熔模鑄造生產(chǎn)線技術(shù)改造

熔模鑄造生產(chǎn)線技術(shù)改造

1因公利用砂箱鑄造的企業(yè)河南中原精密鑄造有限公司的現(xiàn)有鑄造模生產(chǎn)能力由三通道三通式氣壓爐、鑄造裝置、砂箱、風(fēng)動(dòng)砂箱等組成。(1）生產(chǎn)能力低，年產(chǎn)量不足1300t。主要是爐溫低，熱效率低所致。(2）耐熱鋼耗量大。砂箱和爐內(nèi)導(dǎo)軌均用耐熱鋼制成。按年產(chǎn)1300t計(jì)，每年需耗約69t耐熱鋼，價(jià)值百萬(wàn)元。(3）動(dòng)能消耗大。原線三臺(tái)煤氣爐，全年煤氣耗量達(dá)13170000m3,10臺(tái)電機(jī)總耗用功率達(dá)96.4kW。(4）鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定、廢品率高。由于模殼裝于砂箱內(nèi)，并填入砂子，造成殼溫冷卻不均，上下溫差較大，不能滿(mǎn)足澆注工藝要求，經(jīng)常出現(xiàn)裂紋、冷隔、澆不足、鐵豆等鑄造缺陷。另外，由于砂箱在爐內(nèi)運(yùn)行不穩(wěn)、模殼互相摩擦碰撞破裂，經(jīng)常引起跑火。(5）勞動(dòng)強(qiáng)度大、溫度高、粉塵大，工人作業(yè)條件差。為解決以上問(wèn)題，對(duì)原生產(chǎn)線進(jìn)行了徹底地技術(shù)改造，成功設(shè)計(jì)并建成了一條新型熔模澆注生產(chǎn)線。2新型鑄造工藝的介紹和特點(diǎn)2.1取代耐熱鋼砂箱的焙燒小品圖1為新生產(chǎn)線示意圖。它由貫穿全線的鑄工輸送器，一臺(tái)長(zhǎng)15.6m貫通側(cè)燃式新型工業(yè)用爐———焙燒爐，擋車(chē)機(jī)構(gòu)，磁盤(pán)落件機(jī)，加砂斗，焙燒小車(chē)等主要機(jī)構(gòu)組成。新生產(chǎn)線的工藝流程：鑄工輸送器在驅(qū)動(dòng)站驅(qū)動(dòng)下，以速度4m/min順時(shí)針斷續(xù)運(yùn)行。在其小車(chē)臺(tái)面板上置有焙燒小車(chē)。當(dāng)焙燒小車(chē)運(yùn)行至加砂斗下方時(shí)，向焙燒小車(chē)的托盤(pán)上加砂→把模殼放在焙燒小車(chē)托盤(pán)上→進(jìn)爐焙燒→澆注→冷卻→磁盤(pán)落件，完成一次循環(huán)。2.2新生產(chǎn)線特點(diǎn)如圖2所示，取代耐熱鋼砂箱的焙燒小車(chē)，其外形尺寸長(zhǎng)、寬、高為1080mm×600mm×720mm。車(chē)上部的焙燒框由高溫鑄鐵制成的托盤(pán)，四周砌上標(biāo)準(zhǔn)耐火磚組成。在托盤(pán)和四周耐火磚構(gòu)成的長(zhǎng)方形槽中，底部鋪一層輕質(zhì)耐火磚，再覆蓋60～80mm厚的1號(hào)石英砂，其上可裝25組模殼。焙燒框代替了砂箱，這種設(shè)計(jì)取消了耐熱鋼。此外，小車(chē)臺(tái)板前端設(shè)計(jì)成長(zhǎng)條圓形凸塊、后端為長(zhǎng)條圓形凹槽。當(dāng)焙燒小車(chē)進(jìn)入爐內(nèi)，相鄰小車(chē)應(yīng)首尾相接，此設(shè)計(jì)可保證車(chē)與車(chē)之間在臺(tái)板處不出現(xiàn)縫隙，防止火焰竄入車(chē)子下部燒壞軸承等部件。焙燒小車(chē)的運(yùn)行由鑄工輸送器拖動(dòng)。在鑄工輸送器小車(chē)臺(tái)面板上設(shè)計(jì)有軌道，焙燒小車(chē)輪子位于此軌道上，一般隨鑄工輸送器一同運(yùn)行。當(dāng)焙燒小車(chē)需在指定位置停止時(shí)，由擋車(chē)機(jī)構(gòu)擋住小車(chē)，使焙燒小車(chē)停止運(yùn)行。