三條無箱造型線的鑄造車間工藝設(shè)計

陳金芳，王根龍，胡志君，張國榮

（常州南車汽車零部件有限公司，江蘇常州 213011）

三條無箱造型線的鑄造車間工藝設(shè)計

陳金芳，王根龍，胡志君，張國榮

（常州南車汽車零部件有限公司，江蘇常州 213011）

本文介紹的鑄造車間包含一條垂直造型線、兩條水平造型線。首先介紹了設(shè)計中的一些原則、鑄造工藝流程、整體布局，講述了主要設(shè)備的選擇情況，最后介紹了設(shè)計中在車間安全、環(huán)境、信息化方面采取的一些措施。

無箱造型線；鑄造車間；設(shè)計過程

本項目是南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司汽車增壓器配件產(chǎn)業(yè)化擴(kuò)能項目的一部分，設(shè)計年產(chǎn)增壓器渦輪殼鑄件3.2萬噸（包括大尺寸渦殼），離合器配件（壓盤、壓盤蓋）1.2萬噸。

1 車間布置

1.1 設(shè)計原則

本造型線設(shè)計中遵循車間設(shè)計的一般原則，同時統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合考慮，結(jié)合公司整體布局、分工及現(xiàn)有資源情況，也對工藝設(shè)計、設(shè)備選型提出了一些特殊要求。

（1）鑄造設(shè)備配置以造型線為中心，根據(jù)造型線的生產(chǎn)能力分別配備熔煉、澆注、砂處理、清理設(shè)備等。從北到南順序布置，鑄造廠房建在廠區(qū)夏季最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。鑄造廠房內(nèi)熔煉、造型、澆注、砂處理、清理工部直線型順序布置。毛坯庫與清理工部連建，與機(jī)械加工廠房相鄰，產(chǎn)品運輸距離短，物流便捷。

（3）公司已建有完善的檢測中心，可以進(jìn)行相關(guān)測試，車間現(xiàn)場內(nèi)部只配備與生產(chǎn)密切相關(guān)的在線檢測設(shè)備。需要熱處理的鑄件，在公司熱處理部門進(jìn)行熱處理。

（4）公司統(tǒng)一建有專門的浴室、更衣室，車間內(nèi)只設(shè)計與生產(chǎn)相關(guān)的輔房，車間內(nèi)輔房主要用于人員辦公、備品備件儲存、檢測室、配電間等。

（5）生產(chǎn)中使用的泥芯由西邊制芯車間統(tǒng)一制作、組裝、裝箱、運輸至現(xiàn)場供使用，該車間內(nèi)不單獨設(shè)置制芯工部。

（6）車間投入生產(chǎn)是一個循序漸進(jìn)的過程，生產(chǎn)設(shè)備的采購，也可以根據(jù)生產(chǎn)情況循序漸進(jìn)地補(bǔ)充、完善。

（7）借助于便捷的物流倉儲，不建設(shè)大型的原材料儲存中心、毛坯庫，根據(jù)生產(chǎn)要求采購及客戶需求來生產(chǎn)。

（8）關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)，國內(nèi)能夠生產(chǎn)且可靠性較好的設(shè)備國內(nèi)配套。

（9）滿足汽車增壓器配件、汽車離合器配件、汽車柴油機(jī)系統(tǒng)配件生產(chǎn)的同時，統(tǒng)籌兼顧，增強(qiáng)車間的適用性和應(yīng)變能力，以適應(yīng)未來生產(chǎn)需要，提高抗風(fēng)險能力。

1.2 工藝流程

整個車間工藝流程如圖1所示。

1.3 車間平面布置

圖1 鑄造車間工藝流程圖

廠房排架結(jié)構(gòu)，輔房框架結(jié)構(gòu)，廠房寬84m，總長282m。車間主體自西向東按18m跨、18m跨、30m跨、18m跨4跨布置，分別布置造型、砂處理和清理等工部；熔煉工部布置在車間廠房北端，寬48m、長84m；鑄件成品存放區(qū)位于車間廠房南端，寬30m、長84m。毛坯庫設(shè)置在車間的南端，鑄件完成后直接運至對面的機(jī)加工車間進(jìn)行加工。車間平面布置如圖2所示。

