年產(chǎn)2.4萬(wàn)噸液壓鑄件的車(chē)間設(shè)計(jì)

劉宏亮，史宏偉（.中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司，天津 3003；.江蘇力源金河鑄造有限公司，江蘇如皋 65）

?

年產(chǎn)2.4萬(wàn)噸液壓鑄件的車(chē)間設(shè)計(jì)

劉宏亮1，史宏偉2
（1.中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司，天津 300113；2.江蘇力源金河鑄造有限公司，江蘇如皋 226511）

摘要：介紹了年產(chǎn)2.4萬(wàn)噸液壓鑄件的車(chē)間設(shè)計(jì)過(guò)程，造型采用了1條水平分型靜壓造型線和1條水平分型脫箱造型線，制芯采用了覆膜砂熱芯工藝生產(chǎn)，并對(duì)車(chē)間物流規(guī)劃進(jìn)行了說(shuō)明。車(chē)間建成投產(chǎn)后，工藝設(shè)備布局合理，物流順暢，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好。

關(guān)鍵詞：液壓鑄件；車(chē)間設(shè)計(jì)；靜壓造型線；脫箱造型線

稿件編號(hào):1603-1309

0 前言

江蘇力源金河鑄造有限公司為了進(jìn)一步提升液壓鑄件的生產(chǎn)工藝水平、擴(kuò)大產(chǎn)能、提高鑄件質(zhì)量，新增用地面積85×666.7 m2，委托我公司進(jìn)行年產(chǎn)2.4萬(wàn)噸液壓鑄件的車(chē)間設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)介紹了該項(xiàng)目車(chē)間設(shè)計(jì)中的工藝設(shè)備選型及工藝過(guò)程，以供車(chē)間設(shè)計(jì)人員參考。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)及生產(chǎn)工藝選擇

液壓鑄件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多暗層流道、表面光滑不粘砂、壁厚薄（一般2～3 mm）、耐高壓、高尺寸精度、密封性能要求高等特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模一般為多品種中小批量的生產(chǎn)。

根據(jù)典型鑄件特點(diǎn)及企業(yè)現(xiàn)有的鑄件生產(chǎn)工藝（靜壓造型和覆膜砂熱芯工藝），經(jīng)工藝分析后,決定對(duì)于較大鑄件采用水平分型靜壓造型工藝生產(chǎn)，對(duì)于較小鑄件采用水平分型脫箱造型工藝生產(chǎn),制芯仍采用覆膜砂熱芯工藝生產(chǎn)。

本項(xiàng)目生產(chǎn)的產(chǎn)品主要為液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥用鑄件。

典型鑄件參數(shù)如表1。

表1 典型鑄件參數(shù)

2 設(shè)計(jì)任務(wù)

新增兩條水平分型造型線，并配套相應(yīng)的熔煉、制芯、砂處理、清理設(shè)備用于各類液壓鑄件的生產(chǎn)，生產(chǎn)綱領(lǐng)為2.4萬(wàn)t/a，其中靜壓線2萬(wàn)t/a，脫箱線0.4萬(wàn)t/a。

車(chē)間生產(chǎn)采用兩班工作制。每周工作5 天，全年工作 250 天，每班工作8 h。

設(shè)備年時(shí)基數(shù)：兩班制3 680 h。

工人年時(shí)基數(shù)：1 780 h。

3 設(shè)計(jì)原則[1]

1）新增靜壓線的工裝模具要與現(xiàn)有靜壓線通用。

2）車(chē)間工藝流程布置及設(shè)備選用既要技術(shù)先進(jìn)、適用、可靠，又要經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)提高質(zhì)量控制手段和檢測(cè)水平，技術(shù)工藝裝備綜合水平國(guó)內(nèi)先進(jìn)。

3）生產(chǎn)過(guò)程要盡量減少工人勞動(dòng)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

4）符合環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全衛(wèi)生、消防、節(jié)能、抗震等國(guó)家規(guī)范和地方有關(guān)規(guī)定，設(shè)計(jì)中要充分考慮到以人為本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)環(huán)保設(shè)施和改善工人的勞動(dòng)條件，確保生產(chǎn)安全，減少污染，節(jié)約能源。

5）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、粉塵、廢渣、廢水等采取有效治理措施，達(dá)標(biāo)后排放。

4 主要工藝和設(shè)備[2]

