馬懷生,侯立春,伍 燕
(東風汽車公司鑄造二廠,湖北十堰市,442050)
采用靜壓造型技術(shù)改造原氣沖造型線
馬懷生,侯立春,伍 燕
(東風汽車公司鑄造二廠,湖北十堰市,442050)
采用靜壓造型機替代氣沖造型機對氣沖造型線進行改造,通過工藝設(shè)計、設(shè)備選型、系統(tǒng)配套,以及新舊工裝共用、對部分輔機進行適應(yīng)性改造等,成功地將靜壓造型主機應(yīng)用在氣沖造型線上。
氣沖造型機;靜壓造型機;設(shè)備選型;技術(shù)改造
某鑄造廠1988年引進的氣沖造型線,由于氣流沖擊造成主機產(chǎn)生疲勞破壞,主機大梁、橫梁、立柱、壓縮空氣包底座已發(fā)生大范圍的開裂,經(jīng)多次技術(shù)論證和專家鑒定,一致認為氣沖主機造型方式對主機大梁和機架產(chǎn)生的疲勞破壞是不可逆轉(zhuǎn)的,應(yīng)該對造型線主機進行技術(shù)改造。綜合國內(nèi)同行業(yè)使用情況和經(jīng)驗,選用了目前成熟、可靠的氣流預緊實加多觸頭壓實的造型方式,并配合以先進的控制技術(shù),用兩個月的時間成功地把原造型線的氣沖主機更新為靜壓主機,對留用老線的配套輔機和電氣控制、工裝進行了17處較大的適應(yīng)性改造。造型線主機改造項目成功實施后,提高造型線的生產(chǎn)效率20%,鑄件質(zhì)量得到提高,降低了砂型廢品率,模板的利用率提升。取得了較好的效果。
氣沖造型線的主機機架主要由四立柱、兩大梁、兩橫梁、一根輔助橫梁組成。大梁、橫梁、立柱皆為箱式結(jié)構(gòu),依靠螺栓連接緊固。大梁長度為6860mm,南大梁兩立柱間的中心距為2400mm,北大梁三立柱兩兩之間的間距為2200mm,南、北大梁的中心距為2100mm,立柱高度為1910mm。
氣沖造型主機在造型時,氣流在0.02s的瞬間產(chǎn)生沖擊波,在這種沖擊波的反復作用下(表1),必然會使主機結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生疲勞破壞。近幾年來造型線主機大梁、橫梁、立柱、壓縮空氣包底座已發(fā)生大范圍的開裂,導致主機精度失準,起模架水平精度低(水平誤差3mm);邊滾輪磨損嚴重,氣包座移動不平穩(wěn);起模架變形,氣沖緊實時,砂箱與預砂框結(jié)合面密封不嚴,跑氣跑砂現(xiàn)象嚴重,型腔表面緊實度不夠,砂型周邊蜂窩現(xiàn)象嚴重,造成澆注時嚴重跑火。
由表2可知,主機出現(xiàn)裂紋的長度越來越長、裂紋出現(xiàn)的時間間隔越來越短,裂紋對主機的危害越來越大。機架在強大沖擊力作用下隨時都有完全斷裂的可能,存在嚴重的設(shè)備隱患和安全隱患。
表1 氣沖主機沖擊頻次
表2 機架裂紋統(tǒng)計表
靜壓造型方式集高壓造型、氣沖造型之優(yōu)點,能夠很好地滿足產(chǎn)品的工藝要求,鑄件表面尺寸精度高,拔模斜度小。
對氣沖造型線實施改造過程中,原布線方式不變,電氣系統(tǒng)控制方式不變,保留原造型線輔機,采用靜壓造型方式取代原有的氣沖造型方式,使得作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境大大改善。
選用了目前成熟、可靠、先進的氣流預緊實加多觸頭壓實的造型方式,在原有主機的位置上,重新制作設(shè)備基礎(chǔ),安裝靜壓造型主機,配套必需的輔助設(shè)備。重新設(shè)計、制造全部砂箱。平面布置見圖1。
砂箱尺寸:內(nèi)壁 1850×850×300/300(mm)(上/下)(砂箱寬度加寬50mm)
造型線節(jié)拍:48s
造型線生產(chǎn)率:75整型/h
造型成型率:≥99%
鑄型緊實度(C型硬度計):
分型面≥65
垂直型面≥50
造型機工作噪音:≤85db
(1)造型的方式由氣沖改為靜壓(氣流預緊實+壓實)。
(2)用兩個月的時間完成全部改造任務(wù)(包括拆除、土建、鋼構(gòu)施工、設(shè)備安裝、調(diào)試)。
(3)新的造型主機要適應(yīng)原有空間位置,要與原有輔機相匹配組成新的造型線,原有的輔機要針對新的造型要求做適當?shù)募夹g(shù)改造。
(4)新增設(shè)備配置獨立的油泵站供油系統(tǒng)。
(5)依據(jù)靜壓工藝要求配置鉆氣孔機、銑澆口機,并且要適應(yīng)比較狹窄的安裝空間。
(6)滿足模板快速更換,增加快換模板裝置。
(7)靜壓主機設(shè)備及配套設(shè)備選用進口設(shè)備,選用進口液壓站并獨立配置。
