劉開舉，李來升，趙林棟，韓冬生，包艷青，楊建國

（1.國機鑄鍛機械有限公司，山東濟南 250306；2.濟南鑄鍛所檢驗檢測科技有限公司，山東濟南 250399）

靜壓造型是上世紀八十年代發(fā)展起來的鑄造工藝，是目前可預(yù)見技術(shù)條件下所能達到的比較完美、先進的濕砂造型方法，其實質(zhì)就是氣流預(yù)緊實與壓實造型工藝相結(jié)合[1]。

靜壓造型技術(shù)具有工藝優(yōu)良、適用范圍廣、綜合性能強等優(yōu)點。20 世紀90 年代初期，日本SINTO 公司開發(fā)出靜壓造型技術(shù)，克服了氣沖造型鑄型背面緊實度低、砂箱高度有效利用率不高、散落砂多等問題，已逐步取代氣沖造型，得到愈來愈廣泛的應(yīng)用[2]。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是近10 年我國鑄造業(yè)的飛速發(fā)展，靜壓造型線的數(shù)量越來越多。國內(nèi)正常生產(chǎn)的靜壓造型線約有一百余條，主要有全進口、全國產(chǎn)和主機進口輔機國產(chǎn)等三種形式。靜壓造型線運行的好壞直接影響到鑄造廠的經(jīng)濟效益，直接關(guān)系到鑄造車間其他工部效率的發(fā)揮。造型線是鑄造生產(chǎn)的核心，造型線的擁有量及其水平反映出一個國家機械工業(yè)的科技水平[3]。

目前無論是進口設(shè)備還是國產(chǎn)設(shè)備，一條靜壓造型線上基本只能運行一種規(guī)格的砂箱，這樣就需要鑄造廠在方案設(shè)計階段就要充分考慮到實際的鑄件產(chǎn)品種類和生產(chǎn)需求，并且隨著市場的變化，一條生產(chǎn)線很難適應(yīng)變化較大的鑄件生產(chǎn)需求。本文通過設(shè)計一種可更換砂箱厚度的靜壓造型線，能夠運行兩種不同厚度規(guī)格的砂箱，這種新的設(shè)計思路使得一條靜壓造型線能夠發(fā)揮兩條靜壓造型線的功能，給鑄造廠帶來更多的選擇，提升了市場競爭力。

1 總體方案

靜壓造型線可以運行兩種不同厚度規(guī)格的砂箱，砂箱內(nèi)尺寸分別為1100 mm×1050 mm×380 mm/320mm和1100mm×1050mm×260mm/320mm，兩種砂箱的下砂箱規(guī)格相同，上砂箱厚度不同。靜壓造型線采用上下箱不分道的布線形式，根據(jù)鑄件箱內(nèi)冷卻時間1.5h 的要求布置了2 條冷卻線，同時預(yù)留了第三條冷卻線的空間，為后續(xù)冷卻線擴容增加了可能，冷卻線兩端推送機構(gòu)均采用轉(zhuǎn)運車車載推緩油缸形式。為節(jié)約成本，下砂箱和兩種規(guī)格的上砂箱分別加工制作了1 套，下砂箱通用，上砂箱根據(jù)實際生產(chǎn)要求，在線通過人工的方式完成上砂箱的更換作業(yè)。

2 工藝流程

根據(jù)總體方案的設(shè)計思路，采用上下箱不分道的形式，設(shè)計了靜壓造型線的工藝布置圖，如圖1 所示。該靜壓造型線包括造型下芯段、返回澆注段、冷卻段等。

圖1 靜壓造型線工藝布置圖

造型下芯段是指造型段和下芯段在同一條道上，主要包括靜壓造型機、分箱機、內(nèi)壁清理機、分箱推送缸、分箱轉(zhuǎn)運車、造型滾道、造型翻轉(zhuǎn)機、上箱翻轉(zhuǎn)機、銑澆口機、鉆氣孔機、合箱機、合箱轉(zhuǎn)運車、合箱緩沖缸等。分箱轉(zhuǎn)運車將空砂箱轉(zhuǎn)運至分箱機，分箱機將上、下砂箱依次分開抱起，內(nèi)壁清理機對空砂箱內(nèi)壁進行清理，通過分箱推送缸將砂箱依次推入靜壓造型機等待造型；靜壓造型機的舉升機構(gòu)將砂箱舉起，依次完成接箱、加砂、靜壓、壓實和下降脫模等工作，完成造型；隨后完成造型的砂箱被推出，造型翻轉(zhuǎn)機對每個砂箱翻轉(zhuǎn)180°；銑澆口機對上砂箱砂型背面銑出澆口杯，鉆氣孔機對上砂箱砂型背面鉆出排氣孔；上箱翻轉(zhuǎn)機對上砂箱翻轉(zhuǎn)180°；在造型翻轉(zhuǎn)機和上箱翻轉(zhuǎn)機之間是下芯工位，可以完成放置砂芯、澆注過濾網(wǎng)等工作；然后翻轉(zhuǎn)后的上箱和下好芯的下箱被依次推入合箱機，合箱機分別將上箱抱起下放至下砂箱上，完成合箱。

