宣洪良，方 伊，馬 鑫

（中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，江蘇杭州 310004）

本項(xiàng)目為某拖拉機(jī)零件生產(chǎn)廠擴(kuò)建項(xiàng)目，其主要內(nèi)容是為新建的鑄造車間提供配套的工藝設(shè)備，成為國(guó)內(nèi)一流的柴油機(jī)鑄件生產(chǎn)車間。實(shí)現(xiàn)鑄件的清潔化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)低消耗、低污染宜人化生產(chǎn)環(huán)境，體現(xiàn)現(xiàn)代化工廠的風(fēng)貌，全面提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 生產(chǎn)綱領(lǐng)

1.1 生產(chǎn)任務(wù)

新建鑄造車間主要承擔(dān)單缸柴油機(jī)的機(jī)體、缸蓋毛坯，以及變速箱箱體毛坯的鑄造、清理、防銹處理及檢驗(yàn)等任務(wù)。

1.2 生產(chǎn)綱領(lǐng)

本項(xiàng)目生產(chǎn)綱領(lǐng)如表1所示。

表1 生產(chǎn)綱領(lǐng)

1.3 工作制度及年時(shí)基數(shù)

本車間全年工作日250天，一般設(shè)備年時(shí)基數(shù)為1 970 h，中頻爐1 930 h，工人年時(shí)基數(shù)為1 750 h.

2 造型工藝方案選擇

目前柴油機(jī)缸體、缸蓋類鑄件生產(chǎn)工藝主要有多觸頭造型、靜壓線造型工藝（有箱線）和消失模工藝等。

2.1 工藝對(duì)比

多觸頭造型線投資少，上馬快，但是采用氣動(dòng)多觸頭壓實(shí)，造型效果較差，緊實(shí)度不高，而且生產(chǎn)環(huán)境較差，砂型鑄造的造型材料帶來(lái)的粉塵污染、空氣污染及固體污染比較嚴(yán)重，無(wú)法做到清潔生產(chǎn)，與工程綠色鑄造清潔生產(chǎn)的目標(biāo)不符。

靜壓線造型產(chǎn)品生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量高，但對(duì)設(shè)備投資、廠房要求和人員素質(zhì)等要求高，相對(duì)折算成噸鑄件成本也高，并且對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的批量也有一定要求。項(xiàng)目最初計(jì)劃車間主要承擔(dān)年產(chǎn)20 000 t單缸和多缸柴油機(jī)的機(jī)體、缸蓋毛坯，以及變速箱箱體毛坯的鑄造、清理、防銹處理及檢驗(yàn)等任務(wù)，曾擬采用黏土砂靜壓造型鑄造工藝，后綱領(lǐng)調(diào)整為5 170 t，靜壓線產(chǎn)能過(guò)大。

消失模工藝投資少、上馬快，與相應(yīng)黏土砂工藝比固定資產(chǎn)投資可減少30%～40%，動(dòng)力消耗可減少10%～20%；占地面積和建筑面積可減少30%～50%，簡(jiǎn)化了工廠設(shè)計(jì)；由于不需要分型和下芯，所以特別適用于幾何形狀復(fù)雜、傳統(tǒng)鑄造難以完成的箱體類、殼體類鑄件、筒管類鑄件，在國(guó)內(nèi)柴油機(jī)缸體、缸蓋類也多有應(yīng)用成功的實(shí)例。消失模生產(chǎn)工藝采用無(wú)黏結(jié)劑干砂造型，在鑄造界該工藝與V法鑄造、有機(jī)酯水玻璃自硬砂型鑄造被認(rèn)為是最可能實(shí)現(xiàn)綠色鑄造生產(chǎn)的工藝方法，被譽(yù)為“21世紀(jì)的鑄造新技術(shù)”、“鑄造中的綠色工程”等。

綜上對(duì)比，依據(jù)“以人為本、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色生產(chǎn)”的思想，本項(xiàng)目中采用消失模鑄造工藝，以實(shí)現(xiàn)綠色鑄造的理念。

