王淑梅，高 磊，桑飛星，許魁蓮

（雙星漯河中原機(jī)械有限公司，河南漯河 462000）

Pep-Set樹(shù)脂砂采用的粘結(jié)劑由三部分組成，組份Ⅰ、組份Ⅱ、組份Ⅲ，固化原理與普通冷芯盒工藝相似，只是組份Ⅲ直接以液態(tài)加入原砂中混制。由于其型（芯）砂的流動(dòng)性好，可使用時(shí)間長(zhǎng)，潰散性好、發(fā)氣量低等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)較復(fù)雜鑄件的造型和制芯。因此，廣泛應(yīng)用于鋼、鐵、鋁合金等各類鑄件中，尤其適用于生產(chǎn)批量較大的中小尺寸復(fù)雜鑄件（如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體等）。近年來(lái)，雙星漯河中原機(jī)械有限公司一直致力于Pep-Set樹(shù)脂砂自動(dòng)造型線的研究，開(kāi)發(fā)了Pep-Set樹(shù)脂砂脫箱造型自動(dòng)生產(chǎn)線的先進(jìn)技術(shù)，并在湖北某廠的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件上得到了很好的應(yīng)用。下面簡(jiǎn)單介紹該線的布局特點(diǎn)、單機(jī)性能及電氣控制。

1 舊砂處理系統(tǒng)

1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)和技術(shù)指標(biāo)

生產(chǎn)綱領(lǐng)：年產(chǎn)15 000～20 000 t鑄件，砂鐵比為（4～5）∶1，采用二班工作制 16 h。

根據(jù)以上條件，砂處理能力設(shè)計(jì)為15 t/h,造型能力為10～15整型/h。在系統(tǒng)配置上，考慮滿足“柔性生產(chǎn)組織”的要求，以便在生產(chǎn)過(guò)程中，能夠根據(jù)工藝要求的不同及生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)合理選擇系統(tǒng)設(shè)備的開(kāi)停而不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本，便于生產(chǎn)組織。在滿足社會(huì)進(jìn)步、環(huán)保要求及保證工藝質(zhì)量、生產(chǎn)組織、經(jīng)濟(jì)效益的前提下，力求改善工人的作業(yè)環(huán)境。在設(shè)備選型配置上，以安全、可靠、使用成本低、節(jié)能環(huán)保為設(shè)計(jì)原則，來(lái)確保設(shè)備可靠性強(qiáng)、易損件少、使用成本及原材料消耗低，為提高鑄件的附加值打好基礎(chǔ)。

技術(shù)指標(biāo)：舊砂處理后，總脫膜率≥28%，舊砂回收率≥95%，再生砂灰分含量≤0.5%，灰塵排放濃度≤50 mg/m3。

1.2 砂處理線布局特點(diǎn)

整條砂處理線包含落砂系統(tǒng)、破碎再生系統(tǒng)、砂調(diào)溫系統(tǒng)、砂輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等六大組成部分，整線設(shè)計(jì)突出以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）高效節(jié)能：落砂后采用雙質(zhì)體振動(dòng)輸送機(jī)送砂，送砂溫度可達(dá)400 ℃，避免了傳統(tǒng)皮帶送砂不耐高溫的現(xiàn)象；

（2）兩級(jí)篩分：即破碎篩分機(jī)和直線振動(dòng)篩砂機(jī)，能夠確保舊砂中的雜物去除干凈；

（3）兩級(jí)磁選：即S997懸掛磁選機(jī)和S528Ⅱ貫通式磁選機(jī)。能夠?qū)⑴f砂中較大的鐵塊和鐵豆等磁性物質(zhì)全部分離出來(lái)，確保了后續(xù)再生機(jī)易損件的使用壽命；

（4）多級(jí)風(fēng)選：即再生機(jī)下部設(shè)計(jì)二級(jí)風(fēng)選，可以將再生后砂子中的粉塵充分吸走，從而提高砂型的透氣性，降低造型時(shí)樹(shù)脂的加入量；

