李志宏

（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

V 法造型又稱真空密封造型，是采用干砂作造型材料，利用塑料薄膜覆膜造型并密封砂箱，依靠真空泵抽出型內(nèi)空氣，造成型內(nèi)箱外壓力差，使干砂緊實(shí)，以形成所需型腔的一種造型方法[1]。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)鑄造工廠的V 法生產(chǎn)線大部分采用雙穿梭振動(dòng)小車式或轉(zhuǎn)盤式造型設(shè)備，造型后的翻箱、合箱、開箱多采用人工來(lái)完成，澆注也是擺地?cái)偡绞饺斯沧?，生產(chǎn)線自動(dòng)化水平低，裝備比較落后，效率低，工人工作環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度高。2005 年，天瑞集團(tuán)從德國(guó)HWS 引進(jìn)一條用于生產(chǎn)火車搖枕、側(cè)架的自動(dòng)V 法生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的造型、起模、翻箱、下芯、合箱、澆注、冷卻及開箱全部在自動(dòng)線上完成。自此后，造型圈式自動(dòng)V 法生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)有了較快的發(fā)展。

V 法生產(chǎn)線的布置要充分考慮車間物流的合理性、經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)特點(diǎn)與車間總體工藝布局及公用系統(tǒng)等配套相銜接。本文主要介紹一種全新的上下砂箱分開造型的雙造型圈式V法自動(dòng)生產(chǎn)線的布置、工藝流程、生產(chǎn)線主要設(shè)備及特點(diǎn)，在該生產(chǎn)線中，模型覆膜、噴涂料、烘干、放空箱、造型、起模、翻箱、下芯、合箱、澆注、冷卻、開箱、回空箱等工序均在生產(chǎn)線內(nèi)自動(dòng)完成。

1 V 法生產(chǎn)線主要工藝參數(shù)

鑄件材質(zhì)為HT150-250，造型用型砂粒度為70 目～140 目。砂箱內(nèi)腔尺寸：2 100×1 650×450（上箱）/650（下箱）mm；生產(chǎn)率≥10 型/小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)單副模型生產(chǎn)，也可以多副模型生產(chǎn)。澆注方式為半自動(dòng)澆注機(jī)在線澆注，澆注時(shí)間≤2 min，鑄件保壓時(shí)間≥2.5 h，在線冷卻時(shí)長(zhǎng)≥5 h，砂處理能力為60 t/h，出砂溫度≤55 ℃，砂箱用自動(dòng)勾鎖箱，模具自動(dòng)更換。

2 V 法生產(chǎn)線工藝布置

該V 法自動(dòng)生產(chǎn)線主要由下箱造型圈、上箱造型圈、下芯線、澆注線、冷卻線、開箱冷卻線、空砂箱返回線、開箱機(jī)械手、砂處理系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等設(shè)備組成。

V 法自動(dòng)生產(chǎn)線的平面布置如圖1 所示。

3 V 法造型生產(chǎn)線工藝流程

3.1 造型系統(tǒng)

下箱造型圈：下箱模型上自動(dòng)覆膜（模型抽真空）→噴涂料→涂料烘干→下箱模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（1）轉(zhuǎn)運(yùn)模型至放空砂箱工位→下箱空箱機(jī)械手從回空箱輥道取下箱翻轉(zhuǎn)180°后放至模型上→至加砂工位加砂震實(shí)→至覆背膜工位自動(dòng)刮平背砂、覆背膜（砂箱抽真空，模型真空斷）→至下箱模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（2），下箱起模機(jī)械手自動(dòng)起模，砂箱翻轉(zhuǎn)180°后放至下芯線的底板小車上下芯→起模后的模型由下箱模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（2）轉(zhuǎn)運(yùn)至覆膜工位開始下一工作循環(huán)。