2.2 消失模生產(chǎn)流程

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，在泡沫模型上均勻地刷涂耐火涂料，在涂料烘干后，埋在干石英砂中進(jìn)行振動(dòng)造型，并在負(fù)壓下澆注，高溫金屬合金液使泡沫模型氣化，從而使得液體金屬占據(jù)模型的位置，凝固冷卻后形成鑄件的鑄造方法。

消失模鑄造工藝及設(shè)備相對(duì)于其他鑄造工藝，不需要分型和下芯，設(shè)備較為簡(jiǎn)單，但其科技含量較高，特別適合于機(jī)床床身、礦山設(shè)備鑄件、缸體缸蓋、大口徑管件等鑄件的生產(chǎn)。

主要生產(chǎn)流程為：制作泡沫模型（手工、機(jī)械）——模型加澆冒口后烘干——模型表面刷、噴耐火涂料后再次烘干（干透）——將特制砂箱置于三維振實(shí)臺(tái)上——填入底砂（干砂）振實(shí)、刮平——將烘干的模型放于底砂上，填砂，自動(dòng)振實(shí)一定時(shí)間后刮平箱口——用塑料薄膜覆蓋砂箱口，放上澆口杯，接負(fù)壓系統(tǒng)。緊實(shí)后進(jìn)行鐵液澆鑄，模型消失，金屬液取代其位置——鑄件冷凝后釋放真空并翻箱，取出鑄件，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。工藝流程如圖1所示。

圖1 消失模鑄造工藝流程圖

消失模工藝用于柴油機(jī)缸體、缸蓋類鑄件生產(chǎn)，由于少了制芯、下芯，造型也相對(duì)簡(jiǎn)單，少了很多繁瑣工序，現(xiàn)已得到了較快發(fā)展。消失模鑄造工藝也可以上線生產(chǎn)，不僅提高了生產(chǎn)效率，鑄造質(zhì)量也得到了保證，鑄件沒(méi)有分型，無(wú)拔模斜度，鑄件加工余量小，尺寸精度更高，表面質(zhì)量更好，是一種介于砂型鑄造和精密鑄造的近凈成型工藝。

3 主要設(shè)備選擇

3.1 熔煉工部設(shè)備

3.1.1 熔煉設(shè)備

項(xiàng)目生產(chǎn)綱領(lǐng)5 170 t，鑄件成品率按75%（考慮澆冒口、廢品率、燒損等因素），全年鐵液需求量為：

鐵液不平衡系數(shù)取1.1，則所需鐵液生產(chǎn)能力：

選擇2 t中頻爐2套，共4臺(tái)。平均鐵液供應(yīng)量總計(jì)4 t/h，根據(jù)綱領(lǐng)安排生產(chǎn)任務(wù)，8 h即可滿足產(chǎn)能要求，考慮到自動(dòng)化澆注冷卻設(shè)備要求連續(xù)供水，因此定型熔煉設(shè)備為2 t一拖二中頻爐2套，每套中頻爐兩個(gè)爐體（一個(gè)熔煉一個(gè)保溫）；配套2 t自動(dòng)加配料小車，每個(gè)爐體一臺(tái)，總計(jì)4臺(tái)，為保證鐵水的供應(yīng)并節(jié)約能源，采用1 650 k W較高功率的中頻爐。中頻爐采用電加熱，噸鑄件能耗低，采用循環(huán)水冷卻沒(méi)有污水外排，煙氣污染低且容易收集處理；并且可以做到一個(gè)爐殼熔煉時(shí)，另一個(gè)爐殼處于保溫狀態(tài)，可以連續(xù)出水保證造型線連續(xù)運(yùn)行。

3.1.2 熔煉輔助設(shè)備

1）爐后采用一臺(tái)雙梁橋式起重機(jī)配備電磁吸盤，由微機(jī)自動(dòng)控制對(duì)金屬爐料進(jìn)行稱量，然后放入加料小車中。合金料由人工稱量后加入加料小車。配料完成后，加料車按加料程序要求自動(dòng)駛?cè)霠t前，通過(guò)振動(dòng)輸送方式將爐料加入爐膛內(nèi)。