4.1 造型工部

(1)靜壓線

根據(jù)代表鑄件特點(diǎn)及工藝技術(shù)、產(chǎn)量等要求，并考慮到與現(xiàn)有靜壓線的工裝模具通用，新增的1條水平分型靜壓造型線砂箱內(nèi)尺寸確定為800×600×300/300（mm）；鑄件型內(nèi)布置按“1件/型”布置，每型鑄件平均質(zhì)量約68 kg，鑄件廢品率5%、造型廢品率2%，全年需完成的造型任務(wù)數(shù)為：20 000×1 000×（1+5%）×（1+2%）/68=315 000型；年時(shí)基數(shù)3 680 h，考慮開(kāi)動(dòng)率75%，需要的造型生產(chǎn)率為315 000/3 680/75%=114型/時(shí)；設(shè)計(jì)選用120整型/時(shí)的靜壓線1條，采用單主機(jī)、開(kāi)放式布置。

下芯采用人工下芯，有效人工下芯工位不少于8個(gè)；澆注采用1 200 kg自動(dòng)澆注機(jī)進(jìn)行澆注，每型澆注鐵液平均質(zhì)量約100 kg，并配隨流孕育裝置，有效澆注工位不小于12個(gè)；鑄件在型內(nèi)冷卻時(shí)間：不小于2 h；落砂采用“慣性振動(dòng)輸送落砂機(jī)+振動(dòng)輸送機(jī)” 的方式，落砂后的鑄件直接轉(zhuǎn)卸到鱗板上輸送到清理工部，落砂后的舊砂通過(guò)地溝內(nèi)的皮帶收集后送往砂處理工部。

澆注段產(chǎn)生的煙氣采用均流側(cè)吸排風(fēng)罩和離心通風(fēng)機(jī)收集后高空排放，冷卻段產(chǎn)生的煙氣采用密封頂吸罩和離心通風(fēng)機(jī)收集后高空排放。

(2)脫箱線

根據(jù)代表鑄件特點(diǎn)及工藝技術(shù)、產(chǎn)量等要求，新增的1條水平分型脫箱造型線砂胎尺寸確定為610×508×（130～200）/（130～200）（mm）；鑄件型內(nèi)布置按“4件/型或6件/型”布置，每型鑄件平均質(zhì)量約14 kg，鑄件廢品率5%、造型廢品率2%，全年需完成的造型任務(wù)數(shù)為：4 000×1 000×（1+5%）× （1+2%）/14=306 000型；年時(shí)基數(shù)3 680，考慮開(kāi)動(dòng)率75%，需要的造型生產(chǎn)率為306 000/3 680/75%=111型/h，設(shè)計(jì)選用120整型/時(shí)的脫箱線1條，采用單主機(jī)、開(kāi)放式布置。

采用容易下芯的造型機(jī)；澆注采用600 kg自動(dòng)澆注機(jī)進(jìn)行澆注，每型澆注鐵液平均質(zhì)量約25 kg，并配隨流孕育裝置，有效澆注工位不小于24個(gè)；鑄件在型內(nèi)冷卻時(shí)間：不小于1.5 h，采用鑄件冷卻皮帶冷卻砂胎；落砂采用“振動(dòng)輸送機(jī)+單層落砂滾筒”的方式，落砂后的鑄件直接轉(zhuǎn)卸到鱗板上輸送到清理工部，落砂后的舊砂通過(guò)地溝內(nèi)的皮帶收集后送往砂處理工部。

澆注段產(chǎn)生的煙氣采用均流側(cè)吸排風(fēng)罩和離心通風(fēng)機(jī)收集后高空排放，冷卻段產(chǎn)生的煙氣采用密封頂吸罩和離心通風(fēng)機(jī)收集后高空排放。

4.2 熔煉工部

靜壓造型線小時(shí)平均需鐵液量為100×120 /1 000=12（t/h）; 脫箱造型線小時(shí)平均需鐵液量為25×120/1 000 =3（t/h）。選用3套“5 t/h的一拖二”中頻感應(yīng)熔煉電爐（3 500 kW/套）直接熔煉，以獲得高溫合格鐵液，鐵液球化處理采用傳統(tǒng)的“沖入法”。

電爐加料采用“一對(duì)一”形式的振動(dòng)加料車(chē)，額定裝料量3 t，分兩批次加料到單個(gè)爐體內(nèi)；電爐配料采用2套人工無(wú)線遙控的5 t電磁橋式起重機(jī)和無(wú)線微機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)配置鐵料，并加入相應(yīng)的振動(dòng)加料車(chē)；硅鐵、錳鐵等鐵合金和增碳劑在電爐平臺(tái)上使用磅秤稱量后人工加入爐體內(nèi)。

