周華金

（安徽全柴動力股份有限公司技術中心，安徽 滁州 239500）

隨著對環(huán)保越來越重視，許多企業(yè)采用新型、環(huán)保、低成本的鑄造方法，1994年全柴從美國VULCAN公司引進一套消失模鑄造線。隨著產量的增加，鑄造線無法滿足生產的要求，特別是制模機是制約鑄造線的瓶頸。為滿足生產及產品的質量要求，工程技術人員通過認真研究與分析，結合國外設備技術和生產實踐，于2011年1月成功研制了第一臺制模機。文章通過消失模制模機的研制，闡述了該制模機的主要結構和幾大創(chuàng)新點。

1 消失模鑄造簡介

消失模鑄造（又稱實型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

消失模鑄造的工藝流程：

泡沫塑料珠?！A發(fā)泡→制模成型→膠合→組合→浸涂→烘干→造型→澆注→起貨→落砂→清理

消失模鑄造與普通砂型鑄造比較，有如下優(yōu)點：

1）簡化了模型，無需起模；

2）鑄件尺寸精度和表面粗糙度顯著提高；

3）簡化了工藝，填砂的過程就是造型的過程，使勞動強度和勞動條件大幅度的改善，相同產量的情況下，對工人的技術熟練程度要求降低；

4）帶有孔或者內腔的鑄件不需要下芯；

5）采用無任何黏結劑的干砂造型，消除了水、黏結劑和附加物帶來的鑄造缺陷；

6）易于實現機械化、自動化生產，由于工序的減少和必需設備的簡化，使投資減少；

7）節(jié)材、節(jié)能，舊砂回用率可達95%以上，不需要像黏土砂生產線那樣的砂處理成套設備；

8）鑄件成本可降低10%～40%（鑄鋼件成本可降低40%左右，鑄鐵件可降低10～20%左右）。

2 高端制模機的研制

2.1 高端制模機及其作用

制模機是消失模鑄造工藝中制模成型的主要設備，其作用是將泡沫塑料珠粒通過發(fā)泡機進行預發(fā)泡后，用加料機構加到制模機的內腔，高溫蒸汽進行加熱成形，用冷卻水冷卻后生成與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型。國內目前的設備供應商只能提供泡沫塑料的成型設備作為消失模制模之用，無法提供薄壁復雜鑄件的制模設備。主要原因有：1）制模時能量分配不合理，沒有根據模片的尺寸及形狀合理設計高溫蒸汽的進出和模片冷卻方式；2）取模時沒有根據模片的形狀布置取模位置；3）膠合時模片產生變形。針對以上情況，設計了新型制模機，在新型制模機上設計了能量分配機構和自動取料機構，根據模片形狀設計膠合機的模具。

2.2 制模機的主要部件

制模機主要包括：主體框架機構、液壓系統、氣動加料系統、能量分配機構、自動取料機構、安全防護機構等。

1）主體框架機構（見圖1）為四柱機構，油缸帶動下模以立柱為導向上下移動，形成合模和開模的動作；

圖1 主體框架機構

2）液壓系統向油缸輸送液壓油，滿足油缸的動作要求，帶動上下模移動，形成合模和開模的動作，制作工件形狀的模片；

3）氣動加料系統是將發(fā)泡機發(fā)泡后的珠粒自動輸送進制模機的內腔。

氣動加料系主要結構如圖2.開始工作時，加壓口（10）和出料口（2）閉合，真空口（12）和進料口（11）打開，真空口（12）抽取加料筒里的空氣，加料筒里形成負壓，珠粒通過進料口（11）進入到加料筒里。當進入到一定數量時，真空口（12）和進料口（11）閉合，氣缸運動帶動回轉板（4）轉動一定角度，回轉板（4）上的孔和端蓋（3）上的孔對上，出料口（2）打開。同時加壓口（10）通入壓縮空氣，珠粒在壓縮空氣的壓力作用下通過出料口（2）進入加料槍（16），再進入模具的型腔內，緊密地填充整個型腔，繼而在蒸汽的作用下形成模型，再經過冷卻后制模結束；