2）在爐臺(tái)附近設(shè)有光譜室、快速分析室、爐前操作控制室等。配備真空直讀光譜儀、熱分析儀，便攜式數(shù)顯測(cè)溫儀（T≥1 600℃），數(shù)顯 C、Si、Ce快速測(cè)定儀，用于提高爐前分析水平和鐵液控制質(zhì)量，保證鑄件品質(zhì)。

3）中頻感應(yīng)電爐配備除塵系統(tǒng)，電爐配備目前為止最先進(jìn)龍卷風(fēng)除塵器，產(chǎn)生的尾氣由除塵罩收集，通過(guò)地下管路送到除塵器處理后排入大氣中，除塵系統(tǒng)配備火花捕集和顆粒沉降裝置。

3.2 制模設(shè)備

根據(jù)鑄件外形尺寸、質(zhì)量選擇砂箱尺寸，（長(zhǎng)×寬×高）為1 200 mm×1 200 mm×1 100 mm，每箱對(duì)應(yīng)鑄件數(shù)量如表2所示。

表2 砂箱數(shù)量統(tǒng)計(jì)

白區(qū)涉及工藝流程為：EP S原料——預(yù)發(fā)泡——熟化——成型——烘干——熟化——切割粘結(jié)——上涂料——烘干——循環(huán)涂料烘干過(guò)程、補(bǔ)涂——成品模型。

白模成型后自然時(shí)效5天～7天，而后烘干時(shí)間20 h～24 h，烘干溫度30℃～40℃，經(jīng)過(guò)3次涂覆涂料后總烘干時(shí)間50+h，烘干溫度50℃±5℃.

EP S原料通過(guò)預(yù)發(fā)泡，熟化的合格珠粒通過(guò)珠粒輸送管道輸送到成型機(jī)；成型機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的合格模型首先進(jìn)入模型烘干室，進(jìn)行初步烘干；初步烘干的模型進(jìn)行熟化，模型熟化后通過(guò)進(jìn)行組模、澆注系統(tǒng)粘接；粘接好的模型進(jìn)行第一遍和第二遍涂層的涂敷和烘干，一、二遍涂敷和烘干之后進(jìn)行檢查，需要進(jìn)行補(bǔ)涂的模型再一次進(jìn)行補(bǔ)涂和烘干，烘干完成后即得到合格的成品模型，輸送至造型區(qū)域存儲(chǔ)和造型。

3.3 黑區(qū)造型澆注冷卻線設(shè)備

3.3.1 黑區(qū)造型設(shè)備

根據(jù)表2選擇砂箱尺寸為1 200 mm×1 200 mm×1 100 mm，造型節(jié)拍為（13～20）型 /h，設(shè)計(jì)澆注冷卻線一條，預(yù)留一條，通過(guò)生產(chǎn)安排來(lái)適應(yīng)產(chǎn)能。

造型工序?yàn)椋杭拥咨?、振?shí)、放白模、三維振實(shí)、砂型整理、加砂振實(shí)（三維）、覆封箱膜及加蓋砂，抽真空澆注、保壓。其中三維振實(shí)為關(guān)鍵工部，設(shè)備性能好壞直接影響到砂子填充性能，直接影響鑄造質(zhì)量，故一般三維振實(shí)工位設(shè)備選型都會(huì)考慮高檔振實(shí)臺(tái)產(chǎn)品。本生產(chǎn)線選用的振實(shí)平臺(tái)主要參數(shù)為：例如美國(guó)?？档?，單機(jī)重量約2 t，負(fù)荷為5 t，激振力為80 k N.冷卻時(shí)間（鑄件在砂箱內(nèi)的冷卻時(shí)間）≥90 m i n.造型和澆注線每班總用工量不多于3人，生產(chǎn)線高度自動(dòng)化，且可靠性強(qiáng)。

3.3.2 黑區(qū)砂處理設(shè)備

根據(jù)造型線節(jié)拍、砂箱大小計(jì)算用砂量Q=20×1.2×1.2×1.1×0.6×2.0=38 t/h，配備 40 t/h砂處理線一條，預(yù)留一條。

