金屬型鑄球生產(chǎn)線澆注系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化

摘 要：公司原有的金屬型鑄球生產(chǎn)線采用1.2T的中頻保溫爐，采取手動(dòng)液壓控制澆注至金屬型模具，常出現(xiàn)澆注斷流、澆不滿、溢出模具的情況，基于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)澆注情況的針對(duì)性分析，采取分階段控制澆注速度，實(shí)現(xiàn)了定量澆注，鑄球生產(chǎn)合格率得到大幅度提升。

關(guān)鍵詞：中頻保溫爐；澆注速度，合格率

中圖分類號(hào)：TF775 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0058-02

1 概述

我公司原有的金屬型生產(chǎn)線采取的人工手動(dòng)控制進(jìn)行鐵水澆注，而在實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)斷流、澆不滿、溢出模具的情況，尤其因鐵水溢出模具造成生產(chǎn)線需停產(chǎn)檢修，造成鑄球生產(chǎn)合格率低，生產(chǎn)成本也居高不下。

2 鑄球生產(chǎn)線自動(dòng)澆注要求

我公司采用的中頻保溫爐設(shè)備進(jìn)行金屬熔煉，澆注口采用漏斗形式。鑄造鋼模每型澆注重量從10KG到50KG不等，澆一種規(guī)格時(shí)，每次澆注量基本不變，每澆一次油缸停止在原位，下次澆注時(shí)再?gòu)拇颂巻?dòng)。一爐鐵水重量約1.2噸，最長(zhǎng)50分鐘澆完，每澆一次周期約25s，不同型號(hào)鋼模每一次的澆注的時(shí)間不同，但澆注周期都要控制在25s以內(nèi)。澆注動(dòng)作采用三種控制方式：（1）利用電子秤的實(shí)時(shí)稱重連續(xù)信號(hào)，檢測(cè)增量情況，根據(jù)增量控制每次澆注停止的時(shí)間，停止完后再重新啟動(dòng)下一次澆注；（2）利用理論計(jì)算量，計(jì)算每次澆注所需時(shí)間來控制澆注時(shí)間，每次澆注時(shí)的停延時(shí)可在控制屏上進(jìn)行輸入調(diào)整。理論時(shí)間及延時(shí)時(shí)間要能在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后進(jìn)行優(yōu)化并且可手動(dòng)輸入進(jìn)行調(diào)整；不同型號(hào)模具時(shí)，有對(duì)應(yīng)的控制時(shí)間曲線；（3）手動(dòng)控制，人工觀察澆注情況，進(jìn)行中停和啟動(dòng)，澆注完了恢復(fù)原位。

3 原有生產(chǎn)線澆注系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)方案

3.1 原澆注系統(tǒng)存在問題

中頻保溫爐在傾倒不同角度時(shí)，傾倒時(shí)流出的鐵水速度不一致，實(shí)際在人為操作過程中，操作工人根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，常因澆注時(shí)間短，每次對(duì)澆注的鐵水量難以精確把握，出現(xiàn)過早或者過晚控制中頻爐的傾倒，導(dǎo)致出現(xiàn)鐵水?dāng)嗔鳌膊粷M、溢出模具的情況，針對(duì)這一問題，我們模擬分析出鑄造鋼模每型所需的鐵水質(zhì)量、保溫爐傾倒在不同角度時(shí)鐵水倒出的速度及所需時(shí)間之間的關(guān)系。

