全自動(dòng)澆注機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用案例

■朱小鋼

1. 設(shè)備研發(fā)背景

澆注是鑄造生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，基于工藝要求的快速澆注可以最大限度地發(fā)揮造型生產(chǎn)線的生產(chǎn)率；良好、精確的澆注可以獲得質(zhì)量高的鑄件產(chǎn)品，而且還可以避免鐵液的浪費(fèi)；自動(dòng)化程度高的澆注設(shè)備可以保證澆注過(guò)程的安全性并節(jié)省大量人力、物力。

全自動(dòng)澆注機(jī)必須達(dá)到最佳澆注，即必須準(zhǔn)確地將鐵液穩(wěn)定澆入澆口杯，并且澆注過(guò)程中始終保持澆口杯處于充滿狀態(tài)直至澆注結(jié)束，同時(shí)要在保證工藝要求的前提下盡量加快節(jié)奏，保證造型線的節(jié)拍不受澆注的影響。

目前，全自動(dòng)澆注機(jī)有三大類，即底注式、氣壓保溫式和傾轉(zhuǎn)式，適用場(chǎng)合各不相同，只有這樣才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。

（1）底注式澆注機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：①澆注節(jié)拍快。②鐵液較純凈，可減少鑄件夾渣、渣孔缺陷的產(chǎn)生。缺點(diǎn)：塞桿和澆嘴更換頻繁，費(fèi)用高。

底注式澆注機(jī)適用于造型生產(chǎn)率大于300型/h的垂直無(wú)箱造型或只澆注灰鑄鐵的有箱造型線。

（2）氣壓保溫式澆注機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：①可以對(duì)鐵液進(jìn)行保溫和升溫。②澆注質(zhì)量穩(wěn)定。主要缺點(diǎn)：①爐內(nèi)積渣清除困難。②澆注爐修爐時(shí)間長(zhǎng)。

氣壓保溫式澆注機(jī)適用于造型速度較快、澆注箱重較大且同種牌號(hào)鐵液的有箱造型線。

（3）傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：①使用靈活，可以隨時(shí)控制鐵液流速，使用廣泛。②不存在漏液現(xiàn)象。③澆包修理方便。④使用成本較低。⑤鐵液牌號(hào)切換便捷。缺點(diǎn)：鐵液需要倒包。

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)適用于造型生產(chǎn)率150箱/h左右，且灰鑄鐵、球墨鑄鐵混線生產(chǎn)的脫箱造型線。

為了實(shí)現(xiàn)水平脫箱造型線的自動(dòng)澆注，我公司研發(fā)了傾轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆注機(jī)，用于鑄件生產(chǎn)過(guò)程中金屬熔液的澆注，其采用全伺服驅(qū)動(dòng)方式，具有自動(dòng)稱量精度高和澆點(diǎn)定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)，是脫箱造型線必備的澆注裝備。

2. 傾轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆注機(jī)

傾轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆注機(jī)驅(qū)動(dòng)方式主要有繞包嘴驅(qū)動(dòng)和澆包重心驅(qū)動(dòng)兩種。

HAPI型自動(dòng)澆注機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）采用繞包嘴驅(qū)動(dòng)方式。以澆包澆口位置為中心旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行澆注，傾斜角度0o～70o，保證穩(wěn)定澆注。

（2）縱向行走裝置。澆注機(jī)縱向行走采用交流伺服控制，由齒輪、齒條機(jī)構(gòu)完成運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行可靠、平穩(wěn)、靈活，定位準(zhǔn)確，具有無(wú)級(jí)調(diào)速和走節(jié)距功能，可以自動(dòng)回原位，澆包可縱向移動(dòng)以對(duì)正澆口杯。

可與造型線建立聯(lián)鎖，控制造型線暫停推型，并且可以實(shí)現(xiàn)與造型線同步運(yùn)行。

澆注機(jī)兩端設(shè)有安全開(kāi)關(guān)，防止誤操作發(fā)生危險(xiǎn)，并有自動(dòng)清掃軌道裝置。

（3）橫向移動(dòng)，采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，沿生產(chǎn)線方向移動(dòng)，軌道長(zhǎng)度與可澆注砂型數(shù)量相適應(yīng)。

（4）升降移動(dòng)采用滾珠絲杠提升，直線導(dǎo)軌導(dǎo)向。在澆包傾倒時(shí)，升降裝置可以實(shí)現(xiàn)高度調(diào)整，以適應(yīng)不同砂型高度。

（5）稱重采用精密數(shù)字化傳感器模式，對(duì)流量和澆注重量進(jìn)行計(jì)量控制。

（6）澆包容積600k g以下采用單提升滾珠絲桿；800k g以上采用雙提升滾珠絲桿。

（7）澆包容積600k g以下采用側(cè)掛式澆包；800k g以上采用回轉(zhuǎn)機(jī)架雙掛式澆包，機(jī)動(dòng)滾道換包。

（8）澆注傾轉(zhuǎn)采用電動(dòng)單推桿。

（9）采用筒狀茶壺形澆包，具有良好的撇渣性能；為了保證澆包保溫效果最好，優(yōu)化了桶狀澆包桶體結(jié)構(gòu)，以確保液體金屬表面積最小并配有包蓋，可有效減少熱量損失，減小溫降。