4）能量分配機構是將壓縮空氣、蒸汽和真空等能量全自動輸入上下氣室的機構；

5）自動取料機構是一種懸掛式，無桿氣缸驅動，用真空自動移取模片的機構；

6）安全防護機構包括防護網，合模自動保護程序等。

3 高端制模機的三大創(chuàng)新

3.1 能量分配機構

國內現有制模設備沒有能量分配機構，將壓縮空氣、蒸汽和真空等能量分別通過管路輸入上下氣室，其缺點是：接口多，容易泄漏；管路復雜，能量傳送慢，管道有積水。

針對此種現象，設計了一種能量分配機構，將壓縮空氣、蒸汽和真空等能量輸入上下氣室。路線示意圖如圖3所示。通過一個管狀總成，讓上模的蒸汽、壓縮空氣和真空分別與上模的分配體相連，再以一個進口進入上模的氣室；同樣，下模的蒸汽、壓縮空氣和真空也分別與下模的分配體相連，再以一個進口進入下模的氣室。PLC中心控制著電磁閥，電磁閥控制著氣動角座閥，氣動角座閥控制著能量流動，由此實現了自動控制壓縮空氣、蒸汽和真空等能量輸入上下氣室，并解決了分配體內積水問題。與國際知名的VULCAN和FATA公司的同類結構對比，具有外形美觀、結構緊湊，加工，維修簡便等優(yōu)點，建立了專門的制模設備能量分配機構。

圖3 能量分配機構及蒸汽路線示意圖

3.2 自動取料機構的創(chuàng)新

為了進一步提升生產效率，提高產品的制造質量，設計了一種自動移取模片的機構。如圖4所示,包括無桿氣缸驅動的運動機構，吸附模片的真空機構，穩(wěn)定模片的壓板。利用懸掛式的運動機構，解決了滑塊磨損的問題，提高了機構的壽命。創(chuàng)造性發(fā)明了穩(wěn)定模片的壓板，提高產品的質量，較國內設備傳統的人工更換模具方式，不僅安全，而且大大地提高勞動生產效率，實現了項目產品生產全過程的自動化、高效率運轉。

圖4 模片移出機構

3.3 上模氣室排水

在氣室排水側設置排水孔和排水通道，并設置在上模模具最低點的位置上，這樣積水直接從最低點流出模具，排到設備外邊，提高產品的合格率。

三大創(chuàng)新技術將推動消失模制模工序的自動控制細微化，推動中國發(fā)動機缸蓋等薄壁復雜消失模鑄件的大批量生產。

與美國VULCAN公司的MPV80/60制模機，國內銷量最大的某消失模設備有限公司的自動化成型機進行對比，結果如表1.

比較結果表明，本設備生產效率最高。

4 產品的經濟效益和社會效益

4.1經濟效益

表1 三種制模機比較

1）內部效益

該產品自研制出來后產生了巨大的經濟效益，目前共制造三臺VFZ80/60制模機，與進口的美國VULCAN公司同類設備相比，不僅每臺價格便宜100多萬元，而且生產效率可提高20%以上。按照全柴消失模鑄造項目設計制模機數量為36臺，按每臺節(jié)省100萬元計算，共計將為企業(yè)節(jié)省3 600萬。

2）外部效益

該系列產品不僅能夠滿足企業(yè)自身需求，還將實施對外銷售。均價115萬/臺，年市場需求量在10臺?？蓪崿F年銷售收入1 150萬元。

4.2 社會效益

該產品的研制成功，不僅提高改善了鑄造行業(yè)工作環(huán)境，還提升了國內鑄造技術、優(yōu)化產業(yè)結構、降低能耗、提高生產效率、提高產品性能、增加使用壽命。

5 結束語

通過對消失模鑄造線生產節(jié)拍的研究，研制了適合生產發(fā)動機缸蓋等薄壁復雜消失模鑄件的制模機，解決了生產線的瓶頸問題，保證了產能和產品質量。通過產量的提高，也降低了成本，提高了市場競爭力。

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