圖2 車間平面布置圖

2 工藝設(shè)計與設(shè)備選擇

2.1 熔煉工部

每小時需要鐵液供應(yīng)量：

式中:Vnm——每小時鐵液需要量（t/h）；

Q——全年金屬爐料裝載量（t/a）；

T——全年熔煉作業(yè)時間（h）；

K——金屬液需要量的不平衡系數(shù)。

年生產(chǎn)鑄件按44000t，工藝出品率按60%，廢品率按5%，燒損率按2%，不平衡系數(shù)按1.1，每爐鐵液量按4t計，電爐熔化速度按每小時1爐計，年時基數(shù)按5030h計。由于產(chǎn)品品種的多樣性，為了增加電爐使用的靈活性，降低元素?zé)龘p，在此選用3臺4t電爐、2臺3t電爐，每小時可供應(yīng)18t鐵液，可滿足年產(chǎn)44000t鑄件鐵液的供應(yīng)（設(shè)備負(fù)荷率95.4%）。

熔煉工部北端建有日耗庫，使用兩臺6t行車加電磁吸盤、電子吊鉤秤來將原材料吸到爐臺東西端的稱量系統(tǒng)中來稱量，稱好料后，稱量系統(tǒng)中的小車將稱量斗運轉(zhuǎn)至南邊一跨，通過該跨內(nèi)的兩臺6t冶金行車吊至加料車上加料，爐前出鐵采用高溫平臺秤來計量，然后用三噸叉車過跨運至造型線跨的澆注機(jī)邊。打包、修包安排在爐臺的西邊，烘包使用兩臺臥式烘包器安排在爐臺的東邊位置。

2.2 造型工部

造型工部設(shè)計有三條造型線，分別為1條垂直無箱造型線、2條水平無箱造型線。

（1）新增2條水平脫箱造型生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)渦殼等鑄件，造型能力為160箱/h，砂型尺 寸 為700×600×（180～250）/（180～250）(mm)，水平脫箱造型線的工藝特點是工藝適應(yīng)性強(qiáng)、便于下芯操作，年產(chǎn)鑄件2.4萬噸。

水平造型線數(shù)

式中：N——計算所需的造型機(jī)數(shù)（臺）；

Q——全年生產(chǎn)的鑄型數(shù)；

T——年時基數(shù)；

q——設(shè)計采用的生產(chǎn)率（型/h）；

K1——鑄件廢品率(內(nèi)廢及外廢之和)(%)；K2——造型廢品率（%）。

按年產(chǎn)鑄件24000t，每型21kg（每型3件），每小時160箱，鑄件廢品率5%，造型機(jī)廢型率4%計算。采用2條高速水平造型線，設(shè)備負(fù)荷率77.5%。

這兩條造型線一條采用自動澆注機(jī)澆注，另一條采用手工澆注，熔煉工部轉(zhuǎn)運至此的鐵液，通過各自跨內(nèi)的3t冶金行車倒包，該行車也用于該跨設(shè)備檢修過程中的吊裝，每條造型線處分別使用一個立式烘包器用于澆包生產(chǎn)過程中的烘包。

（2）1條垂直脫箱造型生產(chǎn)線,其特點是造型生產(chǎn)速度最快可達(dá)到510（無芯）型，生產(chǎn)效率高，尤其適合生產(chǎn)無砂芯鑄件，砂型尺寸為535×750×（120～395）(mm)，年產(chǎn)鑄件2萬噸。

垂直造型線數(shù)

按年產(chǎn)鑄件20000t，每型16kg，每小時400型，鑄件廢品率5%，造型機(jī)廢型率4%計算。采用1條垂直造型線，按壓盤、渦殼等鑄件2萬噸考慮，設(shè)備負(fù)荷率68%。

