楊濤林，郭廷濤

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

某公司是生產(chǎn)經(jīng)營汽車鑄鐵件的專業(yè)鑄造廠，為國內(nèi)外眾多客戶提供曲軸鑄件。為進一步提升產(chǎn)品競爭力，對現(xiàn)有曲軸鑄造生產(chǎn)能力進行全面升級，實現(xiàn)綠色化、智能化、自動化的鑄造生產(chǎn)，大幅提高人均生產(chǎn)能力、提升產(chǎn)品質(zhì)量。為此，該公司對曲軸鑄造生產(chǎn)線進行全新規(guī)劃設(shè)計，投資新建鑄造車間，本文將從規(guī)劃設(shè)計的角度出發(fā)，論述曲軸鑄造車間設(shè)計要點。

1 設(shè)計任務(wù)

生產(chǎn)曲軸類鑄件，材質(zhì)為球鐵，年生產(chǎn)綱領(lǐng)100 萬根曲軸。

根據(jù)車間生產(chǎn)性質(zhì)，為提高設(shè)備利用率及合理使用能源，車間生產(chǎn)以三班工作制為主。一、二班每班工作8 h，第三班工作6.5 h。

設(shè)備年時基數(shù)：三班制5010 h。

2 設(shè)計原則

（1）貫徹“最合適的設(shè)備、最優(yōu)化的工藝、最好的效益、最高的效率、最好的產(chǎn)品”的項目指導(dǎo)思想。

（2）本著“優(yōu)質(zhì)、低耗、高效率、少污染”的原則，加強工藝管理，提高質(zhì)量控制手段和檢測水平。項目建成后，勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保設(shè)施等方面，能夠達到國內(nèi)先進水平。

（3）為貫徹精益生產(chǎn)方式和保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求，在選用設(shè)備、制定方案時既考慮到技術(shù)先進、適用、可靠，又要注意經(jīng)濟的合理性。

（4）總體布局合理，物流順暢：生產(chǎn)單元相對集中，物流路線短捷。

（5）設(shè)計中充分考慮到以人為本，降低勞動強度，加強環(huán)保設(shè)施和改善工人的勞動條件，確保生產(chǎn)安全，減少污染，節(jié)約能耗。

3 主要工藝和設(shè)備

根據(jù)設(shè)計任務(wù)，結(jié)合產(chǎn)品特點，鑄造工藝采用殼型生產(chǎn)工藝，使用鐵丸填箱，該工藝的優(yōu)點是將鐵丸填充在型殼與箱體之間，起到對覆膜砂殼型的固定和支撐作用，從而減少殼型的厚度，節(jié)約覆膜砂用量，降低生產(chǎn)成本；此外，通過鐵丸的傳熱，對鑄型冷卻降溫，冷卻速度快，透氣性好，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，鐵丸可以循環(huán)使用，成本低。設(shè)計選用了一條自動化殼型線，以殼型線為核心，配套相應(yīng)工藝裝備，規(guī)劃在一座鑄造車間內(nèi)實現(xiàn)曲軸鑄造生產(chǎn)的全流程，包括殼型線單元、熔化單元、鐵丸處理單元、制殼單元、清理單元等。

3.1 殼型線單元

殼型線單元設(shè)計能力為30 箱/h，由殼型線、下殼機械手、取件機械手、澆注機等組成，采用鐵丸填箱工藝，鐵丸箱尺寸1050 mm×550 mm×850 mm，每箱可生產(chǎn)10 根曲軸，全線僅需3～4 人。

殼型線系統(tǒng)設(shè)備由輥道系統(tǒng)、下殼機、鐵丸斗及加鐵丸裝置、振實臺、轉(zhuǎn)運車、翻箱機、接箱小車、取件機、液壓、氣動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、鐵丸箱等組成。下型殼、加鐵丸、振實、冷卻、翻箱、取件均可實現(xiàn)自動化運行。

