摘 要：離心球墨鑄鐵管在離心澆注過(guò)程中，承口砂芯是形成鑄管承口內(nèi)腔的尺寸保證，要求砂芯具有較高的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性外，還要潰散性好。離心澆注完成后常常會(huì)有殘留砂塊或砂層粘留在鑄管承口內(nèi)不易清除，使殘砂帶入退火爐內(nèi)甚至形成承口質(zhì)量問(wèn)題降低生產(chǎn)合格率。通過(guò)分析研究殘砂粘留形式，采用機(jī)械破碎、承口噴霧冷卻的方式成功使殘砂與鑄管分離，分離后的殘砂在后續(xù)的吹砂工序中清理干凈，實(shí)現(xiàn)了在無(wú)人工參與的情況下將殘砂清理干凈。

關(guān)鍵詞：離心鑄管;砂芯;殘砂;自動(dòng)清砂

引言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平的提高，如今市場(chǎng)中的生產(chǎn)力競(jìng)爭(zhēng)也是越演越烈，所以為了能夠更好的適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展以及提高生產(chǎn)效率，在原有離心離心球墨鑄鐵管自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展和完善。提升設(shè)備生產(chǎn)速度，有效降低勞動(dòng)力度，使企業(yè)生產(chǎn)效益得到進(jìn)一步的提升，當(dāng)前離心球墨鑄鐵管往往在澆注生產(chǎn)過(guò)程中，承口易粘砂和夾砂，后期處理難度大，增加成本。承口粘砂的清理已成為制約生產(chǎn)率提高，影響鑄管產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，因而需要解決鑄管中存在的粘砂。

1 承口粘砂對(duì)離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)的影響

中小口徑球墨鑄鐵管通常采用水冷金屬型離心鑄管工藝，生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率高。鑄管生產(chǎn)在離心澆注過(guò)程中，承口砂芯是鑄管承口內(nèi)腔成形的保證，砂芯承受強(qiáng)大的離心作用力，因此離心球墨鑄鐵管砂芯需要較高的強(qiáng)度。當(dāng)鑄管成型后，鑄管承口部分在冷卻時(shí)收縮，砂芯發(fā)生潰散。拔管鉗拔管時(shí)會(huì)輔助砂芯碎裂，使砂芯與鑄管分離。

在生產(chǎn)過(guò)程中砂芯在高溫鐵液澆入鑄型后，承口砂芯表面承受著高壓高溫鐵液的作用，鐵液有可能滲入砂芯中，造成鑄管承口內(nèi)表面的粘附砂層。砂芯潰散過(guò)程中常常會(huì)遇到砂芯碎裂后殘留塊狀碎芯粘留在承口內(nèi)壁。當(dāng)殘留砂芯碎塊較多時(shí)，將直接影響成型鑄管的稱(chēng)重準(zhǔn)確性，此時(shí)離心鑄管機(jī)會(huì)根據(jù)該稱(chēng)重反饋結(jié)果對(duì)離心澆注進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，造成離心澆注生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，進(jìn)而降低產(chǎn)品合格率。粘砂的鑄管在進(jìn)行吹砂清理時(shí)無(wú)法清理干凈，會(huì)將殘砂帶入退火爐，增加退火爐人工清砂作業(yè)強(qiáng)度。在退火后仍未脫落的殘砂，會(huì)增加鑄管承口打磨的時(shí)間甚至直接造成鑄管產(chǎn)品檢驗(yàn)判別困難。降低生產(chǎn)線的連續(xù)生產(chǎn)率，增加成本。

2 當(dāng)前清理粘砂方法

鑄件常見(jiàn)的清理粘砂的方式有：半手工或手工清理、水力清砂、振動(dòng)清砂、拋丸清理、電液壓清砂等。半手工或手工清理效率無(wú)法滿足離心鑄管機(jī)的連續(xù)生產(chǎn)節(jié)奏;水冷金屬型離心鑄管拉管后鐵素體在材質(zhì)中呈現(xiàn)片狀，結(jié)構(gòu)中有15%-25%的共晶碳體產(chǎn)生，其材質(zhì)呈現(xiàn)"白口化"，在退火前鑄管呈現(xiàn)脆性，不易采用振動(dòng)方式清砂;鐵液澆注區(qū)域不易采用水力清砂;這些方式并不適用連續(xù)生產(chǎn)的離心鑄管生產(chǎn)線，存在效率低、投資成本高的問(wèn)題。

為了降低承口粘砂對(duì)鑄管生產(chǎn)率和質(zhì)量的影響，鑄管廠往往需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置值守人員對(duì)設(shè)備無(wú)法正常清理的殘砂進(jìn)行人工清理。此時(shí)鑄管剛澆注完成，鑄管溫度高達(dá)400-600℃，人工清理不僅效率低，影響離心鑄管機(jī)的連續(xù)生產(chǎn)，還需要工作在高溫的惡劣環(huán)境下。考慮到降低人工成本，優(yōu)化工人工作環(huán)境，提高生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化，研發(fā)了自動(dòng)清砂的工藝設(shè)備。

3 鑄管自動(dòng)清砂工藝的實(shí)現(xiàn)

鑄管自動(dòng)清砂裝備的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)難點(diǎn)：

①生產(chǎn)效率不低于水冷離心鑄管機(jī)生產(chǎn)效率，不能因清砂裝置成為生產(chǎn)線的瓶頸;

②清砂裝置設(shè)置在離心鑄管機(jī)后，鑄管稱(chēng)重前，設(shè)備占用空間要小，不能影響當(dāng)前生產(chǎn)工藝設(shè)備;