(8)在原有輔機不變的情況下,將砂箱內(nèi)腔寬度尺寸增加50mm。可以使改造后的造型線增加對產(chǎn)品的適應(yīng)性(能夠生產(chǎn)更大的鑄件)。新的砂箱尺寸為 1850×850×300/300(mm),能適應(yīng)靜壓工藝要求和已有的輔機的要求。
(9)靜壓主機及配套部分的電氣控制系統(tǒng)要和原造型線控制系統(tǒng)成為一體。
(10)將原氣沖造型自動線上使用的100多套模板開發(fā)改造,繼續(xù)使用在靜壓造型主機上。
(11)要求主機采用余度設(shè)計,能夠根據(jù)需要,保證在壓實后上箱砂胎可以高出砂箱50mm,實現(xiàn)在不增加砂箱高度的情況下,可以生產(chǎn)更高的鑄件。
(12)采用新的砂箱鎖緊方式,由原來的對角鎖緊改為現(xiàn)在的側(cè)面4點鎖緊,鎖緊后砂箱的受力更加合理,可以有效地提高砂箱的可靠性,防止砂箱澆注后產(chǎn)生變形。
(13)針對鎖緊鉤的變化,對原分箱機的開鉤機構(gòu)和機械手進行相應(yīng)的改造,同時對合箱機的鎖緊機構(gòu)及機械手做相應(yīng)的改造,增加相應(yīng)的控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。
靜壓造型原理(圖2)。砂箱依照重力加砂,再采用壓力為 (5~6)×105Pa的壓縮空氣在0.2s的時間內(nèi)穿過型砂,通過模板排氣塞排出,以實現(xiàn)對砂型的氣流預緊實并達到一定的初始緊實度,再用主動式多觸頭對砂型進行壓實。尺寸較小(125mm×125mm)、數(shù)量較多(78個)的液壓多觸頭可根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀,使砂型緊實率均勻。氣流預緊實次數(shù)、壓實比壓在20~145N/cm2范圍內(nèi)可按需要靈活調(diào)整。
為了保證靜壓主機及其配套設(shè)備順利達到設(shè)計工作指標,不受原液壓系統(tǒng)的干擾,特別配置了獨立的油泵站。新的液壓系統(tǒng)采用油溫自動控制技術(shù),在-2~48℃條件下,溫控裝置保證液壓油達到正常工作溫度,冷卻器系統(tǒng)保證夏季冷卻水溫度在35℃下連續(xù)工作時,油溫不應(yīng)超過55℃;配置自動循環(huán)過濾和回油過濾裝置,過濾后的油液達到納氏7級16/13(ISO DIS 4406)以上。液壓元器件選用德國力士樂公司的產(chǎn)品,并且配備一套備用泵系統(tǒng)。油泵站到液壓閥組之間裝有截止閥,以方便檢修。具有油液污染堵塞、油溫、壓力不足報警或顯示。
配置獨立鉆氣孔機兩臺,鉆、銑組合(澆口機)一臺。根據(jù)工藝要求,可以在模板的任何部位鉆出通氣孔,程序可以根據(jù)氣孔所在的位置,自動對三個鉆針進行分工,優(yōu)化鉆針運行路線,以最短的路徑,最快的時間完成鉆氣孔工作,在一個48s的節(jié)拍內(nèi),可完成直徑在14 mm、數(shù)量不少于30個的通氣孔。
銑澆口最大有效行程為200mm(0~200mm間可調(diào)),定位精度為±0.5mm。可根據(jù)需要銑制出不同形狀的澆口杯。
由于安裝鉆氣孔機、銑澆口機位置不足,原氣沖線輔機空車線的緩沖油缸系統(tǒng)需重新設(shè)計移位安裝,為鉆氣孔機、銑澆口機讓出位置。
根據(jù)造型線模板品種多,更換模板頻繁的特點(每班需換模板3次以上),為減少更換模板時間,提高生產(chǎn)率,增加了變頻控制快換模板裝置(圖4),在造型節(jié)拍內(nèi)可完成模板的自動更換。模板參數(shù)記憶和自動調(diào)用系統(tǒng)并入造型主機系統(tǒng)中,并與全線聯(lián)鎖控制。
原氣沖造型線有100多套老模板是現(xiàn)生產(chǎn)中仍在使用的,如果全部重新制造,一是周期太長,二是投資太大。經(jīng)對原模板的結(jié)構(gòu)進行分析,決定對原模板加工改造,使其能夠在靜壓主機上繼續(xù)使用。
在原模板面上加工出密封條的嵌入槽,安裝長、短密封金屬壓條,金屬壓條采用(45#)鋼。在金屬壓條上再嵌入聚氨酯密封條(2根1895mm×31mm×8mm;2根 886mm×31mm×8mm)。安裝 ?30mm 的銅質(zhì)排氣塞,對于因模型或澆注系統(tǒng)干涉的部分,在X軸坐標不變的條件下調(diào)整Y坐標安裝,保證排氣量;其余的排氣塞適當增加,以保證總排氣量達到1%~2%砂箱內(nèi)總平面積的設(shè)計要求。將上模板的通氣針頂部全部按照分型面起截短,保留260mm。
