99%

砂型硬度：65～67

主機(jī)半型造型時(shí)間：15s

造型線節(jié)拍：48s/整型

設(shè)備開動(dòng)率：98%

在原有輔機(jī)不變的情況下，將砂箱內(nèi)腔尺寸加寬50mm，拓寬了生產(chǎn)品種，整型重增加，生產(chǎn)效率提高。

對原氣沖造型線上使用的舊模板進(jìn)行開發(fā)改造，使用在靜壓造型主機(jī)上；減少了投資，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

在加砂框內(nèi)襯砌可更換的防粘砂特氟龍材料，解決了以往采用固定涂層，磨損后不可修復(fù)的問題。

在每個(gè)觸頭安裝位置檢測開關(guān)（圖6），確保每個(gè)觸頭可靠返回信息被系統(tǒng)讀取，防止了移動(dòng)壓頭誤動(dòng)作。

5 結(jié)論

將靜壓造型主機(jī)應(yīng)用在氣沖造型線上，在技術(shù)上是完全可行的；盡可能留用原有資源，可以大幅度減少項(xiàng)目投資；改造周期短，有利于鑄件正常供貨和客戶群的穩(wěn)定。

An Air Im pact M olding Line Rebuilt by Static Pressure Technology

MA HuaiSheng,HOU LiChun,WU Yan
(The 2nd Foundry Dongfeng Automotive Corporation,Shiyan,Hubei China)

An air impact molding line has been rebuilt with a static pressure molding machine to replace the original air impact molding machine as follows:technology design,equipment selection,system supporting,the old and new co－ordination combination docking,the entire line performance optimization with old and new tooling share and auxiliary adaptive transformation.

Air impact molding machine;Static pressure molding machine;Equipment selection;Technological rebuilding

TG242;

A；

1006－9658（2012）03－0010-5

2012-02-10

稿件編號(hào)：1202－017

馬懷生（1957-），男，高級(jí)工程師，主要從事鑄造工廠技術(shù)改造、規(guī)劃發(fā)展