通過一臺1.25t無熱源傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)實現(xiàn)澆注，倒包通過3t叉車加配旋轉(zhuǎn)器的方式旋轉(zhuǎn)中間轉(zhuǎn)運包將鐵液倒入澆包中，使用一臺立式烘包器實現(xiàn)澆注過程臨時中斷中的烘包，一臺3t冶金行車用于修理過程中的吊裝。

2.3 砂處理工部

砂處理工部包括兩套砂處理系統(tǒng)，一套為垂直線供砂的砂處理系統(tǒng)，一套為兩條水平線供砂的砂處理系統(tǒng)。

（1）水平線混砂機(jī)臺數(shù)

型砂年需要量

式中：Q——全年型砂需要量（t）；

n——全年合格鑄型數(shù)；

K1——鑄件廢品率(鑄造車間內(nèi)廢及外廢之和)(%);

K2——造型廢品率（%）；

V1——鑄型體積（m3）；

V2——鑄型中金屬所占體積（m3）；

V3——鑄型中砂芯所占體積（m3）；

k ——散落砂系數(shù)；

γ——型砂密度。

水平線混砂機(jī)臺數(shù)：

式中：n——混砂機(jī)數(shù)量；

Q——全年型砂需要量（t）；

q——混砂機(jī)的設(shè)計生產(chǎn)率（t/h）；

T——設(shè)備年時基數(shù)（h）；

K1——不平衡系數(shù)。

混砂機(jī)每小時混砂量按60t。根據(jù)計算選用2臺60t混砂機(jī)可滿足要求（設(shè)備負(fù)荷率64.2%）。

（2）垂直線混砂機(jī)臺數(shù)：

型砂年需要量

混砂機(jī)臺數(shù)：

不平衡系數(shù)按1.15，混砂機(jī)每小時混砂量按90t，年時基數(shù)按5030h計。根據(jù)計算選用1臺90t混砂機(jī)可滿足要求（設(shè)備負(fù)荷率82%）。

通過對造型線產(chǎn)品的細(xì)致分析，垂直線鑄件下線處采用振動落砂，一條水平線采用滾筒落砂，另一條采用振動落砂，砂子的冷卻采用雙盤冷卻器來進(jìn)行，除塵器收集的粉塵多處可以通過螺旋輸送機(jī)回用。

2.4 清理工部

每條造型線鑄件冷卻落砂后通過地坑鱗板將鑄件送至清理工部，每條鱗板末端都設(shè)計有去澆冒口平臺，每個平臺上有2套液壓澆冒口分離器去除澆冒口，鑄件和澆冒口分別裝箱后用叉車運至拋丸機(jī)處拋丸。清理工部設(shè)置有5臺人字形拋丸機(jī)進(jìn)行粗拋，兩臺擺床式拋丸機(jī)用于拋澆冒口和不能懸掛的鑄件，8臺履帶式拋丸機(jī)用于打磨后的精拋，4臺噴流道機(jī)用于鑄件的內(nèi)腔噴丸。區(qū)域附近距離通過行車來實現(xiàn)轉(zhuǎn)運，過跨或較長距離轉(zhuǎn)運通過叉車來進(jìn)行。

3 安全、環(huán)境

3.1 除塵、送新風(fēng)系統(tǒng)