上箱造型圈：上箱模型上自動(dòng)覆膜（模型抽真空）→放置澆冒口、檢查修補(bǔ)覆膜→噴涂料→涂料烘干→上箱模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（1）轉(zhuǎn)運(yùn)模型至放空砂箱工位→上箱空箱機(jī)械手從回空箱輥道取上箱后放至模型上→至加砂工位加砂震實(shí)→至覆背膜工位刮平背砂、覆背膜及取澆冒口（砂箱抽真空，模型真空斷）→至上箱模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（2），上箱起模機(jī)械手自動(dòng)起?！斯z查修型或下芯→上箱起模機(jī)械手至下芯線與下芯后的下箱合箱→起模后的模型由上箱模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（2）轉(zhuǎn)運(yùn)至覆膜工位開始下一工作循環(huán)。

3.2 鑄型轉(zhuǎn)運(yùn)及空砂箱返回系統(tǒng)

下芯線合箱后的上下箱經(jīng)帶真空的下芯轉(zhuǎn)運(yùn)車轉(zhuǎn)運(yùn)至澆注線等待澆注機(jī)澆注，澆注線共兩條，交替工作→澆注后的鑄型由帶真空的端部轉(zhuǎn)運(yùn)車轉(zhuǎn)運(yùn)至冷卻線→再經(jīng)冷卻線轉(zhuǎn)運(yùn)車轉(zhuǎn)運(yùn)至開箱冷卻線（不帶真空）→經(jīng)開箱轉(zhuǎn)運(yùn)車轉(zhuǎn)運(yùn)鑄型至開箱機(jī)械手處→開箱機(jī)械手從開箱轉(zhuǎn)運(yùn)車上提起整付鑄型至落砂工位落砂（開箱機(jī)械手提起整付鑄型后，開箱轉(zhuǎn)運(yùn)車再轉(zhuǎn)運(yùn)砂箱底板小車至下芯段）→鑄件落在格柵上，取鑄件機(jī)械手從格柵上取鑄件后放至鑄件冷卻線過(guò)跨車上的鑄件托盤上，再自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至鑄件冷卻區(qū)冷卻→落砂后的空砂箱由開箱機(jī)械手將上、下箱分別放至回空箱輥道上并自動(dòng)輸送至上、下箱造型圈處開始下一循環(huán)。

3.3 砂處理系統(tǒng)

開箱后砂子由集砂斗收集至螺旋給料機(jī)→振動(dòng)輸送篩→沸騰冷卻床→提升機(jī)→螺旋給料機(jī)→中間砂斗→提升機(jī)→皮帶給料機(jī)→造型砂斗。

造型圈散落砂由散落砂皮帶輸送至振動(dòng)篩，再進(jìn)入沸騰冷卻床。

4 V 法造型生產(chǎn)線主要設(shè)備

4.1 造型圈設(shè)備

造型圈由上箱造型圈和下箱造型圈組成。每個(gè)造型圈均由換模型輥道、覆膜段及真空轉(zhuǎn)接裝置、覆膜機(jī)構(gòu)、噴涂及涂料烘干裝置、模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（1）、空箱機(jī)械手、加砂段及真空轉(zhuǎn)接裝置、造型砂斗、雨淋加砂裝置、振實(shí)臺(tái)、覆背膜裝置、起模機(jī)械手、模型轉(zhuǎn)運(yùn)車（2）等組成。上、下箱造型圈的布置圖如圖2 所示。

圖2 上、下箱造型圈布置圖

4.1.1 覆膜段及真空轉(zhuǎn)接裝置

覆膜段及真空轉(zhuǎn)接裝置由三段機(jī)動(dòng)輥道和真空轉(zhuǎn)接裝置組成。三段機(jī)動(dòng)輥道分別對(duì)應(yīng)于覆膜工位、噴涂工位、烘干工位，每段輥道由一臺(tái)1.5 kW電機(jī)減速機(jī)通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)，輥道的輸送速度約為18.4 m/min，變頻調(diào)速；輥輪直徑為φ150 mm.