（5）多級(jí)再生：再生機(jī)選用四級(jí)高效再生機(jī)。它具有能耗低、砂粒破碎少、再生效率高、易損件少、維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單、占地面積小等特點(diǎn)；

（6）廢料集中排放：設(shè)計(jì)有廢料小車和吊裝機(jī)構(gòu)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，方便了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理；

（7）工控機(jī)控制：整線電氣控制采用日本OMRON公司制造的CP 系列PLC；動(dòng)作可靠，故障率低，能可靠地完成各種所設(shè)復(fù)雜控制流程。采用工控機(jī)結(jié)合組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，可以方便的采集、統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)，便于對(duì)鑄件的質(zhì)量控制和成本控制。

1.3 主要單機(jī)設(shè)備介紹

1.3.1 SJZF15四級(jí)高效再生機(jī)

該設(shè)備是引進(jìn)德國(guó)ECO技術(shù)，結(jié)合我國(guó)優(yōu)質(zhì)砂較少的國(guó)情下開(kāi)發(fā)的新型節(jié)能產(chǎn)品，再生能力為15 t/h，電機(jī)功率為18.5 kW,轉(zhuǎn)速為810 r/min。

再生流程為：經(jīng)過(guò)篩選后的舊砂首先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)再生機(jī)的第一級(jí)再生盤，在高速旋轉(zhuǎn)力的作用下，砂子被拋到四周的耐磨板上，然后再反射回來(lái)，通過(guò)再生盤間的縫隙進(jìn)入中部滑槽，落到第二級(jí)再生盤上，開(kāi)始第二級(jí)再生，依次循環(huán)進(jìn)行第三級(jí)和第四級(jí)再生。它的再生原理主要是利用舊砂粒間的搓擦達(dá)到脫膜并圓整砂粒的目的，同時(shí)舊砂在再生體內(nèi)自動(dòng)形成對(duì)機(jī)殼的墊層，保護(hù)機(jī)殼不受磨損，外裝堅(jiān)固的耐磨襯板，完成對(duì)舊砂的四次再生，可有效保證砂子的可靠再生，而且砂子在再生過(guò)程中不會(huì)破碎，砂粒圓度更好、更規(guī)矩，再生后的舊砂可有效降低液料的加入量。再生機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 四級(jí)再生機(jī)構(gòu)

該機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用四級(jí)再生增加砂子的停留時(shí)間和再生時(shí)間，是一種以離心磨擦為主進(jìn)行脫膜再生的機(jī)械回轉(zhuǎn)式再生機(jī)，特別適合我國(guó)優(yōu)質(zhì)砂資源較少的狀況；②環(huán)形再生盤采用耐磨合金材料制作，提高了易損件的使用壽命；③回轉(zhuǎn)主軸采用防塵罩密封、密封圈密封和油溝密封等多種防塵措施，防止灰塵進(jìn)入軸承部位；④設(shè)備殼體上開(kāi)有抽風(fēng)口，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵可以順利排出；⑤與老式的離心再生機(jī)相比，砂粒不易破碎，易損件少，并且年節(jié)約電力12.5萬(wàn)度，節(jié)能效果非常明顯；⑥設(shè)計(jì)有自動(dòng)油泵定期對(duì)軸承部位進(jìn)行潤(rùn)滑。

1.3.2 氣箱脈沖袋式除塵器

該除塵器是我公司在引進(jìn)美國(guó)富樂(lè)(Fuller)公司技術(shù)基礎(chǔ)上,吸收德國(guó)同類產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)點(diǎn),結(jié)合我國(guó)實(shí)情研制開(kāi)發(fā)的新型高效袋式除塵設(shè)備,它集分室反吹和脈沖噴吹袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)于一體,克服了分室反吹的清灰動(dòng)力不足、噴吹脈沖的清灰與過(guò)濾同時(shí)進(jìn)行的缺陷,擴(kuò)大了袋式除塵設(shè)備的應(yīng)用范圍。該產(chǎn)品集國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn),有效的提高了氣箱脈沖袋式除塵器的除塵效率和運(yùn)行的可靠性,延長(zhǎng)了濾袋的使用壽命。

