引进开放式静压造型线对原KW式造型线的改造

1、2004年第1期 2004年 2月铸 造 设 备 研 究F eb. 2004 ! 1RESEARCH ST U DIES ON F OU N DR Y EQU I PM EN T设备研究引进开放式静压造型线对原KW 式造型线的改造黄江斌, 焦振功, 陈放平, 胡必超(东风商用车公司铸造一厂, 湖北十堰 442000摘 要:介绍了我厂在不改变原有厂房结构、基础和工艺布局的情况下, 在确保不影响产品正常生产的前提下, 将技术落后的封闭式布线的原KW 造型线进行更新改造的方案设计过程, 并简介了新设计的HWS 造型线的一些技术特点和生产应用情况。关键词:造型线; 方案设计; 静压造型; 开放式; 特

2、点中图分类号:T G231. 6 文献标识码:A 文章编号:1004-6178(2004 01-0001-04Introdu ction of Open Static Press Mouldng Line for Improving the Former Close LineH UANG Jiang bin, JIAO Zhen gong, CHENG Fang ping, H U Bi chao (T he Fir st Foundry of Dongf eng T r ade M otor Co. H ubei Shiyan 442000, ChinaAbstract:T he for m

3、er close K W moulding line was improv ed under the condition o f no t changing wor kshop structure, foundation and pr ocess arrangement, w hich i s on the premise of not influencing normal product ion. T he technique characteristics and production application of t he new design HW S moulding line ar

4、e int roduced.Key Words:moulding line; project desig n; static press moulding; o pen; characteristic我厂原有的KW 造型线投产32年来, 已生产出多个品牌的汽车发动机缸体、缸盖等合格铸件60多万t, 其产量占全厂总产量的50%左右, 是我厂赖以生存发展的关键设备。但在近几年的生产中, 一方面设备役龄过长, 精度下降和技术状态劣化, 且装备技术和造型工艺技术落后, 使造出来的铸型质量每况愈下; 而另一方面, 随着中卡市场的明显萎缩, 我厂的产品由原来较为单一的中卡发动机铸件向技术含量高的轻、轿、重

5、型发动机铸件拓展, 对铸型的质量水平要求越来越高; 而且随着产品品种的拓宽, 造型线的技术规格(如砂箱内腔尺寸 已无法满足一些产品(如大马力柴油机缸体 的生产要求。因此, 为适应生产发展的需要和有效提升我厂的市场竟争力, 对该造型线进行升级换代改造就显得十分必要了。鉴于类似的更新改造和应用在铸造业中有很多共同特点, 因此, 有必要将我们在该项目中的实践和体会作一些介绍, 以便于同行之间互相交流, 共同促进。1 HWS 造型线的方案设计1. 1 总体设计目标该项目是在原厂房和工艺布局上进行的更新改造。改造后总的目标要求是:1 在产量及品种方面, 在控制总生产能力不变的前提下, 产品品种结构进一步

6、拓宽, 由改造前以生产中型卡车铸件为主, 到改造后以生产宽系列卡车及轻轿车发动机铸件为主。2 在质量方面, 改造前的铸件尺寸精度为CT10-CT 12, 表面粗糙度Ra 25, 主导产品废品率15%-30%, 改造后的铸件质量可达到国际标准:尺寸精度CT 8-CT10, 表面粗糙度Ra 25, 主导产品废品率 8%, 其中外废达到国际通用标准水平, 大幅度降低铸件气孔废品率, 基本消除铸件磕碰伤现象。3 在工艺布局上, 为了尽量减少经济投入和缩短施工周期, 新线布局不但要适应老厂房已有的工艺布局, 即落砂机、下芯段、浇注段位置和型砂输送路线不变, 而且还要适应原地下室结构。另外, 增加自动模板

7、更换机构以及一台自动下芯机、两台自动数控扎通气孔机、一台自动通气板扎孔机和一台自动铣浇口机, 自动下芯机与合箱机之间要留二至三收稿日期:2003-11-26作者简介:黄江斌(1962- , 男, 学士, 高级工程师, 主要从事铸造设备非标设计、技术改造工作。2铸 造 设 备 研 究 2004年第1期造型设备负荷率为81%, 因此造型线设计能力确定为100箱/h 。1. 4 造型线布局设计在布线形式上, 通常可分为封闭式和开放式两种。其中开放式布线具有布局灵活, 形式多种多样, 设备精度高, 便于控制等优点, 是目前大型自动造型线最为流行的布线形式。也只有采用开放式布线, 才能很好地实现我们上述