此時(shí)，鑄工輸送器與焙燒小車(chē)輪子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。焙燒爐為能使焙燒小車(chē)穿爐通過(guò)，由原來(lái)封底式設(shè)計(jì)成敞底式（圖3）。它具有爐膛緊湊、橫截面小、無(wú)耐熱鋼、爐溫高（可達(dá)1030℃）、燃燒充分、火焰均勻、直接噴燒、熱效率高、焙燒質(zhì)量高、周期短（80～120min）等特點(diǎn)。滿(mǎn)足了中、小熔模鑄件和高殼溫澆注鑄件的工藝要求。特別是能做到澆注時(shí)殼溫不低于650℃，模殼上下溫差不超過(guò)100℃的熔模鑄造工藝條件。提高了模殼尺寸穩(wěn)定性和生產(chǎn)薄壁鑄件的可能性。磁盤(pán)落件機(jī)取代落砂，效果良好。此外，全線機(jī)械動(dòng)作通過(guò)控制室集中控制，也可各工序單獨(dú)操作，機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高。3新生產(chǎn)線的機(jī)械工程設(shè)計(jì)3.1牽引鏈條小時(shí)長(zhǎng)輸送器馱載焙燒小車(chē)如圖4所示。鑄工輸送器采用雙輪閉式鑄工輸送器，全線展開(kāi)長(zhǎng)度151.2m，兩端轉(zhuǎn)彎半徑2.3m，轉(zhuǎn)彎角度180°，運(yùn)行速度v=4m/min，每小時(shí)小車(chē)節(jié)數(shù)=200。全線共有126節(jié)輸送小車(chē)。小車(chē)臺(tái)面寬度B=520mm，臺(tái)面長(zhǎng)度A（=節(jié)距T）=1200mm，牽引鏈條節(jié)距t=1200mm，牽引鏈條最大許用拉力F=2500kg。車(chē)輪軌道為11#號(hào)輕軌，軌距b=400mm。3.1.1涉和焙燒小品設(shè)計(jì)由于焙燒小車(chē)位于輸送小車(chē)臺(tái)面板上，且需具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故在輸送小車(chē)臺(tái)面板上需安裝軌道，如圖5所示。為防止轉(zhuǎn)彎時(shí)相鄰兩軌道互相干涉和減輕焙燒小車(chē)運(yùn)行到軌道對(duì)接處時(shí)的振動(dòng)，使其運(yùn)行平穩(wěn)，相鄰兩軌道處設(shè)計(jì)成30°傾斜角，并留有2～4mm的間隙。焙燒小車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，為防止翻車(chē)，每臺(tái)焙燒小車(chē)必須位于一節(jié)輸送小車(chē)臺(tái)面板上，間隔運(yùn)行，而不能跨在兩節(jié)輸送小車(chē)臺(tái)面板上。因此，在輸送軌道進(jìn)入轉(zhuǎn)彎處，利用輸送小車(chē)行走輪觸及擋車(chē)機(jī)構(gòu)信號(hào)開(kāi)關(guān)，使擋車(chē)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，將焙燒小車(chē)分隔在每一節(jié)輸送小車(chē)臺(tái)面板上，形成一個(gè)自動(dòng)定位系統(tǒng)。3.1.2鑄工輸送器最不利工作條件調(diào)查設(shè)計(jì)采用加大阻力系數(shù)的方法計(jì)入焙燒小車(chē)產(chǎn)生的摩擦阻力和慣性沖擊力的影響。圖6為生產(chǎn)線張力計(jì)算簡(jiǎn)圖。圖中：l1=20m,l2=23.4m,l3=68.4m,l4=5m,l5=18m,l6=2m，彎道長(zhǎng)lW=7.2m。設(shè)：鑄工輸送器單節(jié)小車(chē)重G0=250kg，焙燒小車(chē)單車(chē)重G1=350kg，單車(chē)模殼重G2=80kg，單車(chē)鑄件組重G3=150kg，轉(zhuǎn)彎段鑄工輸送器導(dǎo)輪阻力系數(shù)K=1.15，轉(zhuǎn)彎段運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)f′=0.2，直線段運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)f=0.02。