一條自動化V 法鑄造生產線

楊長春，朱曉霞，黃福禎

（青島盛美機械有限公司，山東青島 266400）

V 法造型是一種真空密封造型鑄造方法，又稱負壓造型。是用細干砂作型砂,填入砂箱并加以緊實,用塑料薄膜經加熱后在帶有通氣孔和抽氣裝置的模樣上覆膜成型,密封砂箱,并依靠真空泵抽出型內氣體,在一定的真空度下砂粒之間失去相對運動從而使砂子得到緊實,形成所需的型腔；這是一種物理造型方法，也是目前最先進的鑄造方法之一。V 法造型目前應用的生產線形式有臺車穿梭式、轉臺式、輥道組合式等三種，其中臺車穿梭式主要以半自動化為主，轉臺式、輥道組合式大部分已經發展成為自動化線。

1 自動化V 法生產線的基本情況

1.1 自動化V 法生產線的定義

自動化在機械行業的定義很廣，解讀空間也很大，作為行業細分領域的V 法鑄造，一條自動化生產線應該符合以下幾個標志：自動覆膜（包含底膜、背膜）；可實現機器人噴涂、機器人下芯；扣箱、起模、解箱、取工件實現自動；全線轉運在線上進行（在線澆注）、過程中不需要人工切換真空等；效率：≥6 型/h；可以對V 法運行各個工序進行數據采集，可以成功對接企業管理軟件；綠色、環保、超低排放。

1.2 自動化V 法生產線在中國的發展

國內V 法自動化市場受工藝和裝備的制約，發展速度較慢，已投產生產線（見圖表1），其中以生產灰鐵浴缸為主。

表1 國內已經投產的自動化V 法生產線

自動線經過近幾年的發展，已經由原來依靠進口，全部實現了自主研發、制造，無論從生產線布局、工藝技術、產品制造等各個方面都實現了國產化，大大降低了設備成本，得到了很多客戶的青睞。

1.3 自動化V 法生產線是發展趨勢

制造業在智能制造的浪潮下也積極轉型，自動化、數字化、智能化水平大大提高，各行業領軍企業越來越重視生產設備的數據采集和車間聯網，設備數據可視化程度顯著提高。未來制造業的發展是以信息技術革命性突破為基礎，反映了工業經濟數字化、信息化、智能化、網絡化的發展趨勢，建設數字化車間、構建智能工廠、實現智能制造。多數制造企業，數據采集靠筆、數據處理靠人、分析靠經驗，設備管理維護、人員知識結構仍未實現全配套，面對真正意義上的智能制造還有非常大的距離，所以迫切需要鑄造智能化。

2 自動化V 法生產線的基本情況

我公司同國內某知名工程機械廠歷經9 個月的交流，達成戰略合作，雙方集合自身優勢，借鑒行業成功案例，研發、制造一條自動化、智能化的V 法鑄造生產線。

2.1 項目概述

此條V 法生產線主要用于鑄鋼橋殼的生產，在滿足V 法鑄造工藝的特殊性基礎上，主要涉及的是砂處理、造型、澆注冷卻、落砂、全線散落砂收集、除塵、真空等工部的設備和工裝，輔以電控、氣控、液壓、水控等控制工部，整體項目規劃理念先進，選用可靠設備、所應用技術成熟、工藝成熟，布置流程清晰、優化、合理、物流通暢、緊湊、維修方便。同時我們特別注重節能、環保、安全三個要素，設備能夠實現可視化、數字化、智能化運行，可以實現與MES 控制軟件的對接。

2.2 自動化生產線工藝技術要求

2.2.1 生產要求

主要產品：橋殼；熔煉能力：6t 電爐；澆包：6t底注鋼包（使用自動澆注機）；工作制度：251 天/年、雙班制：每班8h。

工藝要求見表2 所示。

表2 工藝要求表格

2.2.2 主要設備參數

砂處理能力：40t/h；新砂的微粉含量：≤0.5%（200 目以下）；舊砂回收利用率：≥95%；砂庫砂微粉含量：≤1%（200 目以下）；循環用水量：200m3/h ；水壓：0.15MPa～0.30MPa；壓縮空氣耗氣量：28m3/min，供氣壓力：0.4MPa～0.6MPa；液壓系統工作壓力：10MPa（標準礦物液壓油）；粉塵排放：≤20mg/m3，總風量：130000m3／h；設備噪聲：≤85dB/A。