爐前設(shè)快速分析室，鐵液檢驗(yàn)采用直讀光譜儀、碳硫分析儀和熱分析儀及其他一些常規(guī)檢驗(yàn)裝置，以確保鐵液質(zhì)量。

電爐熔煉產(chǎn)生的煙塵采用爐蓋排煙罩收集，鐵液球化處理及出鐵液時(shí)產(chǎn)生的煙塵采用“旋轉(zhuǎn)側(cè)頂吸罩”收集，煙塵收集集中后采用“火花捕集器+布袋除塵器”處理后達(dá)標(biāo)排放。

4.3 砂處理工部

靜壓線小時(shí)最大需砂量800×600×（300+300）×1.5×1.1× 120/109=57（t/h）; 脫箱線小時(shí)最大需砂量610×508×（200+200）×1.5×1.1 × 120/109=25（t/ h）。砂處理工部按兩條造型線共用1套舊砂處理系統(tǒng)，但型砂采用2套獨(dú)立的混砂單元分別供給的方案。為確保合格型砂供應(yīng)，砂處理系統(tǒng)處理能力按100 t/h設(shè)計(jì)，靜壓線配套混砂單元為70 t/h（采用每批加料量3 t的混砂機(jī)1臺(tái)），脫箱線配套混砂單元為30 t/h（采用每批加料量1.5 t的混砂機(jī)1臺(tái)）。

(1)舊砂處理系統(tǒng)

兩條造型線落砂后的舊砂及散落砂通過(guò)皮帶收集集中，經(jīng)過(guò)兩級(jí)帶式磁選和一級(jí)頭輪磁選后進(jìn)入精細(xì)多角篩篩分，篩分后的舊砂通過(guò)膠式給料機(jī)進(jìn)入或不進(jìn)入雙盤(pán)冷卻器冷卻（通過(guò)能力不小于110 t/ h），冷卻后的舊砂溫度一般為環(huán)境溫度加10 ℃、最高溫度小于49 ℃，舊砂濕度控制在2±0.5%。

冷卻后的舊砂經(jīng)斗提、皮帶進(jìn)入舊砂中間庫(kù)，采用4個(gè)80 t的舊砂庫(kù)緩存舊砂，可滿足兩條造型線約4 h的舊砂緩存。舊砂庫(kù)中的舊砂經(jīng)圓盤(pán)、皮帶、斗提分別卸入兩臺(tái)混砂機(jī)上方的舊砂斗中，供混砂使用。

(2)混砂單元

每個(gè)混砂單元均包括混砂機(jī)，砂稱量裝置、輔料稱量裝置、加水稱量裝置、溫度濕度探測(cè)裝置、電氣及控制裝置、型砂在線檢測(cè)裝置等，并在2套混砂單元附近設(shè)置一個(gè)型砂試驗(yàn)室用于型砂性能的檢測(cè)。

在砂處理工部附近分別設(shè)置新砂庫(kù)和輔料庫(kù)，新砂采用氣力輸送裝置壓送到多角篩前的新砂斗，再通過(guò)螺旋定量給砂處理系統(tǒng)補(bǔ)充新砂；煤粉、膨潤(rùn)土由輔料庫(kù)分別采用氣力輸送裝置壓送到2臺(tái)混砂機(jī)上方的輔料斗，再通過(guò)螺旋定量給氣力輸送裝置壓送到混砂機(jī)內(nèi)供混砂使用。

舊砂、煤粉、膨潤(rùn)土、水按設(shè)定的配比稱量后分別加入混砂機(jī)內(nèi)混制，合格后分別經(jīng)不同的皮帶輸送到造型線上方的型砂斗，供造型使用。

(3)砂處理工部采用“三塔式”結(jié)構(gòu)形式布置，在混砂單元附近設(shè)置集中的控制室，全套系統(tǒng)采用PLC+PC 集中控制，控制室設(shè)模擬屏。

(4)設(shè)置廢砂外排系統(tǒng)，以排出多角篩的篩余物和多余舊砂，由汽車(chē)定期運(yùn)送到廠外專業(yè)廠家進(jìn)行再生處理。

(5)除塵系統(tǒng)