（1）選擇優(yōu)質(zhì)的脈沖閥

對(duì)于除塵器清灰關(guān)鍵部件—脈沖閥，采用了國(guó)際知名品牌公司的直角式脈沖閥（圖2），該產(chǎn)品采用全自動(dòng)生產(chǎn)加工工藝制造，據(jù)有100%的產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)一性，啟動(dòng)關(guān)閉迅速可靠，閥體阻力低，在較低的氣源壓力下，也可很好地完成清灰工作，脈沖閥的膜片、彈簧及電磁圈均可提供三年質(zhì)保，并滿足開(kāi)閉100萬(wàn)次的要求。

（2）濾料的合理選擇與設(shè)計(jì)

圖2 直角式脈沖閥

根據(jù)煙氣特性，高溫場(chǎng)合采用上海博格公司產(chǎn)耐高溫美塔斯濾料，該濾料可瞬間承受240 ℃的高溫；溫度150 ℃的場(chǎng)合采用中溫迷特濾料；溫度≤130 ℃的場(chǎng)合采用拒水防油滌綸針刺氈或滌綸針刺氈濾料。濾料采用階梯形梯級(jí)層面結(jié)構(gòu)，迎風(fēng)面纖維細(xì)，背風(fēng)面纖維粗，濾料清灰容易，阻力低。

濾袋上口設(shè)計(jì)為彈簧形式，彈性好，不易腐蝕，壽命長(zhǎng)；濾袋上部設(shè)計(jì)增加了加固布 (圖 3)，增強(qiáng)易破部位的強(qiáng)度，延長(zhǎng)了濾袋的使用壽命；濾袋采用專用的三針平縫縫紉機(jī)織成，強(qiáng)度高，密封好。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備采用氣箱式結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備的局部阻損，中部箱體采用鋼板壓型，強(qiáng)度剛度好，既能滿足高濃度高負(fù)壓的要求，又保證了外形的美觀。

出灰口安裝星形卸料器，排灰口下端設(shè)有密封的貯灰箱，排灰時(shí)可向貯灰箱加入水，可有效地避免二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。

2 混砂造型系統(tǒng)

2.1 設(shè)備組成及特點(diǎn)

如圖4所示。造型圈部分包含混砂造型、起模和砂型烘干兩大部分。造型設(shè)備主要配備有SZ2220P單臂連續(xù)式混砂機(jī)、振實(shí)臺(tái)、轉(zhuǎn)運(yùn)小車、翻轉(zhuǎn)起模機(jī)等。砂型烘干主要采用表干爐進(jìn)行烘干，烘干后的砂型再通過(guò)專用吊裝設(shè)備運(yùn)到鑄工輸送環(huán)進(jìn)行合箱澆注。

工藝流程：采用20 t/h單臂連續(xù)式混砂機(jī)混抽型砂→翻轉(zhuǎn)起模機(jī)震動(dòng)脫?！⒋蓟苛稀?xiàng)U爐烘干（180 ℃）→出爐冷卻→合型→澆注。

本線配備的混砂機(jī)采用單臂連續(xù)式混砂機(jī)，生產(chǎn)效率為20 t/h，回轉(zhuǎn)半徑為2 000 mm，出砂口高度為1 200 mm。采用中速混砂機(jī)理，混砂槽襯板及葉片磨損較少、混砂時(shí)發(fā)熱小，提高了易損件的使用壽命。樹(shù)脂和固化劑通過(guò)霧化裝置在混砂攪籠里加入，攪籠以553 r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行混砂。組分Ⅰ和組分Ⅱ采用進(jìn)口高精度齒輪泵控制供給，使調(diào)節(jié)更方便、精度更高，可根據(jù)不同的工藝要進(jìn)求進(jìn)行調(diào)整。

圖3 濾筒結(jié)構(gòu)圖

圖4 混砂造型圈平面布置圖

圖5 單臂連續(xù)式混砂機(jī)

