·鑄造設(shè)備·

曲軸殼型鑄造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與布置

張東陽（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津300113）

介紹了筆者參與設(shè)計(jì)的一條用于曲軸生產(chǎn)的自動(dòng)化殼型鑄造生產(chǎn)線工藝流程、生產(chǎn)線布置、主要設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

殼型鑄造；自動(dòng)化生產(chǎn)線；工藝布置

殼型鑄造工藝采用覆膜砂制出殼型，將兩片殼型粘接一起形成鑄型，然后將粘接好的殼型（鑄型）立放在砂箱里，并在殼型周圍填滿鐵丸，通過提高鑄件的冷卻速度，使鑄件獲得理想的力學(xué)性能和金相組織。

國(guó)內(nèi)某汽車零部件廠采用該鑄造工藝生產(chǎn)轎車用曲軸，生產(chǎn)出的曲軸具有很好的強(qiáng)度和韌度，高的尺寸精度和低的鑄件廢品率。但是由于采用的是老舊的殼型鑄造生產(chǎn)線，存在工作環(huán)境惡劣，人工操作崗位多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，單機(jī)設(shè)備老化，控制系統(tǒng)落后等問題。為滿足企業(yè)生產(chǎn)的要求，本文介紹一條新設(shè)計(jì)的具有較高自動(dòng)化程度的殼型鑄造生產(chǎn)線。

1殼型鑄造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

1.1主要技術(shù)參數(shù)

①鐵丸箱尺寸，1 200 mm×560 mm×900 mm；②生產(chǎn)節(jié)拍，20箱/h；③全線總功率，～75 kW；④液壓工作壓力，125 bar.

1.2生產(chǎn)線工藝布置

該殼型鑄造生產(chǎn)線主要由輥道輸送系統(tǒng)、下殼機(jī)、預(yù)加鐵丸裝置、加鐵丸裝置、振實(shí)臺(tái)、端部轉(zhuǎn)運(yùn)車、中間轉(zhuǎn)運(yùn)車、冷卻轉(zhuǎn)運(yùn)車、翻箱機(jī)、接箱小車、取件機(jī)等設(shè)備組成。生產(chǎn)線的每臺(tái)設(shè)備及整條生產(chǎn)線動(dòng)作可選用手動(dòng)和自動(dòng)模式，生產(chǎn)線的機(jī)械化程度高，操作方便，生產(chǎn)環(huán)境好。生產(chǎn)線的平面布置如圖1所示。

2工藝流程

生產(chǎn)線的主要工藝流程為：①空鐵丸箱由輥道輸送至下殼模工位，定位裝置定位后下殼機(jī)抓取一組殼模，自動(dòng)放置到空鐵丸箱中；②裝著殼模的鐵丸箱先由預(yù)加鐵丸裝置靠時(shí)間控制給鐵丸箱預(yù)加鐵丸；而后由加鐵丸裝置靠時(shí)間控制加滿，震實(shí)臺(tái)震動(dòng)，將鐵丸震實(shí)平整；③加滿鐵丸后的鐵丸箱靠抽灰裝置吸走殼模澆口杯處的灰塵；④裝好鐵丸的鐵丸箱，經(jīng)過澆注并在冷卻輥道冷卻后，進(jìn)入翻箱工位，翻箱機(jī)帶動(dòng)鐵丸箱翻轉(zhuǎn)，將澆注好的曲軸從鐵丸箱中滑落至接箱小車中；⑤接箱小車接到曲軸并開到取件工位，取件機(jī)械手下降，從接箱小車中取出曲軸，放到平板輸送機(jī)處，完成曲軸的取件工作；⑥翻箱后的空箱，經(jīng)過檢測(cè)裝置檢查空箱干凈后，再次進(jìn)入下殼工位，開始新的放殼模流程。

3造型線主要設(shè)備

3.1輥道輸送系統(tǒng)