返回澆注段是指返回段和澆注段在一條道上，主要包括設(shè)置在冷卻轉(zhuǎn)運車上的返回線推送缸、捅箱機、臺面清掃機、鎖箱鉤機構(gòu)、設(shè)置在冷卻轉(zhuǎn)運車上的澆注線緩沖缸等。冷卻完成的砂箱通過冷卻轉(zhuǎn)運車轉(zhuǎn)運至返回線上，返回線推送缸將砂箱推入捅箱機內(nèi)，捅箱提箱缸將砂箱抱起，捅箱移動缸將砂箱轉(zhuǎn)運至捅箱位，捅箱缸自下向上將砂箱內(nèi)的砂胎捅出，砂胎推送缸將砂胎推送至落砂機上，捅箱缸下降，空砂箱返回至返回線上，完成捅箱；分箱轉(zhuǎn)運車將空砂箱轉(zhuǎn)運至分箱機內(nèi)，開始進入下一個造型循環(huán)；臺面清掃機伸出將臺車上的砂子清掃干凈；合箱轉(zhuǎn)運車將合好的砂箱臺車轉(zhuǎn)運至返回線準備進入澆注段；進入澆注段后由鎖箱鉤機構(gòu)對砂箱兩側(cè)的箱鉤鎖緊；砂箱被推入澆注段后，通過人工或澆注機對合好的砂型進行澆注；完成澆注的砂型通過冷卻轉(zhuǎn)運車轉(zhuǎn)運至冷卻段進行冷卻。

冷卻段包括2 條冷卻線、軌道系統(tǒng)、定位機構(gòu)、冷卻廊等。澆注完成的砂箱被轉(zhuǎn)運至冷卻線后進行一定時間的冷卻，冷卻時間由生產(chǎn)率和冷卻線的數(shù)量確定，經(jīng)過冷卻后的砂箱被冷卻轉(zhuǎn)運車轉(zhuǎn)運至返回段，開始下一個捅箱循環(huán)。

3 滿足設(shè)備運行的設(shè)計和調(diào)試措施

為了滿足一條靜壓造型線能夠運行兩種不同厚度規(guī)格的砂箱，對多個機構(gòu)和控制系統(tǒng)進行了創(chuàng)新設(shè)計和結(jié)構(gòu)改進。本項目兩種規(guī)格的砂箱中下砂箱尺寸一樣，上砂箱厚度相差120mm。

3.1 設(shè)置不同高度的型板框

根據(jù)上砂箱的厚度分別為380mm 和260mm，則對應(yīng)的型板框高度也相差120mm，下砂箱對應(yīng)的型板框高度固定不變。在靜壓造型機內(nèi)舉升造型的過程中，舉升油缸的行程均相同，這樣的設(shè)計既保證了正常的造型工作，又不改變靜壓造型機的結(jié)構(gòu)。

3.2 使用編碼器代替感應(yīng)開關(guān)

由于上砂箱的厚度不同，分箱機在分箱抱起上砂箱時，機械手下降的位置也是不一樣的，兩種上砂箱就有兩個抱箱位。為了更加準確地保證機械手下降位置，選用了編碼器控制方式，如圖2 所示。同時在操作屏上設(shè)置兩個位置的數(shù)值，根據(jù)實際在線的砂箱厚度，程序自動調(diào)用相應(yīng)的位置高度，來控制分箱機機械手下降高度，完成抱箱提升。

圖2 安裝編碼器的分箱機

合箱機在合箱時，根據(jù)兩種厚度的上砂箱規(guī)格，機械手下降的位置也有兩個，合箱機同樣選用編碼器控制方式，如圖3 所示。在操作屏上設(shè)置兩個位置的數(shù)值，根據(jù)實際在線運行的砂箱厚度，程序自動調(diào)用相應(yīng)的位置高度，來控制合箱機機械手下降的高度，完成抱箱下降合箱。