真空轉(zhuǎn)接裝置由固定真空裝置和隨動(dòng)真空裝置組成，分別用于在模型停止和運(yùn)行時(shí)的真空切換。隨動(dòng)真空裝置由電機(jī)減速機(jī)通過(guò)齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，模型在輥道上開始運(yùn)行時(shí)，隨動(dòng)真空裝置上的真空閥與模型對(duì)接并打開真空，通過(guò)同步機(jī)構(gòu)與模型同步運(yùn)行，確保真空對(duì)接的可靠性。模型到位后，固定真空裝置上的真空閥開啟，隨動(dòng)真空裝置上的真空閥關(guān)閉并返回原位等待下一工作循環(huán)。

4.1.2 覆膜裝置

覆膜裝置由展膜臺(tái)、覆膜小車、液壓缸推動(dòng)的帶導(dǎo)向的覆膜架、裝于移動(dòng)小車上的薄膜加熱裝置，焊接的鋼結(jié)構(gòu)件等組成。

覆膜裝置吸膜框真空吸膜、加熱絲切膜、薄膜加熱、覆膜等動(dòng)作均自動(dòng)完成。

薄膜加熱采用石英電加熱管，加熱功率：70 kW.

覆膜框升降行程：上箱850 mm；下箱1 050 mm.

4.1.3 噴涂及涂料烘干裝置

為了保證現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，在噴涂工位設(shè)置有噴涂室，覆膜后的模型運(yùn)行至噴涂室后開始噴涂料，噴涂室?guī)в谐轱L(fēng)口，在噴涂室的進(jìn)出口設(shè)置有升降門，避免涂料外溢。

涂料烘干裝置設(shè)有供氣和排氣管道，由涂料烘干罩、空氣加熱裝置、風(fēng)機(jī)、供排氣管道等組成。涂料烘干罩通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)可上下移動(dòng)封閉模型，利用風(fēng)機(jī)將加熱的空氣吹向模型表面，實(shí)現(xiàn)模型表面涂料快速烘干，減少熱量損失，提高烘干效率。

4.1.4 空箱機(jī)械手

空箱機(jī)械手用于自動(dòng)提起回空箱輥道上的空砂箱并放到涂料烘干后的模型上。空箱機(jī)械手由H型鋼做成的機(jī)架、移動(dòng)小車、帶擺臂開合的抱箱機(jī)械手、升降導(dǎo)桿系統(tǒng)等組成。

移動(dòng)小車采用減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)行走車輪模式，導(dǎo)向輪導(dǎo)向，行走速度變頻控制。

帶擺臂開合的抱箱機(jī)械手升降采用液壓驅(qū)動(dòng)，比例閥控制，可實(shí)現(xiàn)慢—快—慢功能；兩個(gè)擺臂的開合采用油缸驅(qū)動(dòng)；砂箱的翻轉(zhuǎn)采用液壓齒條缸驅(qū)動(dòng)，比例閥控制，速度無(wú)級(jí)可調(diào)。

升降導(dǎo)桿系統(tǒng)采用耐磨環(huán)導(dǎo)向，設(shè)有斯特封和防塵圈密封；導(dǎo)向桿整體調(diào)質(zhì)，表面鍍硬鉻，耐磨可靠。

4.1.5 加砂段及真空轉(zhuǎn)接裝置

加砂段及真空轉(zhuǎn)接裝置由三段機(jī)動(dòng)輥道和真空轉(zhuǎn)接裝置組成。三段機(jī)動(dòng)輥道分別對(duì)應(yīng)于放空箱工位、加砂震實(shí)工位、覆背膜工位，每段輥道由一臺(tái)3 kW 電機(jī)減速機(jī)通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)，輥道的輸送速度約為18.4 m/min，變頻調(diào)速；輥輪直徑為φ150 mm.