8、的总体设计目标。因此这条造型线选用的是开放式布线。开放式布线通常是呈长方形布置的, 而现有厂房却是#L 字形的, 因此其可利用部分面积最多只占原总面积的70%。由于布局面积缩小了30%, 且又增加了不少工艺设备和操作工位, 铸件的冷却时间又要有明显的延长, 同时既要兼顾原有工艺流程和原有车间地坑结构, 又要施工周期短, 因此该线的布局设计难度较大, 是该项更新改造非常关键的一个环节。根据外商提供的各种布线方案, 我们逐一进行了祥细的分析研究和广泛的讨论。虽然我们未能从中找到令人满意的布线方案, 但其中有些方案却是很有参考价值的。经过综合众家之长, 我们重新进行了优化设计, 得到的最终布线方案如

9、图1所示。该方案的特点是既确保了足够的冷却段面积和下芯、浇注的工位数及组芯空间, 又为主机的操作和模板更换留出了足够的作业空间, 并大大减少了回箱段空砂箱的占用数量, 浇注后铸型和空砂箱的转运较简单顺畅, 从而使极为有限的车间面积得到了最大限度的利用, 并 很好地实现了设计目标。个操作工位, 下芯工位数为12个-15个, 浇注工位数至少12个。另外要求铸件的冷却时间不少于100min 。4 在施工周期上, 经过仔细分析研究我厂当年的生产形势和所拥有的建储能力, 最终测算出自开始拆线到建成投产其施工周期不得超过5个月。5 要充分考虑造型线的先进性、可靠性、经济性和安全性。1. 2 造型工艺确定目

10、前, 潮模砂造型工艺主要分为三种:高压造型(震击+压实 、气冲造型、静压造型(气流予紧实+压实 。其中静压造型的铸型紧实度分布更为合理, 有利于获得高品质的铸件, 同时较气冲造型具有工装模具磨损少, 噪音低, 设备结构简单, 故障少, 不易跑砂等优势, 使这种造型技术近年来的应用越来越广泛。根据外国专家的讲解和我们在国内调研了解的情况, 结合我厂生产的主要铸件的特点, 我们本次技术改造也选用了静压造型工艺。1. 3 造型线主要技术参数的确定根据该车间现生产的主要零件及产品规划发展趋势, 造型线必须满足生产轻轿缸体、EQ140缸体及224kW(300马力 以上发动机缸体等铸件, 其中轻轿缸体按4

11、件/型考虑, EQ140缸体及224kW (300马力 发动机缸体按1件/型设计, 据此将砂箱尺寸确定为1250900400/300(mm 较为合适。另外根据该车间产品纲领计算, 造型线年造型纲领约为26. 2万型, 如果设备综合开动率按85%计算, 造型线设计能力初步选定为100箱/h, 由此计算出1 1#传送车及分箱机; 2 造型段; 3 快换模板机构; 4 造型机; 5 2#传送车及移箱机; 6 上箱段; 7 手工下芯段; 8 自动下芯机; 9 合箱机; 10 回箱段; 11 浇注段; 12 捅箱机;13 砂胎推送机; 14 3#传送车; 15 冷却段; 16 4#传送车。图1 造型线平

12、面布局方案2004年第1期 黄江斌, 等:引进开放式静压造型线对原KW 式造型线的改造32 HWS 造型线的组成和构造特点该造型线是通过国际招标采购的德国HWS 公司(Heinrich Wagner Sinto 产单主机全自动水平分型静压造型线, 型号为EFA-SD6型。2. 1 造型线主机的组成和结构特点造型线主机是造型线的核心设备。该线主机与5年前国内厂家引进的HWS 公司同型号主机相比, 其组成和结构原理都十分相似, 主机升降控制则由原来的电液比例控制系统升级为电液伺服控制系统, 电气控制系统与全线的电气控制系统一起也在随着新元件和新技术的发展而得到升级。压头总共有48个多触头油缸, 全