砂箱尺寸為 1850mm×850mm×300/300mm,砂箱內(nèi)腔加寬50mm,以適應(yīng)靜壓工藝要求和原有的輔機的要求,增加了對產(chǎn)品的適應(yīng)性。同時對砂箱的結(jié)構(gòu)進行了改進,增加了定位孔及松卡裝置。
在砂箱1850mm長邊的側(cè)面設(shè)計定位孔,保證砂箱在造型主機和鉆氣孔機、銑澆口機處準確定位;為了防止砂型出現(xiàn)跑火、抬箱,在砂箱1850mm長面設(shè)計鎖緊機構(gòu)。針對砂箱結(jié)構(gòu)的改變,對合箱機、分箱機作相應(yīng)的改造,各增加一套松卡裝置。
(1)自動檢測砂箱粘鐵技術(shù)。在主機造型之前,砂箱在滾道上運行時,上下面的澆注殘鐵被殘鐵清理機構(gòu)鏟掉,以防止造型時損壞模板和預填框的密封條。采用自動檢測砂箱粘鐵技術(shù),檢測開關(guān)可預先檢測砂箱表面、側(cè)面是否有殘鐵。當有殘鐵清除不掉時,檢測開關(guān)動作,主機前面板上的指示燈就會閃亮、喇叭報警,提醒操作者處理,同時造型推送線停止推送。此時,操作者可視情況立即清理殘鐵或選擇將此箱空推,處理完后,在主機前面板上按一下復位按鈕,造型推送線繼續(xù)工作。
(2)利用原有的清掃機機架,增加內(nèi)壁清掃裝置,新型的內(nèi)壁清掃裝置采用雙導桿機構(gòu),增加了清掃機動作的穩(wěn)定性和運行精度,同時在砂箱導軌上設(shè)置插銷缸定位機構(gòu),使得清掃機的工作更加平穩(wěn)、可靠。
(3)采用了伺服控制+磁感應(yīng)位移控制技術(shù)。造型主機的升降及模板更換升降的控制采用了液壓伺服控制+磁感應(yīng)位移控制技術(shù)。
(4)優(yōu)化輔機控制程序,縮短自動線的運行節(jié)拍。重新編制全線輔機的控制程序,優(yōu)化各分機的動作時序,使整個自動線控制時序達到最優(yōu)。投產(chǎn)后的自動線節(jié)拍能夠穩(wěn)定達到48s。比如通過改造空車線的緩沖裝置,消除了以往等空車線運行的瓶頸;通過對2條冷卻線的推送裝置改造并增加檢測開關(guān),使推送返回的過渡小車提前返回至澆注線,徹底解決了以往等澆注線運行的現(xiàn)象。
(5)加砂斗重量采用定量控制技術(shù),型砂的重量可在OP面板或監(jiān)控計算機上根據(jù)需要設(shè)定。
(6)模板參數(shù)記憶和自動調(diào)用技術(shù)。模板參數(shù)預先儲存,現(xiàn)場自動調(diào)用。通過西門子WINCC組態(tài)軟件,利用其數(shù)據(jù)庫功能,開發(fā)模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。將模板一一編號,根據(jù)工藝要求,預先將有關(guān)的模板參數(shù)(如鉆通氣孔的位置、型砂定量、上下型的壓實比壓、模板溫度等等)存儲在WINCC的數(shù)據(jù)庫中。生產(chǎn)時,根據(jù)需要可調(diào)出相應(yīng)模板的全部參數(shù)并可實時修改、校對等。
(7)靜壓主機及配套部分的電氣控制系統(tǒng)。電控系統(tǒng)為二級控制,上位機用西門子計算機,下位機采用西門子PLC S7型可編程序控制器,配西門子WINCC7.0作為監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。計算機可監(jiān)控全線運行情況,具有故障診斷、顯示分析和存儲以及機器和工藝參數(shù)的設(shè)定、存儲、打印等功能。
新老設(shè)備供電系統(tǒng)獨立。改造時,為靜壓主機等新設(shè)備新配置了一路供電系統(tǒng)。這樣,很方便故障查找及維修。
(8)冷卻水系統(tǒng)改造。原造型線液壓系統(tǒng)冷卻能力不足,導致每年都要消耗大量的自來水用于液壓站的冷卻。此次改造,充分利用車間閑置的原電弧爐的冷卻站房和大容量水池,配置以水泵、管道、冷卻塔,建成了一個完整的循環(huán)水冷卻系統(tǒng),實現(xiàn)了對原造型線液壓站和靜壓主機液壓站的同時冷卻,經(jīng)7、8月高溫期檢驗,冷卻效果良好,液壓站的油溫未超過50℃。