根據(jù)兩條線落砂系統(tǒng)和砂處理工部的揚(yáng)塵點(diǎn)位置及粉塵特性，靜壓造型線落砂系統(tǒng)及靜壓線舊砂收集皮帶的揚(yáng)塵點(diǎn)、脫箱造型線落砂系統(tǒng)及脫箱線舊砂收集皮帶的揚(yáng)塵點(diǎn)、多角篩及舊砂冷卻器前的揚(yáng)塵點(diǎn)、舊砂中間庫(kù)及混砂單元的揚(yáng)塵點(diǎn)分別設(shè)置1套除塵系統(tǒng)，粉塵經(jīng)以上4套除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

另外，為了使除塵系統(tǒng)的效果得到充分發(fā)揮，防止從落砂到雙盤(pán)冷卻器（含）之間的除塵器及除塵管路“結(jié)露”，采用3套管道加熱裝置分別給3套除塵系統(tǒng)送熱風(fēng)。

4.4 制芯工部

根據(jù)產(chǎn)品工藝及造型能力需要，選用16臺(tái)Z954覆膜砂熱芯盒射芯機(jī)生產(chǎn)所需的砂芯；采用3 t行車(chē)從覆膜砂暫存區(qū)吊運(yùn)成品袋裝覆膜砂到每臺(tái)射芯機(jī)上方的緩存斗處拆包，給射芯機(jī)供砂；制芯時(shí)，經(jīng)人工修整合格的砂芯采用芯架小車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)或存儲(chǔ)；需要組芯的轉(zhuǎn)運(yùn)到組芯區(qū)人工組芯，組好后轉(zhuǎn)運(yùn)到表干爐的砂芯浸涂工位；選用1臺(tái)燃天然氣的通過(guò)式砂芯涂料表干爐表干浸涂后的砂芯；經(jīng)表干后的合格砂芯人工取下通過(guò)芯架小車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)到造型線下芯處使用或儲(chǔ)存待用。

為了改善車(chē)間環(huán)境，收集熱芯制芯時(shí)產(chǎn)生的煙氣，將16臺(tái)射芯機(jī)分為兩組“背對(duì)背”布置，并設(shè)置大圍屏（所有射芯機(jī)布置在一個(gè)空間內(nèi)），在每臺(tái)射芯機(jī)產(chǎn)生煙氣處的上方設(shè)置頂吸或側(cè)吸排煙罩，管道集中收集后采用離心通風(fēng)機(jī)高空排放。

4.5 清理工部

(1)較大鑄件的清理

較大鑄件的粗拋丸和精拋丸分別采用1臺(tái)吊鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)。人工使用液壓剪去除并切斷鑄件的澆冒口系統(tǒng)，然后揀取鑄件并掛件到吊鏈?zhǔn)酱謷佂铏C(jī)進(jìn)行粗拋丸，澆冒口在鱗板端頭裝框后轉(zhuǎn)運(yùn)到回爐料履帶式拋丸機(jī)進(jìn)行凈化處理，處理后裝框轉(zhuǎn)運(yùn)到熔煉工部爐后跨的回爐料料池；粗拋后的鑄件進(jìn)行人工打磨精整，設(shè)置10個(gè)人工打磨精整工位；精整后通過(guò)平板輸送到吊鏈?zhǔn)骄珤佂铏C(jī)進(jìn)行精拋；精拋后采用內(nèi)腔噴砂機(jī)進(jìn)行鑄件內(nèi)腔清理，經(jīng)檢驗(yàn)合格后入庫(kù)或機(jī)加工。

(2)較小鑄件的清理

較小鑄件的粗拋丸和精拋丸分別采用2臺(tái)履帶式拋丸機(jī)。人工使用液壓剪去除并切斷鑄件的澆冒口系統(tǒng)，然后揀取鑄件裝框轉(zhuǎn)運(yùn)到履帶式粗拋丸機(jī)進(jìn)行粗拋丸，澆冒口在鱗板端頭裝框后轉(zhuǎn)運(yùn)到回爐料履帶式拋丸機(jī)進(jìn)行凈化處理，處理后裝框轉(zhuǎn)運(yùn)到熔煉工部爐后跨的回爐料料池；粗拋后的鑄件進(jìn)行人工打磨精整，設(shè)置6個(gè)人工打磨精整工位；精整后裝框轉(zhuǎn)運(yùn)到履帶式精拋丸機(jī)進(jìn)行精拋；精拋后采用內(nèi)腔噴砂機(jī)進(jìn)行鑄件內(nèi)腔清理，經(jīng)檢驗(yàn)合格后入庫(kù)或機(jī)加工。

