■徐力

一、熔煉與澆注工藝現(xiàn)狀

由于我單位是老企業(yè)，有很多設(shè)備都需要升級(jí)換代，其中自動(dòng)澆注是改造項(xiàng)目之一?，F(xiàn)在我單位澆注機(jī)采用的是扇形澆注形式（見(jiàn)圖1），澆包采用的是虹吸原理的澆注包。由于設(shè)備老舊，結(jié)構(gòu)已經(jīng)不太可靠，修復(fù)成本較高，澆注機(jī)本身的缺陷造成的廢品和成本浪費(fèi)也長(zhǎng)期存在。因此，在如今人力成本不斷升高和鑄件品質(zhì)要求不斷提高的形勢(shì)下，將目前的半自動(dòng)澆注機(jī)更新?lián)Q代為全自動(dòng)澆注機(jī)勢(shì)在必行。

我單位有高壓線、靜壓線、氣沖線、振動(dòng)線、消失模線等共6條造型線，其中高壓造型線和靜壓造型線所使用的澆注機(jī)均為雙工位扇形半自動(dòng)澆注機(jī)，其他造型線均為人工手搖包澆注。熔煉方式均為中頻電爐熔煉，鐵液合金成分的調(diào)整在電爐內(nèi)完成，熔煉后的合格鐵液通過(guò)澆注包直接上線澆注。

下面主要結(jié)合我公司單班多品種鑄件生產(chǎn)的實(shí)際，對(duì)自動(dòng)化澆注技術(shù)應(yīng)用給出一種解決方案。

二、自動(dòng)化澆注技術(shù)

由于現(xiàn)在造型線造型速度的提升，人工或半自動(dòng)化機(jī)械澆注已經(jīng)越來(lái)越不能滿足生產(chǎn)的需要，故全自動(dòng)化澆注技術(shù)發(fā)展的非?？欤夹g(shù)也日趨成熟，近些年在很多鑄造企業(yè)都有應(yīng)用。自動(dòng)澆注機(jī)就是其發(fā)展的產(chǎn)物。

1.澆注機(jī)的分類

根據(jù)澆注機(jī)的類型可以分為手工澆注機(jī)、機(jī)械化澆注機(jī)、預(yù)測(cè)式澆注機(jī)（半自動(dòng)澆注機(jī)）和全自動(dòng)澆注機(jī)，在國(guó)際上通常將全自動(dòng)澆注機(jī)稱為自動(dòng)澆注機(jī)。自動(dòng)化澆注機(jī)與手工澆注的主要區(qū)別是，人工不必直接接觸操縱機(jī)構(gòu)或澆包進(jìn)行澆注。

自動(dòng)澆注機(jī)分為氣壓保溫自動(dòng)澆注爐和非保溫澆注機(jī)，氣壓保溫自動(dòng)澆注爐又分為有芯氣壓保溫自動(dòng)澆注爐和無(wú)芯氣壓保溫自動(dòng)澆注爐，澆注形式均為底注式。氣壓保溫自動(dòng)澆注爐（以下簡(jiǎn)稱保溫澆注爐，見(jiàn)圖2），通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)爐內(nèi)鐵液進(jìn)行加熱，以提高爐內(nèi)鐵液溫度，達(dá)到保溫效果。

有芯保溫澆注爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線圈感應(yīng)加熱器安裝在爐底部，鐵液通過(guò)內(nèi)部溝槽進(jìn)行感應(yīng)加熱。有芯保溫澆注爐筑爐一次使用壽命約一年，但與過(guò)鐵量有關(guān)。換成分時(shí)其內(nèi)鐵液不能出空，造型線停產(chǎn)后其不能停機(jī)、停電，全年全天候需有人值班。澆注生產(chǎn)結(jié)束后的爐內(nèi)剩鐵量較少。

圖1 扇形澆注機(jī)

無(wú)芯保溫澆注爐結(jié)構(gòu)較有芯爐復(fù)雜，線圈安裝在爐壁內(nèi)，一年要更換幾次爐襯。換成分時(shí)其內(nèi)鐵液可以出空，造型線停產(chǎn)后也可根據(jù)需要停機(jī)。澆注生產(chǎn)結(jié)束后的爐內(nèi)剩鐵量較多。

2.自動(dòng)化澆注技術(shù)應(yīng)用

（1）可視澆注技術(shù) 自動(dòng)澆注機(jī)采用視頻或激光技術(shù)，直接掃描澆口杯的金屬液面，而后根據(jù)澆口杯金屬液面的高低，自動(dòng)調(diào)整澆注速度，始終保持澆口杯液面充滿（液面高度往往可以隨時(shí)隨意調(diào)整和設(shè)定），以確保澆注質(zhì)量達(dá)到最佳澆注效果。這種澆注機(jī)往往把預(yù)測(cè)式澆注機(jī)的一些技術(shù)，作為備用技術(shù)來(lái)使用，全自動(dòng)澆注機(jī)一般都帶有教學(xué)式澆注功能，一旦全自動(dòng)澆注失敗，可以立即啟動(dòng)教學(xué)式澆注方式，變?yōu)榘胱詣?dòng)澆注。一旦教學(xué)式也失敗，還可以改用手動(dòng)操作，變?yōu)闄C(jī)械化澆注機(jī)使用。甚至在用戶需要的產(chǎn)品上，澆注機(jī)也可安裝重量傳感器，確保達(dá)到最佳澆注效果。

