孫明杰

（中機第一設(shè)計研究院有限公司，安徽合肥 230601）

2017年我國汽車市場全年銷量約2894.2萬輛，2018年中國汽車全年銷量約2808萬輛，相應(yīng)汽車模具鑄件需求量巨大。隨著環(huán)境污染和能源危機的日益加重，減輕車重、降低油耗成了汽車行業(yè)綠色發(fā)展的重要方向。

在保證汽車的強度和安全性能的前提下，主機廠都在尋求各種輕量化技術(shù)來降低汽車整備質(zhì)量，在汽車眾多零件中，輕量化的覆蓋件正備受業(yè)內(nèi)關(guān)注，覆蓋件質(zhì)量的提升對鑄造模具的制造能力和技術(shù)力量提出了更高的要求，同時要求模具鑄造企業(yè)發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)。

目前國內(nèi)部分汽車模具企業(yè)新上鑄造生產(chǎn)工廠，徹底解決現(xiàn)實采購鑄件帶來的質(zhì)量及交貨期問題。

汽車模具鑄造工廠的工藝采用實型樹脂砂鑄造工藝。包含熔煉、造型、砂再生、清理、熱處理等工序，本文主要討論工藝設(shè)計中電爐的選擇。

以某公司新建汽車模具鑄造工廠生產(chǎn)綱領(lǐng)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)綱領(lǐng)為30000t/a，最大件重量為12t。產(chǎn)品重量具體分配比例見表1。

表1 產(chǎn)品重量分配表

1 熔煉能力計算

年時基數(shù)按4016小時，工藝出品率75%，廢品率2%，不平衡系數(shù)取1.2。

則每小時需鐵水量30000×1.2×1.02/75%/251/16=12.19（t）。

2 電爐能力的選擇

（1）考慮最大件重量12t，需鐵水12/0.75=16（t），選擇兩套8t/h電爐。

電爐負(fù)荷率為12.19/16=76%。滿足生產(chǎn)能力需要。

（2）電爐電源功率選擇需合適，以滿足生產(chǎn)需要。

電爐的工作頻率越高，其允許功率密度值越高。由于同樣容量的電爐配置高功率后，其單位時間內(nèi)輸入到爐料中的有效能量增加，熔化時間降低，使得電爐的總效率得以提高，熔化單耗也降低，且具有同等生產(chǎn)能力的此類電爐的容量小，占有空間也小，總投資也有所減少。

從制造技術(shù)來說，配置更高的功率密度都可實現(xiàn)。主要受到爐襯的使用壽命和生產(chǎn)管理及配套設(shè)備兩個因素的限制。因為在高功率密度情況下，電爐工作的爐襯會受到強烈的熔液攪拌效應(yīng)的沖刷，對爐襯的要求會有相應(yīng)的提高。而目前國內(nèi)的爐襯質(zhì)量尚未能與之相適應(yīng)。此外，由于配置高功率密度的感應(yīng)熔化電爐的生產(chǎn)能力大，需要配置相應(yīng)的自動化加料裝置，否則電爐的功率利用系數(shù)將大大降低，失去高功率密度的意義。

3 電爐型式的選擇

（1）隨著固態(tài)中頻變頻電源控制技術(shù)的快速發(fā)展以及電子開關(guān)器件的優(yōu)質(zhì)、低價，其電效率的轉(zhuǎn)換已逐步提高到目前的96%～97%。作為金屬保溫和熔化設(shè)備，企業(yè)對中頻電爐的選擇是高可靠性、高效率、低成本。大量的生產(chǎn)實踐證明，大容量、高功率、低能耗的中頻電爐越來越被人們所關(guān)注，尤其在鑄造領(lǐng)域中，中頻電爐能提供高質(zhì)量的鐵水和鋼水，便于在熔化過程中控制溫度和化學(xué)成份。大型中頻爐，尤其是1噸以上的中頻爐，優(yōu)選優(yōu)質(zhì)的器件和材料，可靠、高效、低成本的效果越明顯。故選擇中頻感應(yīng)電爐。

（2）電爐電源、爐體配置有多種方式，有一拖一方式（一套電源對應(yīng)一臺爐體），一拖二方式（一套電源對應(yīng)兩臺爐體），一拖三方式（一套電源對應(yīng)三臺爐體）。

一拖二作業(yè)方式基本是一臺爐體熔煉，一臺爐體保溫，此種方式很適合鑄造生產(chǎn)線，滿足大批量生產(chǎn)的鐵水需求。

一拖三方式基本以滿足生產(chǎn)大型鑄件時使用，兩臺小爐體+一臺大爐體，正常生產(chǎn)時，一或兩臺小爐體作為熔煉使用，大爐體停用；生產(chǎn)大型鑄件時，小爐體用來熔煉，大爐體用來保溫，熔煉后倒包進(jìn)入大爐體保溫，然后澆注鑄件[2]。

一拖一方式的中頻電爐，一爐體熔清鐵水準(zhǔn)備澆注，其變頻電源功率立即降低到保溫，另一套變頻電源帶動另一臺裝滿新爐料的爐體做滿功率熔化，中頻電爐熔化利用率達(dá)100%。這種方式可以向兩臺爐子單獨送電也可以同時送電，避免了切換開關(guān)，不必在熔煉中將電源切換到保溫爐子上以保持必要的澆注溫度。

大型爐容中頻電爐烘爐時間長，采用一拖一方式，即使在一臺爐子烘爐時，也能保證另一臺爐子正常生產(chǎn)，從而實現(xiàn)鐵液的及時連續(xù)供應(yīng)，提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，降低能耗，實現(xiàn)了烘爐不停產(chǎn)[1]。

項目產(chǎn)品為單件小批量生產(chǎn)，且鑄件最大件僅12t，所占比例很小，可作為特殊件處理，熔煉澆注合用兩臺電爐生產(chǎn)。項目選擇一拖一方式較為合理。

4 電爐布置的比較

（1）占地面積比較。目前電爐布置方式以爐體—電源—變壓器一字排開居多。兩套一拖二電爐占地面積比兩套一拖一電爐大近一倍，采用一拖一電爐節(jié)約了場地，有效提高廠房利用率。

（2）設(shè)備投資比較。兩套8t/h一拖二電爐比兩套8t/h一拖一價格約高出10%～15%，且多了兩臺加配料小車的費用。

5 結(jié)語

根據(jù)以上分析，汽車模具鑄件產(chǎn)品種類多，單件小批量，重量差距大，此類產(chǎn)品生產(chǎn)車間內(nèi)的電爐盡量選擇合適的高密度功率配置，一拖一電源—爐體方式為宜。

此種選擇不僅滿足汽車模具鑄件的正常生產(chǎn)，有效達(dá)到節(jié)能目的，且提高了廠房利用率，節(jié)約了前期設(shè)備投資費用。