(3)設(shè)置廢砂收集系統(tǒng)，以收集鑄件清理過(guò)程中產(chǎn)生的廢砂，由汽車(chē)定期運(yùn)送到廠外專業(yè)廠家進(jìn)行再生處理。

(4)除塵系統(tǒng)

根據(jù)鑄件清理過(guò)程中的揚(yáng)塵點(diǎn)位置及粉塵特性，吊鏈?zhǔn)酱謷佂铏C(jī)的揚(yáng)塵點(diǎn)、較大鑄件人工打磨精整工位的揚(yáng)塵點(diǎn)、吊鏈?zhǔn)骄珤佂铏C(jī)的揚(yáng)塵點(diǎn)、2臺(tái)履帶式粗拋丸機(jī)的揚(yáng)塵點(diǎn)、較小鑄件人工打磨精整工位的揚(yáng)塵點(diǎn)、2臺(tái)履帶式精拋丸機(jī)的揚(yáng)塵點(diǎn)、廢砂收集系統(tǒng)的揚(yáng)塵點(diǎn)和回爐料履帶式拋丸機(jī)的揚(yáng)塵點(diǎn)分別設(shè)置1套除塵系統(tǒng)，粉塵經(jīng)以上8套除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

5 車(chē)間物流規(guī)劃及工藝平面布置

5.1 車(chē)間物流規(guī)劃

車(chē)間各生產(chǎn)工序之間的物流主要采用機(jī)械化輸送設(shè)備、行車(chē)和叉車(chē)，主要物料的物流規(guī)劃見(jiàn)圖1。

5.2 車(chē)間工藝平面布置

規(guī)劃的車(chē)間工藝平面布置見(jiàn)圖2。

圖1 主要物料的物流規(guī)劃圖

圖2 車(chē)間工藝平面布置圖

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目已建成投產(chǎn)兩年多，工藝設(shè)備布局合理，物流順暢，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，達(dá)到了提升企業(yè)液壓鑄件生產(chǎn)工藝水平、擴(kuò)大產(chǎn)能、提高鑄件質(zhì)量的目標(biāo)。回顧車(chē)間的生產(chǎn)工藝過(guò)程，隨著鑄造裝備水平和環(huán)保要求的提高，自動(dòng)化和環(huán)保方面可進(jìn)一步提升，如鐵合金及增碳劑的自動(dòng)化加入、鐵液的自動(dòng)化輸送、造型線澆注段和冷卻段的煙氣除塵處理、砂芯儲(chǔ)存和輸送的自動(dòng)化、鑄件清理的自動(dòng)化、車(chē)間送風(fēng)系統(tǒng)等。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊濤林.年產(chǎn)26萬(wàn)件橋殼類鑄件的車(chē)間設(shè)計(jì)[J].鑄造設(shè)備與工藝，2013（6）:4-6.

[2] 余博，劉小龍，任興武，李柏松.年產(chǎn)10萬(wàn)噸發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件車(chē)間設(shè)計(jì)[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2015(2):51-56.

[3] 劉宏亮.鑄造車(chē)間砂處理系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2015(6):33-36.

[4] 鑄造車(chē)間和工廠設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編.鑄造車(chē)間和工廠設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995：1-373.

Design of workshop with annual production of 24 000 tons hydraulic casting

LIU HongLiang1，SHI HongWei2
（1.Automotive Engineering Corporation,Tianjin 300113，China；2.Jiangsu Liyuan Jinhe Foundry Co.,Ltd.,Rugao 226511，Jiangsu China）

Abstract:The thesis gives an introduction about design process of workshop with annual production of 24 000 tons Hydraulic Casting，Molding machine selected and used a Horizontal Static Pressure Molding Line and a Horizontal Parting Flaskless Molding Line, Core-making machine selected and used Hot box core shoot machine with coated sand,meanwhile an explanation for Workshop logistics planning.After the completion of the workshop, the equipments layout reasonable, smooth logistics, the workshop is working in good condition.

Keywords:hydraulic casting；design of workshop；static pressure moulding line；parting fl askless molding line

中圖分類號(hào)：TG28；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1006-9658（2016）03-0075-05

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.023

收稿日期:2016-03-25

作者簡(jiǎn)介：劉宏亮（1979—），男，工程師，主要從事鑄造車(chē)間工程設(shè)計(jì).