真空轉(zhuǎn)接裝置由固定真空裝置和隨動(dòng)真空裝置組成，分別用于在模型停止和運(yùn)行時(shí)的真空切換。隨動(dòng)真空裝置由電機(jī)減速機(jī)通過(guò)齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，模型在輥道上開始運(yùn)行時(shí)，隨動(dòng)真空裝置上的真空閥與模型對(duì)接并打開，通過(guò)同步機(jī)構(gòu)與模型同步運(yùn)行，確保真空對(duì)接的可靠性。模型到位后，固定真空裝置上的真空閥開啟，隨動(dòng)真空裝置上的真空閥關(guān)閉并返回原位等待下一工作循環(huán)。

4.1.6 起模機(jī)械手

起模機(jī)械手用于造型后砂箱的起模、翻轉(zhuǎn)及把砂箱運(yùn)送至下芯線放箱或合箱。起模機(jī)械手由H 型鋼做成的機(jī)架、移動(dòng)小車、帶擺臂開合的抱箱機(jī)械手、升降導(dǎo)桿系統(tǒng)等組成。

移動(dòng)小車采用減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)行走車輪模式，導(dǎo)向輪導(dǎo)向，行走速度變頻控制。

帶擺臂開合的抱箱機(jī)械手升降采用液壓驅(qū)動(dòng)，比例閥控制，可實(shí)現(xiàn)慢—快—慢功能；兩個(gè)擺臂的開合采用油缸驅(qū)動(dòng)；砂箱的翻轉(zhuǎn)采用液壓齒條缸驅(qū)動(dòng)，比例閥控制，速度無(wú)級(jí)可調(diào)。

升降導(dǎo)桿系統(tǒng)采用耐磨環(huán)導(dǎo)向，設(shè)有斯特封和防塵圈密封；導(dǎo)向桿整體調(diào)質(zhì)，表面鍍硬鉻，耐磨可靠。

4.1.7 模型轉(zhuǎn)運(yùn)車

模型轉(zhuǎn)運(yùn)車采用減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)行走車輪及導(dǎo)向輪導(dǎo)向模式，行走速度變頻控制，確保轉(zhuǎn)運(yùn)車在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)、可靠、停位準(zhǔn)確。

轉(zhuǎn)運(yùn)車上設(shè)置有模型輸送輥道、模型定位裝置和模型抽真空裝置。

轉(zhuǎn)運(yùn)車的軌道采用24 kg 輕軌。

4.1.8 雨淋加砂裝置

雨淋加砂裝置安裝在加砂斗的下部，采用矩形鋼管焊接后加工。該裝置的功能是將型砂較均勻的加入砂箱中，雨淋加砂裝置中有兩個(gè)活動(dòng)插板，各由一只油缸帶動(dòng)其往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到控制加砂的目的。雨淋加砂裝置帶有自動(dòng)抽灰功能，避免灰塵外溢。

加砂孔直徑：65 mm；油缸行程：85 mm；加砂面積：2 100 mm×1 650 mm.

4.1.9 振實(shí)臺(tái)

整個(gè)振實(shí)臺(tái)由四只FESTO EB325-215 空氣彈簧支承，加砂前氣囊內(nèi)通入壓縮空氣，振實(shí)臺(tái)升起加砂，然后開始振動(dòng)。激震源為兩臺(tái)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)電機(jī)，激振力大小可調(diào)。根據(jù)產(chǎn)品的要求不同，振實(shí)臺(tái)震實(shí)時(shí)間及加砂時(shí)間均可調(diào)節(jié)。

4.2 鑄型推送缸及緩沖缸裝置

全線共有6 套鑄型推送缸及緩沖缸裝置。鑄型推送缸用于鑄型輸送軌道上帶砂箱的平板小車的推送，每次一個(gè)平板小車節(jié)距，推送缸采用比例閥控制，速度可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。緩沖缸主要用于鑄型輸送軌道上帶砂箱的平板小車的緩沖及緩慢停止，緩沖缸采用兩級(jí)背壓的控制模式，確保鑄型在推送過(guò)程的平穩(wěn)性，從而保證抽真空裝置的可靠性。