3.2 改進(jìn)方案

對(duì)中頻保溫爐在傾轉(zhuǎn)不同角度時(shí)澆出的鐵水量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算在不同角度下澆注的鐵水速度，在傾轉(zhuǎn)不同角度的下澆注速度峰值偏差高達(dá)到20kg/s。因此，采取分階段分角度應(yīng)用不同的澆注配方，以生產(chǎn)φ130mm的鑄造鋼球?yàn)槔蛛A段采取八個(gè)不同的澆注配方。每一個(gè)澆注配方由十個(gè)參數(shù)構(gòu)成：澆注量（澆注滿一副模具所需要的鐵水量）；快速澆注量（在2～3秒中之內(nèi)需要澆注的鐵水量）；慢速澆注量（在6～8秒中之內(nèi)需要澆注的鐵水量）；提前量（澆注最后過程停留在空中的鐵水量）；快速澆注流量上限（實(shí)現(xiàn)快速澆注量時(shí)的最大速度）；快速澆注流量下限（實(shí)現(xiàn)快速澆注量時(shí)的最小速度）；慢速澆注流量上限（實(shí)現(xiàn)慢速澆注量時(shí)的最大速度）；慢速澆注流量下限（實(shí)現(xiàn)慢速澆注量時(shí)的最小速度）；澆注周期（澆滿一副鋼模所需要的時(shí)間）。其中澆注量是快速澆注量、慢速澆注量和提前量三者之和。

為更好的計(jì)算出中頻保溫爐處于傾轉(zhuǎn)不同角度時(shí)的鐵水量和金屬模具已澆注的鐵水量，在中頻保溫爐轉(zhuǎn)軸部位新增角度傳感器和中頻爐下方所需要澆注的金屬型模具底部增加稱重傳感器。

新增自動(dòng)澆注控制方法：（1）在中頻保溫爐處于傾轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，獲取中間包及澆注到所述中間包中的熔融金屬的總重量。所述中間包連接于在自動(dòng)澆注生產(chǎn)線上用于加工鑄件成型的模具及所述中頻保溫爐的澆口之間，用于暫時(shí)貯存所述中頻保溫爐中流出的熔融金屬的小容量澆包；（2）計(jì)算并得到所述總重量和預(yù)先測(cè)量得到的中間包自身重量之間的差值；（3）計(jì)算熔融金屬的澆注速度；（4）比對(duì)所述澆注速度與預(yù)先設(shè)定的熔融金屬的第一澆注速度；（5） 當(dāng)所述澆注速度不等于所述第一澆注速度時(shí)，調(diào)節(jié)所述中頻保溫爐的傾轉(zhuǎn)角度，直至所述澆注速度達(dá)到所述第一澆注速度；（6）判斷熔融金屬澆注量是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的所述熔融金屬澆注量的臨界值，所述臨界值小于所述熔融金屬澆注量的額定提前值；（7）當(dāng)所述熔融金屬澆注量達(dá)到所述熔融金屬澆注量的臨界值時(shí)，比對(duì)當(dāng)前所述熔融金屬的澆注速度與預(yù)先設(shè)定的熔融金屬的第二澆注速度；（8）當(dāng)所述澆注速度不等于所述第二澆注速度時(shí)，調(diào)節(jié)所述中頻保溫爐的傾轉(zhuǎn)角度，直至所述澆注速度達(dá)到所述第二澆注速度。在對(duì)鑄件進(jìn)行澆注過程中，首先采用所述第一澆注速度進(jìn)行快速澆注，當(dāng)所述熔融金屬澆注量達(dá)到所述臨界值時(shí)，則改用低于所述第一澆注速度的所述第二澆注速度進(jìn)行慢速澆注，以便能夠在熔融金屬澆注量即將達(dá)到所述額定提前值時(shí)，更準(zhǔn)確的對(duì)所述熔融金屬澆注量進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)因澆注速度過快而導(dǎo)致控制過程在時(shí)間上不能及時(shí)響應(yīng)，致使所述熔融金屬澆注量超出額定值提前值的現(xiàn)象；（9）判斷所述差值是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的熔融金屬澆注量的額定提前值，當(dāng)所述差值達(dá)到所述熔融金屬澆注量的額定提前值時(shí)，生成控制信號(hào)，所述控制信號(hào)用于控制所述中頻保溫爐停止繼續(xù)傾轉(zhuǎn)。