2.3 主要工藝流程

2.3.1 造型工部

造型工藝流程（如圖1 所示）：模型進入1#造型輥道先到達①覆膜位：模具清掃、覆膜器取膜、加熱、覆膜，模型到②粘貼冒口位：人工粘貼冒口，模型到③預留粘貼冒口位：根據冒口復雜程度使用，模型到④噴涂位：人工（預留機器人接口）噴涂，模型到1#造型轉運車上⑤扣空箱位：機械手扣箱，模型通過2#造型轉運車轉入2#造型輥道，模型到⑥烘干位：烘干罩進行烘干，模型到⑦預留烘干位：根據工藝需要決定使用、人工放冷鐵，模型到⑧加砂位：自動加砂震實，模型（砂型）到⑨覆背膜、起冒口位：人工刮平覆背膜、起冒口（上箱），模型到2#造型轉運車上⑩起模工位：起模機械手動作起模、翻轉、將下箱放置到托盤小車上（同時模型旋轉進入1#造型輥道進行造型），人工夾具下芯，上箱起模機械手動作起模、翻轉、檢查、合箱，合箱轉運車可分別行走至1#、2#、3#澆注線，鑄型移動至澆注線進行澆注。

兩種標準下均顯示男性HHT患病明顯高于女性,且隨年齡增高,H型高血壓發病越高,這與國內為研究結果一致。尤其是以≥10μmol為標準時,80歲以上高血壓患者均為HHT。研究顯示當人體血漿HCY水平降低3umol/L時,心肌缺血的風險則相對降低16%,腦血管疾病發生率可降低約為24%(3)。

圖1 造型工藝布局

2.3.2 澆注冷卻工部

澆注冷卻工部工作流程為：鑄型帶真空可以分別進入1#、2#、3#澆注線進行澆注，保壓、冷卻然后轉運至冷卻轉運車進入冷卻線。

設計3 條澆注線，每條12 個工位可進行澆注、保壓，為保證造型效率，減少人工輔助，改善勞動環境，采用固定真空梁和移動真空梁在澆注和轉運過程中保持真空。設計3 條冷卻線，共36個工位。

2.3.3 解箱工部

解箱的工作流程為：鑄型轉運至落砂轉運車進入落砂線，解箱機械手（帶真空）將鑄型轉至解箱間：開箱，解箱機械手將砂箱放置在回空箱輥道上，進入造型工部，托盤小車經過回轉進入造型工部。

2.3.4 鑄件冷卻工部

鑄件開箱后由取工件機構鑄件其轉入鑄件冷卻托板車中自然降溫，動作流程：在1#冷卻線1#冷卻托板轉運車將冷卻托板車向右推動到2#冷卻托板轉運車，2#冷卻托板轉運車轉運到2#、3#冷卻線，2#冷卻托板轉運車向左推動將托板車轉運到1#冷卻托板轉運車，在鑄件振動清理機位啟動：振動落芯，鑄件吊起裝置吊起鑄件清理芯砂，繼續振動直至芯砂基本清理干凈，芯砂傾倒裝置啟動，將鑄件冷卻托板車中的芯砂傾倒出來。

圖2 澆注冷卻工藝布局

圖3 鑄件冷卻工藝布局

圖4 砂處理工部

2.3.5 砂處理工部

砂處理工部的工作流程：機械手將澆注后的砂箱吊運至落砂格柵上方，自動取底膜機構取底膜，鑄件落至落砂格柵車上，機械手將砂箱放回定盤小車上，同時：型砂落到落砂格柵上依次進入落砂斗、振動輸送篩砂機、1#板鏈提升機、風選機、1#砂溫調節器、2#斗式提升機、貫通式磁選機、2#砂溫調節器、3# 斗式提升機、1# 皮帶輸送機、砂庫、2#皮帶輸送機、4#斗式提升機、造型砂庫。在起模、刮砂覆背膜等工位設置散落砂收集裝置，主要有收集斗、收集皮帶機、提升機等。