13、部集装于一个完整的合金铸铁块体内, 该块体内还含有全部多触头油缸的配油油路, 从而使多触头压头的管路大为简化, 且结构紧凑, 密封也很可靠。砂斗压头穿棱机构运行的两个极限位置都设有液压缓冲器, 且缓冲阻力可调。主机工作台的四套导向机构由一个专门的干油集中润滑系统进行润滑, 每两个节拍自动润滑一次。该导向机构的导套由专业厂生产制造, 对降低成本和确保质量稳定应起到一定作用, 由于导向机构的润滑又有充分保证, 因此可使其具有可靠的导向精度和长久的工作寿命。2. 2 造型线辅机的配置及特点造型线由造型段、上箱输送段、下芯浇注段、冷却段、返回段、捅箱及砂胎输送段和1至4号转运车组成。造型段主要由分箱机

14、、造型推送缸、辊道、空箱内腔清扫机、翻箱机、刮砂机、移箱机、缓冲缸等组成。上箱输送段主要由推送缸、辊道、铣浇口机、扎气孔机、翻箱机、缓冲缸等组成。下芯浇注段主要由推送缸、转运车、缓冲缸、下芯机、合箱机等组成。冷却段由推送缸、转运车、缓冲缸等组成。返回段由推送缸、转运车、台板清扫装置、缓冲缸等组成。捅箱输送段由推送缸、转运车、捅箱机、砂胎输送机、台板清扫机、缓冲缸等组成。下面简单介绍一些关键设备的主要特点。合箱机的准确定位和上、下砂箱在合箱时易于迅速对中对减少铸件错箱缺陷和砂箱销孔销套磨损、确保合箱精度是至关重要的。该合箱机设计时, 向夹紧的粗定位装置, 以确保小车在夹紧定位时不产生前后晃动。出

15、于同样的目的, 该造型线在下芯机和捅箱机上也采用了这种双向定位器。下箱在铸工小车行走方向上的精确定位则用插销式定位器和砂箱侧面的销孔实现。图2 砂箱小车双向定位器下箱的两侧还各设有两套滚轮装置, 用来为下箱进入合箱机作精确导向和限位。为了使合箱时易于迅速对中, 在合箱机升降机构上设置了浮动机构, 以便合箱时上箱可在水平方向的一个较小范围内自由浮动。为了便于检查合箱质量, 合箱机在上箱两侧分别设有打箱卡和开箱卡机构。在动作控制上, 要求合箱时上箱先到达合箱工位等待下箱的到来, 以避免上箱后到达将砂尘掉落下箱铸型的情况发生。捅箱机顶出砂胎时自下向上捅, 这样可避免捅箱时铸件掉下造成的磕碰伤。如图3

16、所示是捅箱后用于输送砂胎的砂胎推送装置。由于原落砂机位置不作改变, 为了尽量减少回箱段的空砂箱数目和延长铸件的冷却时间, 该推送装置要求越长越好。根据原有地坑情况, 该推送装置的长度可设计达30m 。该装置在滑架上设有四套推板机构, 其中前三套每次完成推送后翻板翻起至水平状态, 以便滑架退回原位时不与后面的砂胎接触。推送滑架的往复运动由液压油缸驱动。由于每次步进的距离长达7546mm, 因此, 驱动缸须用两套油缸串联起来才能完成。由于该推送装置不象鳞板输送机那样存在尾轮机构, 其尾又设有一个横向推送机构, 以便推送方向与落砂机的输送方向一致, 使砂胎中的铸件进入落砂机时, 因不用翻越象鳞板输送

17、机那样的尾轮机构和振动筛边沿较高的墙板, 从而可以减少甚至消除落差, 避免了铸件产生磕碰伤和裂纹的现象。该砂胎推送装置与常用的鳞板等输送机比, 具有结构简单、工作可靠、故障少、便于改变输送方向、铸件进入落砂机无落差、可长距离输送和输送槽横截面小, 便于灵活布线等优点。模板加热既可在快换模板滚道上进行预加热, 也可在造型机内实现在线加热。加热温度可自动控种柔性化混流生产, 铣头在X 、Y 、Z 轴的移动距离铣浇口机的铣头在X 、Y 、Z 轴的移动各用一套均可通过数码编码器检测和计算机编程控制系统实现快速精确定位, 铣刀转速也可通过计算机编程控 制系统实现快速调整。制。油缸驱动, 铣头的转动由液压