砂處理工部采用塔式布置。全自動(dòng)液壓翻箱機(jī)落砂下來(lái)的舊砂經(jīng)FX40舊砂風(fēng)選、磁選機(jī)磁選、篩分后進(jìn)入S8940B交換式沸騰冷卻床、砂溫調(diào)節(jié)裝置降溫冷卻，經(jīng)冷卻處理的砂進(jìn)入儲(chǔ)存砂斗。舊砂處理立式輸送采用D450斗式提升機(jī)，生產(chǎn)率≥50 t/h，冷卻塔選取S L50A流幕式砂溫冷卻塔。

3.4 清理打磨、浸底漆、鑄件存儲(chǔ)

通過(guò)機(jī)械手在振動(dòng)落砂機(jī)上抓取鑄件，將鑄件放到鑄件臨時(shí)存儲(chǔ)框中，在鑄件緩存區(qū)存儲(chǔ)冷卻并運(yùn)送到清理工部；冷卻完成后的鑄件，在緩存中轉(zhuǎn)區(qū)域進(jìn)行人工除去澆冒口；人工去除鑄件飛邊毛刺，并進(jìn)行鑄件表面粗清；鑄件粗清后進(jìn)入拋丸-浸漆-烘干聯(lián)合處理設(shè)備，聯(lián)合處理設(shè)備由拋丸機(jī)、浸漆機(jī)及烘干房及一條步進(jìn)式懸鏈穿接而成，鑄件上下料采用平衡吊，鑄件先進(jìn)行拋丸處理，在懸鏈線上經(jīng)目檢合格后進(jìn)行吹清，然后進(jìn)入浸漆工序，浸漆采用升降式浸漆，水性底漆，再經(jīng)烘干房烘干后由平衡吊下線，裝筐后由叉車或者行車運(yùn)至鑄件儲(chǔ)存區(qū)。

4 總體布置的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為聯(lián)合廠房，廠房總長(zhǎng)153.1 m，寬96 m，共四跨，每跨24 m，柱距6 m，北側(cè)兩跨為鑄造廠房，第三跨為露天跨，南側(cè)跨為研發(fā)試制區(qū)域。廠房整體布置如圖2所示。鑄造車間區(qū)內(nèi)部分為熔煉區(qū)、造型澆注區(qū)、白模成型區(qū)、涂料區(qū)以及清理打磨區(qū)，各區(qū)域按田字形布置，西北角為熔煉及黑區(qū)生產(chǎn)、西南角為原材料及成品儲(chǔ)存、東北及東南為白區(qū)生產(chǎn)（其中局部二層平臺(tái)）。車間廠房北側(cè)輔房為空壓站、蒸汽發(fā)生器房以及真空泵房，除塵器、冷卻塔等輔助設(shè)備，金屬爐料庫(kù)緊鄰車間熔煉區(qū)在車間最西北區(qū)域。熔煉、澆注、清理打磨物流順序由東向西，白模造型區(qū)物流方向由西向東，最終鑄件成品存放區(qū)和車間物流出口相鄰，位于車間的中部，由北向南廠區(qū)物流格局順暢；整個(gè)鑄造車間布局緊湊，物流合理。

5 結(jié)束語(yǔ)

綠色制造、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是21世紀(jì)國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)，因此發(fā)展綠色鑄造迫在眉睫。根據(jù)工廠的實(shí)際情況合理地選擇綠色鑄造、清潔生產(chǎn)工藝方法，對(duì)國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、工廠降低成本、提高利潤(rùn)都具有重大的意義。

消失模鑄造工藝每一個(gè)工部在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮很多方面的因素，應(yīng)保證工藝流程、人流、物流順暢，布置緊湊，減少占地面積，提高工廠內(nèi)部土地利用率。同時(shí)根據(jù)鑄造工藝的特點(diǎn)，選擇先進(jìn)的設(shè)備與工藝，使用可靠、經(jīng)濟(jì)合理、自動(dòng)化程度高的設(shè)備，并對(duì)不同的工段配備環(huán)保設(shè)施，達(dá)到減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及保護(hù)環(huán)境的效果。