預(yù)測(cè)式澆注機(jī)，國(guó)內(nèi)也有稱為半自動(dòng)澆注機(jī)，是指澆注機(jī)根據(jù)重量傳感器或者根據(jù)時(shí)間，再或者學(xué)習(xí)和模仿人工澆注的過(guò)程（教學(xué)式澆注）來(lái)執(zhí)行澆注過(guò)程的澆注設(shè)備。

（2）澆注跑火檢測(cè)技術(shù) 為了防止?jié)沧ⅰ芭芑稹眴?wèn)題，自動(dòng)澆注機(jī)上運(yùn)用了多種檢測(cè)技術(shù)。視頻或者激光澆注是設(shè)定一個(gè)時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)澆口杯內(nèi)的鐵液液面一直不上升或是沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的位置，立即停止?jié)沧ⅰＳ行┻€把稱重澆注技術(shù)作為輔助檢測(cè)功能。

（3）澆注互鎖和追包技術(shù) 自動(dòng)澆注機(jī)可以沿造型線做水平或垂直移動(dòng)，澆注中澆注機(jī)通過(guò)和造型線的互鎖，控制造型線與澆注同步或澆注追包，實(shí)現(xiàn)澆注時(shí)造型線不動(dòng)作，或是沿造型線進(jìn)行逐箱追包澆注，達(dá)到高效生產(chǎn)。當(dāng)然，保溫澆注爐由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)原理而不能隨型澆注，但可以沿X-Y軸線方向移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)澆冒口位置進(jìn)行澆注。

（4）底注澆注技術(shù) 通過(guò)塞桿伺服機(jī)構(gòu)控制塞桿與澆口開度，使鐵液從澆包底部澆口流入冒口內(nèi)。為了防止塞桿與澆口密封不好而產(chǎn)生鐵液滴漏現(xiàn)象，塞桿在壓緊澆口后還會(huì)旋轉(zhuǎn)一下，使其更好地密封。澆口在長(zhǎng)時(shí)間澆注下狀態(tài)，有很多留鐵在上面使?jié)部谧兊迷絹?lái)越小，其還有自動(dòng)捅澆口裝置，如圖3所示。

扇形自動(dòng)澆注機(jī)就沒(méi)有塞桿伺服機(jī)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)底澆的方式是在冒口上方加一個(gè)大漏斗，澆注時(shí)始終保持其內(nèi)充滿鐵液直至澆注結(jié)束。此方式不如塞桿的好。

（5）氣壓澆注技術(shù) 該技術(shù)只用在氣壓保溫澆注爐上，其內(nèi)部鐵液與爐蓋之間密閉的空間內(nèi)充滿氮?dú)?，以減少鐵液氧化，澆注時(shí)通過(guò)不斷增加密閉空間內(nèi)氮?dú)獾膲毫Γ瑢㈣F液壓到底注式的澆注槽內(nèi)進(jìn)行澆注。有芯式和無(wú)芯式氣壓保溫澆注爐結(jié)構(gòu)分別如圖4a所示、圖4b所示。

（6）恒溫澆注技術(shù) 該技術(shù)只用在保溫澆注爐上，其通過(guò)電磁感應(yīng)原理加熱爐內(nèi)鐵液，使鐵液在某一溫度附近達(dá)到恒溫的目的。保溫爐還可以在爐內(nèi)進(jìn)行成分調(diào)整，具有很強(qiáng)的緩沖能力。

（7）隨流孕育裝置 澆注機(jī)自帶隨流孕育裝置，并隨澆注機(jī)同步移動(dòng)，其通過(guò)伺服螺旋機(jī)構(gòu)定量給料，或輔以壓空吹送。

3.自動(dòng)澆注機(jī)的應(yīng)用

圖2 保溫澆注爐

圖3 塞桿底注澆注裝置

自動(dòng)澆注機(jī)選用原則是：要與造型線的造型能力相匹配；要實(shí)現(xiàn)最佳澆注，提高鑄件的澆注質(zhì)量；要符合用戶的要求。

自動(dòng)澆注機(jī)可以實(shí)現(xiàn)快速澆注，在高速的垂直分型無(wú)箱造型線上應(yīng)用較廣。當(dāng)然在需要獲得高品質(zhì)鑄件的水平分型有箱造型線上應(yīng)用也很多。

保溫澆注爐最佳適用場(chǎng)合：品種單一的產(chǎn)品；需要恒溫澆注的產(chǎn)品；需要高品質(zhì)的產(chǎn)品；澆注速度快。非保溫自動(dòng)澆注機(jī)使用場(chǎng)合：澆注溫度范圍寬；澆注速度快；澆注質(zhì)量高。