18、马达驱动。铣头上设有吹砂气咀, 用来吹去浇口杯残砂。为了便于实现多品1 横向推送机构; 2、3 推送油缸; 4 翻板翻转油缸; 5 翻板; 6 固定推板图3 砂胎推送装置为了避免因铸型透气性差造成的铸件气孔缺陷, 该造型线的主要产品有些需要开设较多的通气孔, 一般多达40个以上。根据我们的经验, 如只用多针板式扎孔机扎通气孔, 易产生铸型掀顶和型腔掉砂的现象, 从而造成铸件质量问题; 而只用单针数控扎孔机则需数台同时工作才能在造型线的设计节拍内完成, 显然这是不经济的, 而且会使上箱段过长, 给合理布线带来更大的难度。经过讨论研究, 最后我们是这样解决这个问题的:将用来形成铸件部分的型腔的通气

19、孔用两台单针数控扎孔机来完成, 余下的通气孔一般是用于浇冒口和砂芯芯头的通气, 可用一台多针板式扎孔机来完成。单针数控扎孔机的扎针在X 、Y 、Z 轴的移动定位的快速调整和控制方式与铣浇口机铣头的相似, 每台单针数控扎孔机在造型线的设计节拍内最多可扎10个孔。板式扎孔机上设有扎针板旋转工作台, 以便于生产品种改变时及时更换扎针板。为了实现绿色铸造和安全文明生产, 全部造型线滚道上的滚轮外沿都包覆有工程塑料(如图4所示 , 这对降低造型线的运行噪音确实具有良好效果; 所有提升机构均设有机械式销紧装置, 以便于安全维修; 全线设有完备的安全防护系统如安全栅栏、危险警告牌及相应的控制系统等。2. 3

20、 电气控制系统简介造型线主辅机电控系统为二级控制, 上位机采用微机控制, 下位机采用最先进的西门子PLC S7型可编程序控制器。现场设有8个电控柜, 通过电控柜上的控制面板设置PLC 内部参数、 机器参数、图4 减噪滚轮工艺参数、油缸运行速度等, 实现控制过程的人机对话。全线控制有自动、手动(带连锁 和调整三种。HWS 造型线的控制柜主要分布在造型线各辅机现场, 以便于维修管理。H WS 造型线的控制系统采用了HWS 公司最新开发的A. L. S2010设备监控和铸造管理软件。计算机可监控全线运行情况, 具有故障诊断、显示分析和存储以及机器和工艺参数的设定、存储、打印等基本功能。另外该软件还具

21、有如下功能:1 网络功能:该系统是基于M icrosoft Window s 开发的, 可通过网络与HWS 公司连接, 具有远程故障诊断功能。2 Pattern administration 型板管理:在型板管理的功能界面上, 所有将在造型线上生产的产品的型板都能被管理:包括型板号, 描述以及型板参数等都(下转第11页6. 2 定期维护另外加强日常点检, 做好定期维护也是提高炉衬材料使用寿命的重要因素。如根据铁水的通过吨位, 定期检查炉衬受侵蚀情况, 做好相应的修衬计划等。7 结束语对于炉衬材料的使用寿命同设备、工艺及日常操作是密不可分的。其中优良的筑炉材料是关键, 正确的施工工艺是前提, 合

22、理的操作是保证。只有严格的管理, 正确的操作才能使炉衬寿命得以不断提高。参考文献:1 铸造工程师手册M 北京:机械工业出版社, 2002 2 王啸穆 陶瓷工艺学M 北京:中国轻工业出版社, 1997 3 韩行禄 不定行耐火材料M 北京:冶金工业出版社, 1996(上接第4页将被管理和存贮, 每种型板的各种造型参数可预先输入。其主界面可显示如下信息:(1 目前生产的型板和后续将要投入使用的型板;(2到目前为止, 这些型号的型板已生产了多少整型;(3 当前班次信息:班次持续时间(已生产了多长时间 、休息持续时间、最近一次的设备循环时间及到目前为止, 本班次已生产了多少型浇铸出了多少箱;(4 Production list 产品列表信息:可以设置一天或者一周将要生产的产品, 在产品列表中的型板将被自动更换用以生产, 产品列表中的每个条目属于一套(具有相同的 型板参数, 这些参数将被自动传送给PLC, 每个型板的调试生产都是以预先设置的型板参数来生产的。3 Casting tracking 铸件跟踪通过造型机、自动浇注机等的信息录入, 计算机软件可对铸型状况如模板号、批次号、是好型还是坏