大型發動機缸體鑄件清理工藝概述

劉 躍，韓 強，時 曉

（濰柴重機股份有限公司 大缸徑清理線，山東濰坊 261001）

現階段體積、重量較低鑄件的清理已有較高自動化的生產線，鑄件清理效率、清理質量得到提高，同時清理車間工作環境也得到較大改善。與小型鑄件相比，大型發動機缸體鑄件由于結構復雜，體積、重量均較大，大型發動機缸體鑄件的不落地自動化清理工藝一直難以實現。但是目前為提高大型發動機缸體的清理效率與工人的工作環境，大型發動機缸體的清理工藝大部分已實現自動化或機械化。

清理作為鑄件出廠的最后一道工藝，負責將鑄件表面飛邊、毛刺、粘砂等鑄造缺陷進行修整，并對鑄件進行噴漆使其具有一定防銹能力，具體清理工藝如圖1 所示。鑒于目前鮮有針對大型發動機缸體的清理工藝相關介紹，本文將針對大型發動機缸體涉及的打箱、粗清、拋丸、細清進行概述，希望可以為相關人員提供參考。

圖1 清理工藝

1 打箱工藝

1.1 打箱流程

打箱顧名思義就是將砂子從砂箱中清理出來。具體操作過程是當發動機缸體在鑄型中冷卻到一定溫度，將鑄型放到落砂機上進行打箱。清理出的砂子會經輸送皮帶運送至砂再生設備對砂子進行破碎、磁選、再生、風選、冷卻降溫等。由于落砂機運轉過程中震動大、噪音大、粉塵多，所以打箱現場是整個清理車間乃至鑄造廠中環境最為惡劣的場所,為減少這些危害，打箱時砂箱在半封閉空間震動落砂并配合相應的排塵、通風設施，如圖1 所示。打箱需要注意的事項包括以下幾方面：

（1）為防止對鑄件造成損傷，鑄件不能在落砂機上進行落砂；

（2）鑄型未冷卻到一定溫度，打箱會造成機體損傷；

（3）嚴禁將空砂箱放置在落砂機震動，防止砂箱尺寸變化。

1.2 打箱設備

對于設備方面，鑄造生產所用的振動落砂機雖然品種繁多，但按其激振方式可分為三類：慣性振動落砂機、偏心振動落砂機和沖擊振動落砂機。慣性振動落砂機是80 年代以來應用最廣泛的一種落砂機。近些年又開發出了固定式雙質體振動落砂機、輸送式雙質體振動落砂機、較長距離輸送式雙質體振動落砂機、振鼓式雙質體振動落砂機等諸多系列[1]。其中雙質體振動落砂機是近年來發展應用較多的一種新型振動落砂機。與單質體落砂機相比，具有適應鑄件噸位大、振動噪音低、振動幅度相對穩定的特點。目前最大噸位雙質體振動落砂機有效載荷可達60t[2]。

圖2 打箱現場

2 粗清工藝

機體打箱之后，機體表面還存在冒口、披縫、砂子等，并且由于大型發動機機體結構復雜難以實現自動化粗清，此時則需要人工清理。針對尺寸較大的冒口、澆注系統，操作者使用等離子切割機、氣動破碎錘等（如圖3a，b 所示）設備去除，可有效減輕操作者的勞動強度并提高生產效率。針對粗清后鑄件表面鑄砂殘留較多問題，則采用振芯機（如圖3c 所示）進行去除。但是對于尺寸較小披縫、澆注系統仍使用人工掄大錘方式進行清理。鑄件粗清之后，披縫、澆冒口還存有一定殘留高度，這需要細清時去除。此外，粗清雖可去除大部分鑄砂，但是鑄件表面還有一定厚度鑄砂殘留，這需要在拋丸過程中進一步清除。

圖3 粗清工具

與打箱相比，粗清噪聲、震動明顯降低，但依然存在大量粉塵。粗清工序自動化難以實現，可沿粗清操作工位設置上吸式側吸罩，對粉塵進行凈化，含塵氣體經除塵器凈化后排入大氣[3]。

3 拋丸工藝

拋丸是指利用高速運動的鋼丸的沖擊力除去零件表面的銹蝕物,從而得到干凈的金屬表面的一種物理方法[4]。拋丸可進行除銹、除漆、清理表面鑄砂等，使鑄件表面具有光亮的金屬光澤。有研究表明[5]，鋼丸粒度及鋼丸拋射速度對鑄件表面粗糙度均有影響，鋼丸粒度、拋射速度越大，鑄件表面粗糙度越高。需要注意的是，鑄件表面粗糙度會對鑄件噴漆后的耐蝕產生影響，粗糙度越大，鑄件耐蝕性越差。拋丸對于機體外表面以及大孔徑內腔清理效果較好，而對于半封閉式狹長內腔（如水道），噴丸的效果會更好。

關于拋丸設備方面，根據工件形狀及尺寸特點可將其分為滾筒式、履帶式、轉臺式、臺車式、吊鉤式、吊鏈式、吊鏈轉盤式、搖床式、機械手式、鼠籠式、輥道輸送式和組合式等。最常用的拋丸清理設備有履帶式拋丸清理機、吊鉤式拋丸清理機、懸鏈式拋丸清理機和輥道輸送式拋丸清理機[6，7]。

4 細清工藝

細清的作用是使機體表面及內腔平整，無明顯突起，同時細清階段也負責對鑄造缺陷的反饋，及時對缺陷進行修復。鑄件細清傳統方式是人工使用風鏟、砂輪機、角磨機等工具修整鑄件表面。這種清理方式，操作者勞動強度大，工作效率較低，且長時間處于惡劣的工作環境，患職業病的風險也隨之增加。為避免上述不足以及降低人工成本，機器人工作站（如圖4 所示）可有效解決上述問題。機器人工作站就是由1 臺或多臺機器人配備工裝夾具，用控制系統組成的打磨工作站，俗稱機器人切割打磨設備，生產效率遠遠高于人工清理。由于老齡化人口增加，并且新一代勞動力受教育程度較高，不愿意從事勞動強度大、環境臟亂差的工作，造成用工荒，所以未來大型發動機缸體細清自動化將成為發展趨勢。

圖4 機器人打磨

5 展望

現階段，大型發動機缸體鑄件的不落地自動化清理工藝較難實現，但是針對各個工序的自動化清理設備早已投向市場，可對鑄件外表面披縫、高點進行清理，但是內腔的脈紋，鑄件曲面處的粘砂仍然需要人工清理，相信很長一段時間內大型發動機缸體鑄件的清理方式將會是人工與機械化設備相結合。另一方面，由于鑄件清理現場環境惡劣，將來必定會面臨用工難的問題，將來有望實現不落地自動化清理工藝，以提高工作效率，并減少惡劣工作環境對操作者造成的傷害。