輸送輥道全部采用機(jī)動(dòng)輥道（兩側(cè)輥?zhàn)訋л喚墸┙Y(jié)構(gòu)；鏈條驅(qū)動(dòng)，輥?zhàn)硬馁|(zhì)為45#鋼調(diào)質(zhì)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻調(diào)速；所有的鏈輪、鏈條及帶座軸承都有護(hù)罩保護(hù)。

圖1殼型鑄造生產(chǎn)線平面布置圖

3.2下殼機(jī)

下殼機(jī)從殼模存儲(chǔ)線上提起殼模，直線平移到空鐵丸箱上方，機(jī)械手帶著殼模下降，放到鐵丸箱中；下殼機(jī)的機(jī)械手升降采用油缸驅(qū)動(dòng)，2個(gè)導(dǎo)桿導(dǎo)向，升降速度采用比例閥控制；下殼機(jī)的水平移動(dòng)采用變頻電機(jī)帶動(dòng)鏈輪驅(qū)動(dòng)。

3.3加鐵丸工位

加鐵丸工位由預(yù)加鐵丸裝置、加鐵丸裝置、鐵丸斗和震實(shí)臺(tái)等設(shè)備組成如圖2所示。

圖2加鐵丸工位

1）預(yù)加鐵丸裝置采用油缸驅(qū)動(dòng)，帶有殼模定位工裝的鐵丸框下降，接著油缸驅(qū)動(dòng)加鐵丸閘門打開，通過時(shí)間控制預(yù)加鐵丸，而后加預(yù)鐵丸機(jī)構(gòu)閘門關(guān)閉，鐵丸框上升，完成一個(gè)工作循環(huán)。

2）加鐵丸裝置有兩道油缸驅(qū)動(dòng)的閘門，并設(shè)有手動(dòng)控制按鈕。第一道閘門用于給定量斗加滿鐵丸，第二道閘門用于給鐵丸箱加滿鐵丸。加鐵丸時(shí)為防止灰塵溢出，設(shè)備自帶有抽灰功能。

3）鐵丸斗的主要功能是儲(chǔ)存鐵丸，其頂部設(shè)有檢修口，并且頂部和底部各設(shè)有兩個(gè)料位計(jì)和溫度監(jiān)控儀，用來檢測(cè)鐵丸料位的高低和鐵丸冷卻溫度。

4）震實(shí)臺(tái)通過四只氣囊式氣缸把鐵丸箱抬起，靠四臺(tái)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)電機(jī)（激振力手動(dòng)可調(diào)）振動(dòng)將鐵丸緊實(shí)。

3.4抽灰裝置

抽灰裝置如圖3所示，由抽灰口與殼模軟接觸，分別對(duì)中鐵丸箱內(nèi)相應(yīng)的殼模澆口杯，抽灰口分別軟連接到車間除塵管道內(nèi)，該裝置的升降采用氣缸推動(dòng)，導(dǎo)桿導(dǎo)向。

3.5轉(zhuǎn)運(yùn)車

圖3抽灰裝置

生產(chǎn)線有端部轉(zhuǎn)運(yùn)車、中間轉(zhuǎn)運(yùn)車和冷卻轉(zhuǎn)運(yùn)車，主要是用來轉(zhuǎn)運(yùn)鐵丸箱。小車的輥道輸送和小車行走采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輥道的輸送速度約為7.5 m/min；小車的走輪為四個(gè)單邊輪緣式走輪，走輪直徑為φ180 mm；軌道為兩根以輕軌為主體制作的焊接件，鋼軌內(nèi)側(cè)距離為1 220 mm.