鑄工輸送器最不利工作條件為：全線按40輛焙燒小車(chē)計(jì)，分布情況取7—0段n0=1,0—1段n1=8,1—2段n2=10,3—4段n3=18,5—6段n5=2,6—7段n6=1。除7—0段外，其余各段焙燒小車(chē)與輸送小車(chē)臺(tái)面板上導(dǎo)軌均有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。0點(diǎn)張力S0=G0l6f/T+2G1f=22.3kg1點(diǎn)張力S1=S0+G0l1f/T+2n1(G1+G2)f=243.3kg2點(diǎn)張力S2=S1+G0l2f/T+2n2(G1+G2)f=512.8kg3點(diǎn)張力S3=S2K+G0lWf′/T=889.7kg4點(diǎn)張力S4=S3+G0l3f/T+2n3(G1+G2+G3)f=1592.3kg5點(diǎn)張力S5=S4K+G0lWf′/T=2131.2kg6點(diǎn)張力S6=S5+G0l4f/T+2n5(G1+G2+G3)f=2198.4kg7點(diǎn)張力S7=S6+G0l5f/T+2n6G1f=2280.4kg（即4行鏈條張力）傳動(dòng)裝置牽引力F=S7=2280.4kg（<牽引鏈條最大許用拉力F=2500kg)電動(dòng)機(jī)功率N=FVK/（60×102η）=2.56kW，取N=3kW。式中：鑄工輸送器運(yùn)行速度v=4m/min，安全系數(shù)K=1.2，傳動(dòng)裝置效率η=0.7。3.2支撐系統(tǒng)3.2.1擋車(chē)機(jī)構(gòu)分隔擋車(chē)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)氣缸、擋頭和支架等組成（圖7）。其作用是控制焙燒小車(chē)停止或隨鑄工輸送器一同運(yùn)行。當(dāng)氣缸上腔無(wú)壓力空氣時(shí)，在彈簧力的作用下，擋頭向下阻擋焙燒小車(chē)運(yùn)行。此時(shí)，焙燒小車(chē)車(chē)輪與鑄工輸送器輸送小車(chē)臺(tái)面板上導(dǎo)軌相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制電磁氣閥使氣缸上腔進(jìn)入壓力空氣時(shí)，氣缸活塞向下運(yùn)動(dòng)，使擋頭抬起，焙燒小車(chē)隨鑄工輸送器一同運(yùn)行。全線共設(shè)八個(gè)擋車(chē)點(diǎn)，如圖1所示，即爐子前后面兩點(diǎn)、澆臺(tái)三點(diǎn)、冷卻段末端轉(zhuǎn)彎處一點(diǎn)、磁盤(pán)落件和加砂處各—點(diǎn)。其中，處于轉(zhuǎn)彎處的2#和6#點(diǎn)擋車(chē)機(jī)構(gòu)兼有分隔焙燒小車(chē)的作用，將焙燒小車(chē)分隔在每一節(jié)輸送小車(chē)臺(tái)面板上，保證焙燒小車(chē)正常轉(zhuǎn)彎。2#和6#點(diǎn)擋車(chē)機(jī)構(gòu)分隔焙燒小車(chē)時(shí)，利用輸送小車(chē)行走輪觸及信號(hào)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)控制擋車(chē)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分隔動(dòng)作。分隔過(guò)程如下。(1）在擋車(chē)機(jī)構(gòu)阻擋有焙燒小車(chē)的情況下，當(dāng)輸送小車(chē)行走輪觸及信號(hào)開(kāi)關(guān)時(shí)，電磁氣閥控制氣缸上腔進(jìn)入壓力空氣，擋車(chē)機(jī)構(gòu)的擋頭抬起，第一臺(tái)焙燒小車(chē)放行。