三、自動(dòng)澆注機(jī)的選型

自動(dòng)澆注機(jī)的選用需要結(jié)合造型線的造型能力，鑄件澆注重量、澆注工藝，以及經(jīng)濟(jì)成本等因素來(lái)考量。例如，對(duì)大型復(fù)雜件生產(chǎn)時(shí)澆注溫度不能太低，這種場(chǎng)合最好是選用自動(dòng)保溫澆注爐進(jìn)行恒溫澆注比較合適。

1.案例闡述

本案例主要針對(duì)高壓造型線實(shí)際情況進(jìn)行選擇自動(dòng)澆注機(jī)。目前高壓造型線主要生產(chǎn)柴油機(jī)缸體、傳動(dòng)箱殼體、末端傳動(dòng)殼體等大型鑄件產(chǎn)品，生產(chǎn)節(jié)拍為60箱/h，平均箱重為450kg，單班生產(chǎn)3～4個(gè)品種，品種、成分都不一樣，主要以灰鑄鐵為主，有少量的球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。對(duì)選擇自動(dòng)澆注機(jī)的要求如下：

1）既能進(jìn)行灰鑄鐵澆注，又能進(jìn)行球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵澆注。

2）既能智能澆注，又能半自動(dòng)澆注，并且澆注質(zhì)量可靠。

3）能適應(yīng)單班多牌號(hào)鐵液澆注，且更換鐵液成分要快。

4）澆注機(jī)技術(shù)要國(guó)際先進(jìn)，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要可靠。

5）要求澆注機(jī)內(nèi)鐵液溫度損失越小越好。

6）澆注機(jī)維修方便快捷。

7）單臺(tái)設(shè)備投資適中，運(yùn)行成本要低。

2.案例選型分析

從澆注工藝角度考慮選型：大型鑄件的單箱澆注量較大，在澆注中后期溫度會(huì)不同程度地降低，因而會(huì)產(chǎn)生因溫度降低帶來(lái)的廢品，應(yīng)考慮選用自動(dòng)保溫澆注爐；為了避免澆注中的氧化渣進(jìn)入鑄型內(nèi)，應(yīng)考慮選用底注式的澆注機(jī)。

從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本角度考慮選型：投資成本要低，運(yùn)行維護(hù)成本要低，維護(hù)方便、簡(jiǎn)單、快速，運(yùn)行要可靠，要根據(jù)廠家報(bào)價(jià)進(jìn)行選擇，如果自動(dòng)保溫澆注爐與非保溫澆注爐的價(jià)格相差不大，應(yīng)優(yōu)先考慮選用自動(dòng)保溫澆注爐，反之應(yīng)考慮選用非保溫澆注爐。

從隨型澆注方式角度考慮選型：由于造型線澆注段較短，隨型方式澆注反而不太理想，因此應(yīng)考慮選用不隨型追包的自動(dòng)澆注機(jī)。

綜合以上方面選型要素，并通過(guò)實(shí)地調(diào)研考察，有一種結(jié)構(gòu)方式的自動(dòng)澆注機(jī)非常適合本案，即非加熱式、非隨型式、底注式的中間包塞桿自動(dòng)澆注機(jī)，如圖5所示。

3.案例可行性分析

圖4 保溫澆注爐結(jié)構(gòu)

圖5 中間包塞桿自動(dòng)澆注機(jī)

中間包塞桿自動(dòng)澆注機(jī)采購(gòu)一套成本約300萬(wàn)元，保溫澆注爐采購(gòu)一套成本約700萬(wàn)元，扇形自動(dòng)澆注機(jī)一套成本300萬(wàn)～700萬(wàn)元；其整個(gè)包坐在一個(gè)可以X-Y軸移動(dòng)的包架上，包架可移動(dòng)以調(diào)整澆口的位置；澆注采用塞桿底注式，避免氧化渣進(jìn)入型箱內(nèi)；采用視頻與計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制澆注；配套有隨流孕育裝置；包體、包蓋結(jié)構(gòu)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)并用保溫絕熱材料制作，以減少熱損失，使溫度損失甚至可以控制在每分鐘2℃以內(nèi)；補(bǔ)充鐵液時(shí)只需將活動(dòng)包蓋打開即可，補(bǔ)充鐵液時(shí)不影響線上澆注；更換材質(zhì)牌號(hào)時(shí)，包體通過(guò)液壓傾翻缸可快速傾倒出鐵液；包襯材料燒損后直接將工作包吊出，并換上備用包即可繼續(xù)生產(chǎn)。

方案選用這種中間包塞桿自動(dòng)澆注機(jī)可行，并且該澆注機(jī)有成功案例可借鑒，如嘉善吉成鑄造公司應(yīng)用在高速垂直分型無(wú)箱造型線上生產(chǎn)球墨鑄鐵件，上海圣德曼鑄造公司應(yīng)用在水平分型有箱造型線上生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等。

四、結(jié)語(yǔ)

利用自動(dòng)澆注機(jī)進(jìn)行澆注，可以提高鑄件的質(zhì)量和澆注效率，降低廢品，減少用工成本等。故在選擇自動(dòng)澆注機(jī)時(shí)不要盲目，一定要結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際情況、發(fā)展需要和工藝要求合理選型，避免因過(guò)失選型帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

20150518