3.6取件工位

取件工位由翻箱機(jī)、接箱小車和取件機(jī)等設(shè)備構(gòu)成如圖4所示。

圖4取件工位

1）翻箱機(jī)采用液壓雙齒條擺動(dòng)缸翻轉(zhuǎn)，比例閥控制，速度無級(jí)可調(diào)，翻轉(zhuǎn)角度為125°，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)后翻箱機(jī)與接箱小車的無縫對(duì)接。

2）接箱小車上裝有由雙齒條油缸驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)的接曲軸框體，框體設(shè)有滑槽，分別對(duì)應(yīng)于鐵丸箱內(nèi)槽體。翻箱時(shí)，接箱小車在油缸的推動(dòng)下進(jìn)至接箱工位，接曲軸框體旋轉(zhuǎn)到位，隨后翻箱機(jī)翻轉(zhuǎn)，曲軸滑落至小車框體內(nèi)，接箱小車退至取件工位，接曲軸框體旋轉(zhuǎn)至水平位置，取件機(jī)下降取件。

3）取件機(jī)小車驅(qū)動(dòng)采用變頻減速電機(jī)，速度無級(jí)調(diào)節(jié)，走輪為四個(gè)單邊輪緣式走輪，直徑為φ180mm.取件機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)采用配重形式，通過電機(jī)及鏈條驅(qū)動(dòng)，保證升降運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。

4自動(dòng)控制系統(tǒng)

殼型鑄造生產(chǎn)線采用全線自動(dòng)控制，系統(tǒng)內(nèi)共設(shè)置一個(gè)主站柜，兩個(gè)從站柜，每個(gè)柜上設(shè)有Siemens TP900 9″觸摸屏。各控制柜中設(shè)置急停按鈕、內(nèi)部照明、維修電源插座（220V/10A）和帶過濾器的風(fēng)扇。主控柜用于安裝PLC控制器，采用西門子S7-300系列PLC控制，所有控制點(diǎn)均遠(yuǎn)程I/O的控制方式，PLC通過Profibus總線模塊連接現(xiàn)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)變頻及非變頻電機(jī)、傳感器、按鈕指示燈、氣動(dòng)和液壓的電磁閥等。

設(shè)備的控制有手動(dòng)方式、自動(dòng)方式和急停方式，并且在每個(gè)主要設(shè)備上單獨(dú)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)控制選擇，通過按鈕信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC再結(jié)合設(shè)備的位置信號(hào)在程序上實(shí)現(xiàn)軟連鎖從而控制輸出，這可以起到互鎖的作用，減少硬件故障率；自動(dòng)控制是直接通過砂箱位置，設(shè)備位置信號(hào)及一些控制反饋信號(hào)，靠程序內(nèi)部處理來控制輸出，通過控制電磁閥和變頻器等最終控制氣缸、油缸和電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。生產(chǎn)線各工部之間沒有剛性連鎖，因此單個(gè)工部的設(shè)備手動(dòng)操作不影響其他設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。

5結(jié)束語

該殼型鑄造生產(chǎn)線采用PLC程序控制，根據(jù)生產(chǎn)程序自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，僅需在個(gè)別需要人工處理的工位設(shè)置相應(yīng)的操作人員，不僅提高了生產(chǎn)效率和鑄件產(chǎn)品質(zhì)量，而且使整個(gè)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前該生產(chǎn)線在某鑄造企業(yè)已經(jīng)投入使用，并獲得了經(jīng)濟(jì)效益。

參考獻(xiàn)：

［1］金永錫.發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸鑄件鑄造工藝［J］.鑄造技術(shù)，2001（4）：29-35.

［2］金定章.桑塔納轎車曲軸鑄造生產(chǎn)線［J］.中國(guó)鑄機(jī)，1995（1）：10-12.

［3］周軍.殼型鑄造技術(shù)在曲軸生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.內(nèi)燃機(jī)，2003（2）：19-21.

Design and Arrangement of Crankshaft Shell Casting Production Line

ZHANG Dong-yang
（Automotive Engineering Corporation,Tianjin 300113，China）

This paper describes the automatic shell casting line for the production of crankshafts,including the main equipment, casting process,layout of the production line and the automatic control system.

shell casting,automatic production line,layout of the production line

TG249.9

A

1674-6694（2017）02-0001-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.001

2017-01-29

張東陽（1982-），男，碩士，工程師，主要從事鑄造生產(chǎn)線設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究。