3 V 法生產線的智能化體現

3.1 專業技術要求

（1）過程數據（例如：溫度、流量、壓力、重量、電流、電壓等）必須嵌入到工業平板控制系統。

（2）可變數據（例如：各個工位的砂箱碼、產品條形碼、過程數據等）必須集中到同一個DB 塊，方便中控室上位機訪問。

（3）工業平板的組態界面要形象的襯托出生產線的工況狀態，顯示故障信息、砂箱扭轉記錄、關鍵數據曲線、工藝參數的調整，并可對生產線的每個設備進行手動操作等。

（4）盡量減少現場儀表的數量，集中用電控系統控制。

（5）設置專用的智能設備的網絡地址區域。

3.2 配置要求

（1）根據本套造型線工藝要求，本電氣控制系統采用可編程控制器控制，PLC 機選用西門子產品，其他主要低壓電器采用施耐德或西門子產品。

（2）本套造型線設有工控機1 臺。實現現場工人操作出錯時進行生產計劃更改、上報。

（3）本控制設有手動/自動控制功能。

3.3 控制工藝及設計方案（總體規劃，逐步實現）

本系統主要包含：砂處理電控、造型線電控另外還要往甲方提供的砂處理水控系統、除塵系統、鑄件冷卻系統、真空泵電控系統、真空泵水控系統引進控制線；與甲方MES 系統相對接的工控機等。

3.3.1 砂處理系統電控

砂處理系統主要是控制我方提供的單機設備，將信號線接入甲方提供的砂處理除塵系統、砂處理水控系統、鑄件冷卻系統。砂處理提供數據信號：砂溫調節器顯示實時砂溫，如砂溫超過設定溫度范圍，系統內報警；水控系統進出水口處實時水溫，若超過設定溫度范圍，系統內報警。

3.3.2 造型、澆注、冷卻系統電控

造型、澆注、冷卻系統將信號線接入甲方提供的造型除塵系統、澆注除塵系統、真空泵電控系統、真空泵水控系統。

（1）甲方MES 系統在造型時對模片進行掃碼記錄、對相應砂箱也進行掃碼記錄，并在車間大屏顯現相應信息，每次砂箱移動都記錄模擬運行軌跡，并顯示到甲方MES 系統的大屏幕上。

（2）澆注機有獨立的西門子200 smart PLC，我方造型線系統將待澆砂箱軌跡上報甲方MES系統，甲方MES 系統根據生產計劃回傳到澆注機需要澆注的砂箱信息，澆注機根據接收信息對需要澆注的砂箱進行預成像掃描，找準澆注口位置，退回到初始位等待澆包上位，同時將需要澆注的砂箱信息回傳到造型線系統，并將信號傳遞到真空分配器。澆注機接到澆包后啟動澆注開始按鈕，同時真空泵接收到啟動信號，真空穩定后，真空分配器按程序開啟，澆注前按澆注機系統提供的澆注前保壓時間計時，真空壓力正常時才能澆注。澆注完成后，按澆注機系統提供的澆注后保壓時間計時，到保壓時間真空分配器自動關閉。

（3）澆注機控制系統應具備整體稱重功能，稱重精度控制在1kg 以內，可實現定量澆注，可實現特定產品澆注鐵水重量運算，以及特定產品需水重量MES 反錄入功能。

縱觀國內、外各種鑄造生產線發展的趨勢是自動化、智能化，我國V 法自動化線發展十分緩慢，這源于部分企業對V 法工藝和對自動線的認識問題，究其核心是我們大部分從業人員對V 法工藝、裝備的研究還沒有達到一定的深度，這就需要我們立足本職、開拓性的研究與探索。V 法工藝的優勢不僅能在傳統鑄件領域得到進一步發展，在許多新的產品領域依然可以發揮優勢，作為發展趨勢的自動化、智能化生產線也將會被越來越多的人和企業接受。