中頻保溫爐的傾轉(zhuǎn)角度的最大范圍為0～90°，將其劃分為九組等分的傾轉(zhuǎn)角度范圍，則所述傾轉(zhuǎn)角度區(qū)間依次為0～10°、10～20°、20～30°、30～40°、40～50°、50～60°、60～70°、70～80°和80～90°，所述每一組傾轉(zhuǎn)角度區(qū)間對(duì)應(yīng)有預(yù)先設(shè)定的不同的第一澆注速度、第二澆注速度、熔融金屬澆注量的臨界值和熔融金屬澆注量的額定提前值，上述參數(shù)的具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況確定，以實(shí)現(xiàn)在保證鑄件生產(chǎn)效率的前提下，避免因?qū)λ鲋虚g包的澆注速度太快，致使所述自動(dòng)澆注控制方法對(duì)于差值的測(cè)量及對(duì)于所述中頻保溫爐的傾轉(zhuǎn)角度的控制不能及時(shí)響應(yīng)，而出現(xiàn)鑄件澆注不足或澆注過滿的情況，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)此，我們對(duì)中頻保溫爐在不同角度的倒出鐵水速度進(jìn)行計(jì)算和實(shí)際修正[1]。如圖1：

3.3 實(shí)施過程

對(duì)設(shè)備進(jìn)行角度傳感器的增加及內(nèi)部程序的修正，首先進(jìn)行利用自來水進(jìn)行模擬澆注實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行鐵水試澆試生產(chǎn)。根據(jù)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)觀察及數(shù)據(jù)比對(duì)，程序參數(shù)設(shè)定基本的規(guī)律：在剛起爐，流量易于控制，也較為平穩(wěn)，為保證澆注出來球的質(zhì)量，需要相對(duì)較大的流量（>1kg/s），快澆量也要最大，提前量要小（φ130mm球提前量為1KG），總而言之，因?yàn)槠椒€(wěn)易控，流量參數(shù)要大，提前量要少；隨著澆注進(jìn)行，爐體傾倒相同角度時(shí)倒出鐵水增多，流量大而快難以控制，因此參數(shù)流量、快澆量要有遞減趨勢(shì)，提前量要由增大趨勢(shì)。周期時(shí)間分布規(guī)律：快澆量階段時(shí)間相對(duì)較短，慢速澆注階段時(shí)間要長(zhǎng)。最終實(shí)現(xiàn)了澆注參數(shù)最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了一爐鐵水平穩(wěn)澆注，很好地解決了澆不足、澆注溢出模具等情況，實(shí)現(xiàn)了最佳定量澆注。

4 改造效果

為期三月新增稱重傳感器及角度傳感的安裝、對(duì)程序進(jìn)行修改，經(jīng)過空轉(zhuǎn)模擬動(dòng)作及模擬生產(chǎn)后進(jìn)行生試生產(chǎn)，以生產(chǎn)φ130為例，分為八個(gè)澆注配方進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)第一澆注速度和第二澆注速度參數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動(dòng)澆注。

通過試生產(chǎn)，主要出現(xiàn)了“穿箱”的異常情況，導(dǎo)致金屬液侵入模具底部，損壞金屬型模具底部傳感器，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行底部預(yù)留“穿箱”金屬液引流口，避免傳感器的損壞，經(jīng)過持續(xù)性改造，金屬型鑄球生產(chǎn)線澆注工序的原有的生產(chǎn)工人由四人降至二人，勞動(dòng)強(qiáng)度也大幅度降低，鑄造的鋼球的合格率得以提升至91.5%。

該技術(shù)改造成果我們也進(jìn)行了專利申報(bào)保護(hù)并且獲得發(fā)明專利的授權(quán)（專利號(hào)：CN201310180083.2）。

5 結(jié)束語

對(duì)于我公司金屬型鑄球生產(chǎn)線澆注系統(tǒng)的改進(jìn)及優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連續(xù)澆注的目標(biāo)，減少人為操作對(duì)澆注產(chǎn)品質(zhì)量的影響，產(chǎn)品合格率也得到大幅度提升，并且大幅度降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但連續(xù)生產(chǎn)過程中還存在鋼球脫模困難、卡模的情況，影響生產(chǎn)進(jìn)度，我們后階段需要進(jìn)一步檢測(cè)出模具在生產(chǎn)過程中因溫度對(duì)膨脹系數(shù)的影響及整改，以便批量生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]任立軍，鄒月燦，趙洪池.一種自動(dòng)澆注控制方法、控制器和控制系統(tǒng)[P].CN201310180083.2.