殼型線系統(tǒng)共設(shè)置4 個澆注工位，并在澆注工位前設(shè)置10 個待澆工位。采用可移動扇形澆注機進行澆注，并配隨流孕育裝置。鑄型澆注后通過鑄型轉(zhuǎn)運車轉(zhuǎn)運至冷卻段進行冷卻。共設(shè)4 條冷卻輥道輸送線（如圖1 所示），型內(nèi)冷卻時間1.5～2 h。達到冷卻時間要求后，鑄型進入翻箱工位，采用翻箱機將鑄件帶鐵丸直接翻至系統(tǒng)的振動落砂機，翻箱后，由抓取機械手將鑄件抓放到板式輸送機，輸送至下道工序。鐵丸進入鐵丸冷卻輸送系統(tǒng)進行處理，循環(huán)使用。

圖1 冷卻輥道輸送線

3.2 熔化單元

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)計算，考慮鑄件工藝出品率、廢品率及鐵水飛濺等損失，殼型線年需要合格鐵水量為27521 t，平均每小時需要鐵水量為5.5 t。鑄件平均重量12.6 kg，最大件重量19 kg，殼型線最大需求鐵水量為：19×10×30×1.02/0.66/1000=8.8（t/h）。綜合考慮后，選用2 套5t/h 中頻無芯感應(yīng)電爐（雙爐體、雙供電，3500 kW），電爐考慮合資品牌，以獲得高溫、優(yōu)質(zhì)鐵水。

配備電爐自動加配料系統(tǒng)，通過電磁橋式起重機找料、配料，將爐料加入振動輸送加料小車（每個爐體對應(yīng)1 臺加料車），通過振動輸送加料小車將爐料加入電爐內(nèi)。

根據(jù)工藝和生產(chǎn)組織需要，在每個爐臺的爐后跨設(shè)置不同容量的料坑，生鐵和廢鋼料坑正對爐后進料大門，便于爐料卸入料坑內(nèi)。

中頻無芯感應(yīng)熔煉電爐的除塵采用爐蓋排煙罩的形式，產(chǎn)生的煙塵通過除塵系統(tǒng)后達標排放。

爐前設(shè)置快速分析室，檢驗采用直讀光譜儀、碳硫分析儀和熱分析儀及其他一些常規(guī)檢驗裝置，以調(diào)整和控制鐵水成分和溫度。

采用空中自行線點對點鐵水輸送系統(tǒng)（如圖2 所示），RGV 小車空中自動稱重和運輸鐵水，并與電爐、球化處理、澆注機等有機連接，可以避免叉車運輸?shù)牟话踩院椭虚g鐵水倒運，確保鐵水質(zhì)量[1]。

圖2 鐵水輸送系統(tǒng)

3.3 鐵丸冷卻輸送單元

鐵丸冷卻輸送系統(tǒng)主要包括振動給料機、雙層篩、輸送機、冷卻滾筒、斗式提升機、噴淋裝置、鼓風(fēng)、除塵及電控系統(tǒng)。

主要技術(shù)參數(shù)：

鐵丸處理能力：≥70 t/h；鐵丸開箱溫度：400℃；冷卻處理后的鐵丸溫度要求：不大于70 ℃；鐵丸直徑：3～5 mm。

工藝流程：翻箱后，鐵丸及型殼傾倒至格子板漏斗，鐵丸依次經(jīng)振動篩分、輸送、冷卻滾筒冷卻后，再經(jīng)過輸送機進入鐵丸中間儲存斗。從鐵丸中間儲存斗出來的鐵丸，依次經(jīng)輸送機、斗式提升機、管式輸送機輸送至殼型線填鐵丸工位上方的料斗，循環(huán)使用。系統(tǒng)設(shè)三級噴淋裝置，為鐵丸冷卻降溫。篩分后的型殼等非金屬物料，通過輸送機、斗式提升機，進入廢料斗，在輸送機端部設(shè)磁選機，磁選后的廢料進入廢料斗。

3.4 制殼及型殼存儲輸送單元

制殼單元設(shè)計能力為60 片/h，由熱芯盒制芯機、殼型合型機、機器人組成，規(guī)劃設(shè)計了3 套制殼單元。熱芯盒制芯機生產(chǎn)采用成品覆膜砂，覆膜砂由輔料配送系統(tǒng)實現(xiàn)無人化自動配送，每套制殼單元僅需配備操作人員1～2 人。