澆包配有對(duì)應(yīng)的筑包模具，可以滿足橋式起重機(jī)和叉車的運(yùn)輸要求。

（10）電控系統(tǒng)。采用可編程控制器（PLC）控制，具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、性能可靠及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，提高了機(jī)器運(yùn)行的可靠性。各個(gè)聯(lián)鎖安全、可靠，并設(shè)有急停開(kāi)關(guān)。

該系統(tǒng)配有人機(jī)界面，可以設(shè)定和顯示各個(gè)運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，故障報(bào)警。澆包傾轉(zhuǎn)速度及傾轉(zhuǎn)角度可在該界面顯示，并有鐵液下限位報(bào)警。

（11）隨流孕育裝置。該裝置固定于澆注機(jī)上，由料斗、螺旋給料機(jī)、氣控系統(tǒng)、導(dǎo)管、紅外熱金屬探測(cè)器等組成。

孕育劑的加入量通過(guò)微型螺旋給料機(jī)來(lái)控制，由變頻控制實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給料量，達(dá)到隨流孕育的目的。

該裝置設(shè)有料位檢測(cè)，當(dāng)料位不足時(shí)可提示加料，保證加料和澆注同時(shí)開(kāi)始。

（12）同步裝置。該裝置取造型線的運(yùn)行信號(hào)，控制澆注機(jī)與造型線同步運(yùn)行實(shí)現(xiàn)同步澆注，保證澆注過(guò)程不停線。使用旋轉(zhuǎn)編碼器采集信號(hào)，并可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定處理，保證同步過(guò)程穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

（13）智能識(shí)別澆注。澆包更換完畢后，只需按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，澆注機(jī)根據(jù)砂箱狀態(tài)（需手動(dòng)設(shè)置）自動(dòng)運(yùn)行至距生產(chǎn)線最近的未澆注砂型，并自動(dòng)預(yù)對(duì)準(zhǔn)澆口（若澆口出現(xiàn)偏差，只需微調(diào)）進(jìn)行自動(dòng)澆注。砂型澆注完成后，自動(dòng)運(yùn)行至下一箱可澆注砂型進(jìn)行澆注并可以自動(dòng)跳過(guò)壞砂型，自動(dòng)過(guò)程持續(xù)至剩余鐵液不足以澆注一箱砂型。鐵液剩余不足時(shí)，提示補(bǔ)充鐵液。

（14）型板參數(shù)預(yù)輸入功能。將所生產(chǎn)的產(chǎn)品參數(shù)輸入，若待澆注產(chǎn)品參數(shù)變更時(shí)澆注機(jī)的澆注參數(shù)隨之自動(dòng)變更。澆注參數(shù)包含：型板號(hào)、鑄型高度、澆注位置、澆注重量設(shè)置、孕育劑設(shè)置、澆注曲線等。

HAPII型自動(dòng)澆注機(jī)特點(diǎn)：

（1）采用繞包重心驅(qū)動(dòng)方式。傾斜角度0o～70o，保證穩(wěn)定澆注。

（2）橫向移動(dòng)、縱向移動(dòng)和澆包傾轉(zhuǎn)采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。

（3）升降移動(dòng)采用滾珠絲杠提升，直線導(dǎo)軌導(dǎo)向。

（4）虛擬繞包嘴澆注，自動(dòng)適時(shí)調(diào)整鐵液的澆點(diǎn)，保證穩(wěn)定澆注。

（5）稱重采用浮動(dòng)托盤(pán)、4點(diǎn)稱重。

（6）通過(guò)同步編碼器，實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)同步澆注。

（7）澆包采用側(cè)掛式固定，實(shí)現(xiàn)澆包快速裝卸。

（8）通過(guò)孕育機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)澆注時(shí)適時(shí)孕育處理。

（9）采用氣缸升降配重，改善升降絲杠和伺服電動(dòng)機(jī)的受力狀態(tài)，延長(zhǎng)其使用壽命。

主要技術(shù)參數(shù)如下：

鐵液材質(zhì)為球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、灰鑄鐵；澆包容量500～1200k g；澆注重量15～50k g；澆注精度＜±1k g；澆注速度3～7kg/s。

圖1 浙江某公司HAPI澆注機(jī)

3. 應(yīng)用案例

案例1：HAPI—50澆注機(jī)2014年用于浙江某公司AMF-Ⅲ07脫箱造型線的自動(dòng)澆注（見(jiàn)圖1），造型線生產(chǎn)率100型/h，主要生產(chǎn)縫紉機(jī)機(jī)頭、底板等鑄件，澆包容積500k g，每包鐵液澆注10～30型，投產(chǎn)已穩(wěn)定運(yùn)行一年。

案例2：HAPII—50澆注機(jī)，2015年用于山東某公司AMF-Ⅲ06脫箱造型線的自動(dòng)澆注（見(jiàn)圖2），造型線生產(chǎn)率120型/h，主要生產(chǎn)卡鉗體等鑄件，澆包容積600k g，每包鐵液澆注10～30型。該自動(dòng)澆注機(jī)投產(chǎn)兩個(gè)月以來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)。

圖2 山東某公司HAPII澆注機(jī)