③剛離心鑄造出來(lái)的鑄管呈脆性，機(jī)械碰撞易產(chǎn)生裂紋;

④需要實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守全自動(dòng)化運(yùn)行。

鑒于鑄件常用清砂工藝方法各自優(yōu)缺點(diǎn)，在確定自動(dòng)清砂工藝方案時(shí)，進(jìn)行了充分的研究論證，結(jié)合多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短設(shè)計(jì)出來(lái)自動(dòng)清砂工藝設(shè)備并投入適用。鑄管自動(dòng)清砂設(shè)備采用承口破砂裝置、噴霧清砂裝置結(jié)合，即破除承口粘留的塊狀殘砂，又能有效清理薄層粘砂。

增加清砂裝置后生產(chǎn)工藝流程為：離心鑄造→拔管→承口破砂→鑄管稱(chēng)重→無(wú)驅(qū)動(dòng)軌道→噴霧清砂→吹砂→鑄管退火。

3.1承口破砂裝置

采用移動(dòng)小車(chē)帶動(dòng)破砂機(jī)構(gòu)前后運(yùn)動(dòng)，破砂完成后破砂機(jī)構(gòu)退出鑄管承口，實(shí)現(xiàn)鑄管經(jīng)撥管自動(dòng)進(jìn)入下一道工序。錘頭前部設(shè)有彈簧柔性錘擊臂，避免了破壞鑄管。經(jīng)過(guò)破砂錘頭反復(fù)錘擊砂塊，清理承口內(nèi)的塊狀砂芯殘留。由破砂裝置、移動(dòng)小車(chē)、旋轉(zhuǎn)托輪、放管臂、殘芯槽、電器控制、氣動(dòng)系統(tǒng)等組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1

破砂裝置工作流程：鑄管從離心鑄管機(jī)拔出→放管至托輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鑄管旋轉(zhuǎn)→承口破砂小車(chē)前進(jìn)到位→承口破砂飛輪旋轉(zhuǎn)→破沙頭破砂→破碎后砂芯掉落入殘芯槽內(nèi)→破砂頭停止→破砂小車(chē)后退→放管臂將鑄管放入稱(chēng)重工位。

破砂力：150KG;破砂小車(chē)行程：500mm;破砂捶擺動(dòng)距離：120mm;錘頭速度：200-600次/min;鑄管旋轉(zhuǎn)速度：30r/min;裝置功率：8KW。

3.2噴霧清砂裝置

由管徑識(shí)別、送管擋撥、承口噴水裝置、水系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

承口噴水裝置由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)進(jìn)退，通過(guò)小車(chē)滾輪行走，實(shí)現(xiàn)前后行走。升降裝置由一個(gè)絲杠滑軌模組組成，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)噴嘴上下移動(dòng)，通過(guò)水平行走、上下移動(dòng)兩套系統(tǒng)精準(zhǔn)控制噴頭位置實(shí)現(xiàn)DN100～600mm不同規(guī)格鑄管的全系適用。機(jī)構(gòu)中裝有水系統(tǒng)，水系統(tǒng)由自閉型水箱供水，水箱裝有浮球閥控制水位，采用CHM2-6水泵、霧化傘型噴嘴，經(jīng)PLC控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴水。系統(tǒng)裝配有HMI人機(jī)交互界面，噴嘴水平位置、上下位置，噴霧持續(xù)時(shí)間等均可直接輸入調(diào)整。

承口噴霧清砂裝置工作流程：鑄管從爐前擋撥分管開(kāi)始→鑄管對(duì)中→管徑識(shí)別→噴水小車(chē)高度調(diào)整至鑄管中心位置→鑄管經(jīng)過(guò)對(duì)中擋撥進(jìn)入噴水工位→噴水小車(chē)前進(jìn)→噴水→噴水結(jié)束→小車(chē)退回→鑄管經(jīng)過(guò)噴水擋撥進(jìn)入承口吹砂工位→吹砂小車(chē)前進(jìn)→吹砂→吹砂結(jié)束→吹砂小車(chē)后退。

噴水泵壓力：1Mpa-0.1Mpa可調(diào);流量：2h/min;噴水噴嘴升降距離300mm;氣動(dòng)控制：氣壓采用壓力閥，調(diào)節(jié)精度≤0.02Mpa;氣源壓力≥0.6Mpa。設(shè)有管徑識(shí)別，噴水時(shí)間控制，HMI屏幕顯示調(diào)節(jié)參數(shù)等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

離心鑄管承口自動(dòng)清砂設(shè)備采用PLC控制系統(tǒng)，依據(jù)管徑識(shí)別，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化、工作參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)清砂設(shè)備上線運(yùn)行以來(lái)，能夠順利的對(duì)殘砂進(jìn)行清理，達(dá)到來(lái)“穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速”的生產(chǎn)運(yùn)行目標(biāo)，保障了鑄管表面質(zhì)量，不僅可以使人從繁重的體力勞動(dòng)和惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且自動(dòng)化設(shè)備改造可以擴(kuò)大人工的功能，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 范英俊.離心球墨鑄鐵管工藝及裝備.中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 2001.

[ 2 ] 王文清、李魁盛. 鑄造工藝學(xué). 機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[ 3 ] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第六版）. 化學(xué)工業(yè)出版社.2017

作者簡(jiǎn)介：

張秀峰（1970- ），男，本科，機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位，主要從事項(xiàng)目管理和設(shè)備工程技改工作。

（圣戈班管道系統(tǒng)有限公司，安徽 馬鞍山 243000）