混砂裝置由減速電機(jī)、聯(lián)軸器、機(jī)體、螺旋、攪籠軸總成、混砂槽、葉片等組成?；焐皺C(jī)工作時(shí)，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器，將動(dòng)力傳動(dòng)給混砂軸?；焐拜S上有形成螺旋狀的葉片，扁平的葉片與軸線成一定角度，相當(dāng)于形成一多頭螺旋。為了使葉片定位更準(zhǔn)確特采用八方定位，混砂葉片前沿鑲嵌或堆焊硬質(zhì)合金，并設(shè)計(jì)成可調(diào)整型葉片使其使用壽命大大提高?；焐安蹫閷?duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯6 mm厚的不銹鋼襯板，打開(kāi)門扣可使全部混砂葉片、螺旋暴露在外，為檢修和清理葉片、襯板、螺旋粘砂提供了極為有利的條件?；焐安凵嫌羞M(jìn)砂口、固化劑注入口、樹(shù)脂注入口、氨水注入口、當(dāng)砂定量流入混砂槽內(nèi)通過(guò)時(shí)，首先加入固化劑，經(jīng)過(guò)一段距離使砂和固化劑初步混均再加入樹(shù)脂進(jìn)一步混合，粘有固化劑的砂子與樹(shù)脂在混砂槽被形成螺旋狀的葉片切割、攪拌、搓捻的同時(shí)向前推進(jìn)，使混合好的型砂從出砂口連續(xù)定量排出。

這種混砂方式就是單砂雙混法。每班下班時(shí)按下清洗按鈕可以對(duì)混砂裝置進(jìn)行清洗，可有效地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

翻轉(zhuǎn)起模機(jī)是造型中的關(guān)鍵設(shè)備，本線中配備的是LHFQ2580型翻轉(zhuǎn)起模機(jī)（圖6），翻轉(zhuǎn)輪直徑為2 580 mm, “O”形回轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)，整體強(qiáng)度高、剛性好，設(shè)有振動(dòng)起模及起模檢測(cè)裝置，能夠確保順利起模。

圖6 LHFQ2580型翻轉(zhuǎn)起模機(jī)

工作流程為：該機(jī)采用帶邊輥的機(jī)動(dòng)輥道，與線上的輥道同步將型板、模型、砂箱(填好砂的)一起送入起模機(jī)的升降臺(tái)上。然后，安裝在其上的夾緊油缸將下面的墊板夾緊鎖住。兩壓緊油缸同步驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)將砂箱、模型、墊板等一起向上壓向上帶邊上輥道。當(dāng)達(dá)到一定的壓緊力后，液壓馬達(dá)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)體正翻轉(zhuǎn)180°，回轉(zhuǎn)機(jī)體的翻轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)伺服閥調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，慢、快、慢平穩(wěn)工作。正翻轉(zhuǎn)停穩(wěn)后，四個(gè)橡膠彈簧將工作臺(tái)頂起，振動(dòng)電機(jī)開(kāi)始振動(dòng)，與此同時(shí)壓緊油缸收縮，進(jìn)行拔模起模。如起模時(shí)模型與砂箱不能脫開(kāi)（將砂型一同帶起），檢測(cè)裝置將發(fā)出信號(hào)，壓緊油缸即刻下降，如此反復(fù)直至完成起模。起模后上輥道將砂型送出。然后，回轉(zhuǎn)體反翻轉(zhuǎn)180°,下夾緊油缸把型板松開(kāi)后,下機(jī)動(dòng)棍道把型板、模型以及砂箱再一起送出。如此完成翻箱起模機(jī)起模的全過(guò)程。圖7為脫箱起模及合箱后的砂型。

2.2 造型線的自動(dòng)化控制

圖7 脫箱起模及合箱后的砂型

該造型線要求自動(dòng)化程度高，尤其是翻轉(zhuǎn)起模機(jī)的控制程序是我公司多年來(lái)研發(fā)的核心技術(shù)，起模時(shí)兩個(gè)液壓油缸同步頂升是程序控制的難點(diǎn)和重點(diǎn)，初步設(shè)計(jì)時(shí)為確保設(shè)備的同步精度達(dá)到1/1000，兩個(gè)油缸分別配置了位移傳感器檢測(cè)油缸的位移量，油缸的速度釆用進(jìn)口電液比例閥來(lái)保證，再通過(guò)PLC對(duì)檢測(cè)到的模擬量信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)節(jié)比例閥的開(kāi)度控制給油量，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)油缸的同步頂升。