為減低工人勞動強度，提高制殼效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，在制殼單元引入工業(yè)機器人及視覺識別系統(tǒng)，主要操作工序如下：采用機器人配以專用夾具將制芯機做好的殼模取出，放在檢測工位，由視覺識別系統(tǒng)對殼模的形狀輪廓進行對比鑒定，待檢測合格后，機器人將殼模放在殼型合型機的下模板支桿上；合型機上的下模板平移機構(gòu)自動將殼模平移至人工操作工位，對殼模凹槽進行涂膠、下冷鐵；下模板移動機構(gòu)將下殼移至壓合粘合工位，待另一半殼型制好后，由機器人取下并與涂好膠的殼型合型；上模板壓下，將殼型壓合；待粘合膠固化時間結(jié)束后，上模板升起；機器人將殼型取走并放在型殼存儲輸送系統(tǒng)的托盤上。

為適應(yīng)不同品種產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)，調(diào)節(jié)型殼供需平衡，實現(xiàn)型殼的智能管理，設(shè)計了一套型殼存儲立體庫及輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括堆垛機系統(tǒng)、貨架系統(tǒng)、輥道輸送系統(tǒng)、托盤、電控系統(tǒng)以及計算機信息管理系統(tǒng)。制殼及型殼存儲輸送單元如圖3 所示。

圖3 制殼及型殼存儲輸送單元

3.5 清理單元

鑄件由抓取機械手抓放到板式輸送機，在板式輸送機上完成二次冷卻。然后經(jīng)輕型懸掛起重機人工上料至通過式雙行程懸鏈拋丸清理機，實現(xiàn)鑄件連同澆冒口一起的拋丸清理。通過式雙行程懸鏈拋丸清理機以帶有許多吊鉤的懸掛輸送機作為工件的輸送裝置，由于工件在自轉(zhuǎn)的吊鉤上接受拋丸清理，并且吊鉤數(shù)量多，因此具有清理效果好、生產(chǎn)率高、鑄件輪廓清晰和不易損壞等優(yōu)點。

拋丸清理完成后，經(jīng)輕型懸掛起重機人工下件，并將鑄件放到切割打磨單元的上料工位。切割打磨單元由切割機、打磨機、澆冒口沖斷機、輸送皮帶機以及機器人組成。實現(xiàn)切割打磨工序之間轉(zhuǎn)接的自動化，減少了人員，改善了勞動環(huán)境。切割打磨單元如圖4 所示。

圖4 切割打磨單元

打磨下料后，經(jīng)外觀、尺寸、彎曲度、超聲波等方面的人工檢驗，合格后進入連續(xù)通過式防銹清洗設(shè)備，防銹清洗后裝箱。切割下來的澆冒口系統(tǒng)經(jīng)沖斷后，通過澆冒口輸送系統(tǒng)自動輸送至電爐后的料池備用。

4 車間物流及平面布置

車間各工序間主要采用機械化輸送設(shè)備。熔化到澆注工位的鐵水輸送、覆膜砂的輸送及回爐料的輸送均規(guī)劃設(shè)計了物料自動輸送系統(tǒng)；型殼的輸送采用型殼存儲立體庫及輸送系統(tǒng)；鑄件的輸送采用板式輸送機輸送，各清理工序通過機器人、懸掛起重機、帶式輸送機進行各工序之間的轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)了鑄件的不落地生產(chǎn)。整個車間工藝設(shè)備布局合理、物流順暢，工藝平面布置見圖5。

圖5 工藝平面布置圖

5 結(jié)語

該項目根據(jù)產(chǎn)品工藝特點及生產(chǎn)綱領(lǐng)，合理配置各工序所需的工藝設(shè)備，并進行創(chuàng)新性布局規(guī)劃，通過項目的實施，全面提升了鑄造生產(chǎn)的機械化、自動化、智能化水平，保證了鑄件質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。