(1)精心策劃確保質(zhì)量和工期 。制定詳盡的網(wǎng)絡(luò)計劃對各環(huán)節(jié)進行監(jiān)控,對重點環(huán)節(jié)重點監(jiān)控,對延期的節(jié)點及時分析、補救,使得整個工程的進度有序推進。充分與供應(yīng)商溝通和聯(lián)系,把不可預知的因素降到最少。
(2)集中技術(shù)人員反復會審設(shè)計方案,及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。特別是新舊設(shè)備銜接部位、反復發(fā)生的問題。例如對編碼器鏈條磨損后出現(xiàn)機械手定位不準的問題,改為無接觸不磨損的磁感應(yīng)位移傳感器;工作臺導向桿楔鐵槽進砂卡死的問題,采用增加人字形擋砂板形成密封的小環(huán)境防止進砂;定量砂斗內(nèi)防粘砂搪瓷磨損后不易維修恢復的問題,采用防粘砂效果更好的特氟龍襯砌,且可以更換;合箱后不能打開檢查擦砂的問題,通過重新設(shè)計合箱機撥爪的形狀和程序,合箱后手動反向撥動箱鉤,油缸升起等動作來實現(xiàn)。
(3)砂箱樣品經(jīng)過在線通過性測試,及時發(fā)現(xiàn)問題,避免重大的返工和經(jīng)濟損失。對大批量模塊化生產(chǎn)的砂箱、小車、模板、模板框尤為重要。
(4)配備熟悉現(xiàn)場、經(jīng)驗豐富、責任心強的技術(shù)人員,全力技術(shù)配合,監(jiān)控施工過程,發(fā)現(xiàn)問題立即處理,提高施工效率。為此項目組配備了機械液壓、電氣、供電、公用動力、暖通、土建、安全、工藝工裝等方面的專門技術(shù)人員,分工負責。
(5)土建施工和安裝期間的全部工作量分解到每一天,按天考核監(jiān)控。即不但要控制結(jié)果還要控制過程,用過程保證結(jié)果。
氣沖造型線靜壓技術(shù)改造項目完成后,經(jīng)一年設(shè)備穩(wěn)定運行統(tǒng)計,全部達到設(shè)計技術(shù)指標。
造型成型率:99%
砂型硬度:65~67
主機半型造型時間:15s
造型線節(jié)拍:48s/整型
設(shè)備開動率:98%
在原有輔機不變的情況下,將砂箱內(nèi)腔尺寸加寬50mm,拓寬了生產(chǎn)品種,整型重增加,生產(chǎn)效率提高。
對原氣沖造型線上使用的舊模板進行開發(fā)改造,使用在靜壓造型主機上;減少了投資,縮短了生產(chǎn)準備時間。
在加砂框內(nèi)襯砌可更換的防粘砂特氟龍材料,解決了以往采用固定涂層,磨損后不可修復的問題。
在每個觸頭安裝位置檢測開關(guān)(圖6),確保每個觸頭可靠返回信息被系統(tǒng)讀取,防止了移動壓頭誤動作。
將靜壓造型主機應(yīng)用在氣沖造型線上,在技術(shù)上是完全可行的;盡可能留用原有資源,可以大幅度減少項目投資;改造周期短,有利于鑄件正常供貨和客戶群的穩(wěn)定。
An Air Im pact M olding Line Rebuilt by Static Pressure Technology
MA HuaiSheng,HOU LiChun,WU Yan
(The 2nd Foundry Dongfeng Automotive Corporation,Shiyan,Hubei China)
An air impact molding line has been rebuilt with a static pressure molding machine to replace the original air impact molding machine as follows:technology design,equipment selection,system supporting,the old and new co-ordination combination docking,the entire line performance optimization with old and new tooling share and auxiliary adaptive transformation.
Air impact molding machine;Static pressure molding machine;Equipment selection;Technological rebuilding
TG242;
A;
1006-9658(2012)03-0010-5
2012-02-10
稿件編號:1202-017
馬懷生(1957-),男,高級工程師,主要從事鑄造工廠技術(shù)改造、規(guī)劃發(fā)展