另外，通過(guò)采用觸摸屏與PLC程序的有機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)任一工件在60個(gè)工位上時(shí)時(shí)顯示的功能，當(dāng)此工件要被送去落砂清理時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制報(bào)警提示技術(shù)人員查看，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話操作。

3 鑄工輸送環(huán)

3.1 設(shè)備組成及特點(diǎn)

鑄工輸送環(huán)如圖8所示，它由61個(gè)鑄工小車組成了五條輸送輥道，靠?jī)膳_(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)小車、4臺(tái)推型機(jī)和1臺(tái)步進(jìn)式推型機(jī)來(lái)完成砂型的輸送和落砂工作。在第一條輥道上可以完成噴涂、下芯、合型等動(dòng)作，第五條輥道為澆注線，可以實(shí)現(xiàn)砂型的澆注，中間3條輥道為冷卻線，保證砂型有足夠的冷卻時(shí)間后，由步進(jìn)式推型機(jī)來(lái)完成砂型的落砂工作。5臺(tái)推型機(jī)均由液壓缸控制，運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)作可靠。

3.2 電氣操作說(shuō)明

鑄工輸送環(huán)的電氣操作有四種模式，手動(dòng)操作、步進(jìn)操作、一次循環(huán)、自動(dòng)循環(huán)。

手動(dòng)操作主要用來(lái)調(diào)試和維修設(shè)備，手動(dòng)操作全部通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)。按下對(duì)應(yīng)設(shè)備的觸控區(qū)即可開(kāi)停對(duì)應(yīng)的設(shè)備。

步進(jìn)操作主要用來(lái)調(diào)試設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行程序，每按一次“自動(dòng)起動(dòng)”按鈕，程序執(zhí)行一步內(nèi)的動(dòng)作。

圖8 鑄工輸送環(huán)平面布置圖

一次循環(huán)主要是邊造型邊落砂時(shí)使用，“下箱工位”、“下芯工位”、“箱工位”都被按下或按下“自動(dòng)起動(dòng)”按鈕，程序執(zhí)行一個(gè)循環(huán)后停止。

自動(dòng)循環(huán)，主要用集中落砂。按下“自動(dòng)起動(dòng)”系統(tǒng)一個(gè)循環(huán)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，直到按下“自動(dòng)停止”，系統(tǒng)循環(huán)結(jié)束后停止工作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近幾年對(duì)Pep-Set樹(shù)脂砂再生成套設(shè)備的研究，我公司已經(jīng)為湖北恩施某廠提供了一套完整的脫模造型自動(dòng)生產(chǎn)線，經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試后，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，砂型硬化速度快，生產(chǎn)效率高，澆注后的鑄件外觀質(zhì)量明顯提高，尺寸精度也得到了很大提升，達(dá)到了用戶滿意的效果。

2010年，我公司又與某軍工單位成功簽訂了兩條Pep-Set樹(shù)脂砂自動(dòng)造型線，專業(yè)生產(chǎn)航空航天鋁合金鑄件，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)，均達(dá)到了技術(shù)要求。 隨著鑄造技術(shù)的不斷進(jìn)步和鑄造方式的不斷改變，我們堅(jiān)信，該自動(dòng)造型線一定會(huì)在不同的領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

[1]孫志揚(yáng).Pep-Set樹(shù)脂砂工藝在WD615歐Ⅱ氣缸體鑄件生產(chǎn)上的應(yīng)用[C].中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)第十一屆全國(guó)鑄造年會(huì)論文集,2006.08.

[2]周伏生，陳國(guó)新.脫箱造型自動(dòng)生產(chǎn)線[J].中國(guó)鑄機(jī).1994.02.