鑄造車間污染源多，環(huán)境污染嚴(yán)重，為了創(chuàng)造一個好的生產(chǎn)環(huán)境，車間根據(jù)工作點的實際情況，安裝了相應(yīng)的通風(fēng)除塵設(shè)施。電爐變壓器室設(shè)備需要冷卻和防塵，鑒于此，采用往電爐變壓器室注入新風(fēng)，使產(chǎn)生正壓，以達(dá)到冷卻和防塵目的；電爐在加料、出鐵、保溫的過程中，都會有大量的煙氣，是主要的污染源，爐前有兩套電爐除塵系統(tǒng)用于5t電爐除塵；落砂處，鑄件和砂子在此分離，每個落砂設(shè)備處也都安排了一套除塵系統(tǒng)。由于冬天氣溫較低，很容易結(jié)露，所以該除塵器還配備了燃燒器，對其進(jìn)行加熱，保證除塵效果。砂處理所有送砂皮帶、回砂皮帶上砂子外露的地方，都有除塵罩罩住，雙盤冷卻器、混砂機(jī)也都有除塵系統(tǒng)。砂處理除塵器收集的粉塵可以通過螺旋輸送機(jī)重復(fù)使用。清理工部面積較大，所需除塵風(fēng)量較大，整個區(qū)域布置了四臺除塵器，以滿足拋丸機(jī)、打磨臺的除塵需要。

3.2 安全、防護(hù)

設(shè)備本身有多種安全防護(hù)措施，如造型主機(jī)處有防護(hù)光柵，砂處理回砂皮帶處設(shè)有急停開關(guān)等等。鑄造車間每生產(chǎn)1t的鑄件就有約4t的物流，物流量非常大，這些物流主要是靠車間內(nèi)的汽車、叉車來運輸?shù)模栽O(shè)備、廠房的防護(hù)顯得尤為重要。在每個可能有碰撞隱患的位置，都設(shè)置了防撞柱。在電爐平臺上方周圍都布置有護(hù)欄，而且護(hù)欄要做的厚實。在基坑上面或布置格柵板或布置蓋板，防止人員工具掉入其中。車間內(nèi)的烘烤包采用天然氣燃料，為了防止天然氣每個使用點可能的泄漏，使用區(qū)域都有泄漏報警及自動切斷裝置。車間輔房內(nèi)有貴重金屬室，用于存放熔煉中鎳板、銅等合金，貴重金屬室內(nèi)有GK自動報警裝置，確保貴重金屬材料安全。

4 信息化建設(shè)

（1）三條造型線造型主機(jī)處都設(shè)計有網(wǎng)絡(luò)電話接口，以便將來升級改造時實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。

（2）電爐區(qū)域設(shè)計有視頻監(jiān)控，現(xiàn)場生產(chǎn)情況可通過網(wǎng)絡(luò)快速傳送給相關(guān)人員，如出現(xiàn)問題也可調(diào)取錄像進(jìn)行分析。

（3）為了方便與車間內(nèi)人員進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，爐臺上方、各個輔房內(nèi)、砂處理控制室、造型線主機(jī)等位置配置及預(yù)留了大量電話及網(wǎng)絡(luò)接口，一方面供現(xiàn)在使用需要，另一方面為以后的信息化改造留有擴(kuò)充空間。

（4）該車間投入生產(chǎn)后作為一個獨立的生產(chǎn)體系來運行，為了考勤方便，車間配有兩個獨立的考勤點來進(jìn)行考勤。

5 結(jié)束語

該車間已于2011年5月全部完成并投入生產(chǎn)。

[1] 鑄造車間和工廠設(shè)計手冊編委會.鑄造車間和工廠設(shè)計手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.6.

[2] 鑄造設(shè)備選用手冊編委會.鑄造設(shè)備選用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.12.

[3] 張殿印 王純.除塵工程設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.6.

The Design of a Casting Workshop with 3 Flaskless Molding Lines

CHEN JinFang, WANG GenLong, HU ZhiJun, ZHANG GuoRong

(Changzhou CSR Auto Parts Co.Ltd.，Changzhou 213011, Jiangsu China)

The f askless casting workshop introduced consists of a vertical molding line and two horizontal lines. Some special principles, casting technology f ow path, layout have been introduced with calculation of all the main departments production ability and selection of major equipment. Some measures adopted in casting workshop design involving safety, environment, informatization have also been introduced.

Flaskless molding line; Casting workshop; Design process

TG242；

A；

1006-9658（2012）05-0037-4

2012－06－14

稿件編號：1206－066

陳金芳（1962-），男，從事鑄造車間工藝設(shè)計