(2）行走輪離開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān)時(shí)，氣缸上腔泄氣，在彈簧的作用下，擋頭壓在焙燒小車(chē)臺(tái)面上。(3）隨著輸送機(jī)和焙燒小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擋頭進(jìn)入兩臺(tái)焙燒小車(chē)間的分隔槽時(shí)，擋頭又自動(dòng)阻止第二臺(tái)小車(chē)運(yùn)行，兩車(chē)被分隔。當(dāng)輸送小車(chē)行走輪再一次觸及信號(hào)開(kāi)關(guān)時(shí)，重復(fù)第（1）步。3.2.2加速度a計(jì)算按一次擋住n=15輛焙燒小車(chē)計(jì)算。擋車(chē)力F由車(chē)輪與軌道運(yùn)動(dòng)阻力F1和焙燒小車(chē)慣性力F2疊加而成。運(yùn)動(dòng)阻力F1=n(G1+G2+G3)f=174kg慣性力F2=n(G1+G2+G3)a/g=59.4kg擋車(chē)力F=F1+F2=233.4kg式中：小車(chē)加速度a=0.07m/s2（按車(chē)速在1s內(nèi)從v=4m/min降為v=0計(jì)算）。注意，擋車(chē)力F主要用來(lái)計(jì)算擋車(chē)機(jī)構(gòu)中各個(gè)部件的機(jī)械強(qiáng)度，氣缸的載荷主要是彈簧的作用力，而并非擋車(chē)力F。3.3磁異常輸送接件小品磁盤(pán)落件機(jī)利用鋼鑄件具有磁性的原理，采用電磁吸盤(pán)進(jìn)行落件，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的落砂設(shè)備，效果良好。如圖8所示。磁盤(pán)落件機(jī)主要由油缸、磁盤(pán)、接件小車(chē)、斜坡軌道、氣缸及油泵站等組成。油泵站驅(qū)動(dòng)油缸1使磁盤(pán)2作上下垂直運(yùn)動(dòng)，氣缸5驅(qū)動(dòng)接件小車(chē)作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。磁盤(pán)下降高度由可調(diào)支承8調(diào)整，使鑄件組頂端與磁盤(pán)之間具有15～35mm的間距。磁盤(pán)落件機(jī)由四根立柱橫跨在鑄工輸送器上。當(dāng)鑄工輸送器馱載焙燒小車(chē)運(yùn)行至磁盤(pán)下方時(shí)，被7#點(diǎn)擋車(chē)機(jī)構(gòu)擋住，磁盤(pán)通電充磁吸住全部鑄件→磁盤(pán)上升→接件小車(chē)被氣缸推至磁盤(pán)下方→磁盤(pán)斷電去磁、全部鑄件落入接件小車(chē)內(nèi)→接件小車(chē)返回。接件小車(chē)返回原位時(shí)，其活動(dòng)底板沿斜坡軌道自動(dòng)打開(kāi)→全部鑄件落入吊件框內(nèi)被送至清理車(chē)間→開(kāi)啟擋車(chē)機(jī)構(gòu)、空車(chē)隨輸送小車(chē)?yán)^續(xù)運(yùn)行至加砂斗下方，全部工序完成。一次落件過(guò)程，時(shí)間不超過(guò)30s。4生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)效益(1）年產(chǎn)量由1300t增加到1600t生產(chǎn)能力提高23%。(2）新生產(chǎn)線不用耐熱鋼，煤氣單耗量由10131m3/t降為5590m3/t，按年產(chǎn)1600t計(jì)，加上電能等節(jié)約價(jià)值，全年共節(jié)約150萬(wàn)元左右，是投資30萬(wàn)元的5倍。(3）與產(chǎn)量相