圖3 安裝編碼器的合箱機

3.3 設(shè)置可調(diào)式的箱口清掃機構(gòu)

在砂箱被推送入靜壓造型機之前，有一套對空砂箱上下面清掃的箱口清掃機構(gòu)，結(jié)合本設(shè)備有兩種不同厚度規(guī)格的上砂箱，砂箱上表面的清掃高度相同，則在清掃砂箱下箱口的安裝支架上設(shè)置了兩個安裝孔位，如圖4 所示。根據(jù)砂箱的厚度變化調(diào)整下清掃機構(gòu)的安裝位置，完成箱口清掃工作。

圖4 可調(diào)式的箱口清掃機構(gòu)

3.4 增加高箱矮箱檢測開關(guān)

由于本條靜壓造型線能夠分別在線運行兩種不同厚度規(guī)格的砂箱，為了保證在線運行一種規(guī)格的砂箱時，不出現(xiàn)另一種規(guī)格砂箱混在其中的問題，在分箱轉(zhuǎn)運車和捅箱機之間靠近分箱轉(zhuǎn)運車的一副砂箱處設(shè)置了一套感應(yīng)開關(guān)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的處理分析，能夠識別檢測出高箱和矮箱，保證了設(shè)備運行時，進入分箱機的砂箱高度準確無誤，避免兩種砂箱混雜在一起運行造成設(shè)備損壞。

3.5 電氣控制系統(tǒng)

采用PLC 集中控制方式，設(shè)計高矮箱一鍵切換程序，在主操作屏上設(shè)置了高矮箱切換按鈕，如圖5 所示。通過選擇高箱或矮箱，程序自動調(diào)用相應(yīng)的高度位置和開關(guān)信號，提升自動化程度和安全性。

圖5 電氣控制操作屏

3.6 砂箱更換方法

根據(jù)實際生產(chǎn)情況，需要更換砂箱規(guī)格時，通過人工更換上砂箱，如圖6 所示。首先啟動靜壓造型線運行，將空砂箱推滿澆注段，靜壓造型線停止運行，人工打開澆注段的砂箱箱鉤，吊具將上砂箱吊起移開，隨后將第二種上砂箱吊裝至對應(yīng)的下箱上方，下降完成合箱，即完成一幅砂箱的更換作業(yè)，往復循環(huán)將冷卻段的空砂箱全部更換完成。繼續(xù)啟動靜壓造型線，更換完成的砂箱則被冷卻轉(zhuǎn)運車轉(zhuǎn)運推送至冷卻段，澆注段又被推送滿了第一種砂箱，之后停止造型線運行，更換澆注段的空砂箱，依次往復進行，直至冷卻段砂箱全部更換完成。當?shù)诙N砂箱進入造型下芯段時，分別通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的機構(gòu)和檢測開關(guān)的高度來實現(xiàn)不同厚度砂箱的位置切換。在線砂箱全部更換完成后，檢查確保砂箱關(guān)聯(lián)機構(gòu)位置準確，切換主屏幕高矮箱切換按鈕，調(diào)用配套程序，啟動靜壓造型線運行，開始在線運行第二種砂箱。

圖6 在澆注段進行砂箱更換作業(yè)

4 總結(jié)

該靜壓造型線已經(jīng)成功開發(fā)并應(yīng)用在鑄件的實際生產(chǎn)中，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，一條靜壓造型線能夠分別在線運行兩種不同厚度規(guī)格的砂箱，運行平穩(wěn)，滿足設(shè)計要求。該設(shè)計形式擴大了靜壓造型線的使用范圍，也給使用者帶來了更多的選擇，更方便使用者根據(jù)市場變化調(diào)整鑄件生產(chǎn)類別。目前該靜壓造型線不同規(guī)格的砂箱更換頻率不高，人工更換方式完全可以滿足實際需求。未來可以根據(jù)實際需求，開發(fā)一套自動更換砂箱的裝備，優(yōu)化設(shè)計能同時適應(yīng)不同厚度砂箱的調(diào)節(jié)裝置，提高控制系統(tǒng)的智能化水平，代替人工勞動、提高工作效率，更好地適應(yīng)市場，滿足不同用戶的多樣化需求。