4.3 開箱機(jī)械手及取鑄件機(jī)械手

開箱機(jī)械手與取鑄件機(jī)械手整體封閉在開箱房?jī)?nèi)，共用一個(gè)桁架頂部的行走軌道。

開箱機(jī)械手用于從開箱轉(zhuǎn)運(yùn)車上提起整付鑄型至落砂工位落砂，再把開箱后的空砂箱上、下箱分箱后分別放至回空箱輥道上。

取鑄件機(jī)械手用于從落砂格柵上提取鑄件并放至鑄件冷卻線過(guò)跨車上的鑄件托盤上，以便自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至鑄件冷卻區(qū)冷卻。

4.4 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)采用工控機(jī)和PLC 可編程序控制器相結(jié)合，PLC 采用西門子S1500 具有安全功能的可編程控制器，采用西門子的Profinet 現(xiàn)場(chǎng)總線，構(gòu)建基于Profinet 架構(gòu)的電控系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC通過(guò)Profinet 總線模塊連接現(xiàn)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)變頻及非變頻電機(jī)、傳感器、按鈕指示燈等。

5 V 法造型生產(chǎn)線特點(diǎn)

5.1 工藝布局合理、物流順暢

生產(chǎn)線澆注區(qū)位于靠近電爐熔化區(qū)，方便鐵水從電爐到傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)；開箱區(qū)靠近鑄件冷卻清理工部，方便鑄件自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至冷卻工部。

生產(chǎn)線采用上下箱分開造型的雙造型圈“一”字型開放式布局，人工操作工位及模型更換均處于開放的環(huán)境中，砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)及人流的通道都得到了較好的保證。

5.2 綠色環(huán)保、改善工作環(huán)境

生產(chǎn)線澆注區(qū)、開箱區(qū)、模型噴涂料處采用整體封閉再除塵的方式，確保煙氣不外漏；加砂震實(shí)處及砂處理所有轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)均設(shè)置有除塵接口，在兩個(gè)造型圈加砂段下面設(shè)置有散落砂回收皮帶，改善作業(yè)環(huán)境。

所有真空泵布置在專用的真空泵房?jī)?nèi)，減少噪音污染。真空系統(tǒng)采用3 臺(tái)干式真空泵，均采用變頻控制，節(jié)能可達(dá)40%以上。

5.3 自動(dòng)化程度高、可靠性高

1）采用上下箱分開造型的方式，大大提升工作效率；每個(gè)造型圈可實(shí)現(xiàn)單付或多付模型同時(shí)在線生產(chǎn)；造型圈隨動(dòng)真空裝置采用同步機(jī)構(gòu)，確保了真空轉(zhuǎn)接的可靠性。

2）可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)砂箱的鎖箱勾及解箱勾工作，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）可實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)更換模型工作，提高工作效率。

4）特殊設(shè)計(jì)的真空閥及對(duì)接裝置等確保鑄型在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中真空裝置工作的可靠性，避免砂箱由于真空缺失造成的塌箱。

5.4 智能化、網(wǎng)絡(luò)化

生產(chǎn)線上每個(gè)鑄型的產(chǎn)品信息均可得到追蹤，生產(chǎn)線與澆注機(jī)聯(lián)鎖，澆注機(jī)自動(dòng)接收每個(gè)鑄型的產(chǎn)品信息及澆注質(zhì)量，對(duì)于廢型信號(hào)，直接跳過(guò)不澆注。

生產(chǎn)線設(shè)備配有相關(guān)數(shù)據(jù)采集接口，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、工藝設(shè)定參數(shù)及運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)、產(chǎn)品信息、能源消耗信息等均可與工廠信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，滿足現(xiàn)代數(shù)字化工廠的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)由鑄造大國(guó)向鑄造強(qiáng)國(guó)的不斷轉(zhuǎn)變，以及國(guó)家鑄造產(chǎn)業(yè)政策新的要求，各V 法生產(chǎn)企業(yè)和裝備制造企業(yè)不斷地推動(dòng)鑄造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升產(chǎn)品品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)鑄造裝備核心技術(shù)的不斷升級(jí)，自動(dòng)V 法造型生產(chǎn)線設(shè)備的信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化必定是未來(lái)發(fā)展的方向，自動(dòng)V 法造型生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)一定會(huì)有較快的發(fā)展。