消失摸鑄造生產線設計[1]

1、消失模鑄造生產線設計2007年6月22日 王仲玨 教授 安徽工程科技學院消失模鑄造生產線設計一、概述二、白區(qū)生產線設計三、黑區(qū)生產線設計四、鑄造車間環(huán)境保護五、小結一、概述 消失模鑄造技術是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結組合成模型簇，刷涂耐火涂層并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在一定條件下澆注液體金屬，使模型氣化并占據模型位置，凝固冷卻后形成所需鑄件的方法。 與傳統(tǒng)的鑄造技術相比，消失模鑄造技術具有無與倫比的優(yōu)勢，由于采用極易氣化的泡沫塑料制作模型，無需取模與制作模芯，無分型面，因而無飛邊毛刺，獨特的工藝過程完全摒棄了傳統(tǒng)工藝工序復雜、工作過程污染物排放量大、工人勞動強度高的不利因素

2、，實現的是一種工序簡單，效率高，近無公害的清潔生產。因此被國內外鑄造界譽為“二十一世紀的鑄造技術”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。 結合中國的國情和中小型鑄造廠的特點，而設計一條單班制年產5000噸的柔性開放式生產線。能夠適應多品種、小批量、多種合金及牌號的消失模鑄造。 本條生產線從兩個部分進行設計：一是：消失模鑄造的“白區(qū)”部分，主要包括模樣的制備、涂掛涂料；二是“黒區(qū)”部分，主要包括造型澆注線和落砂清理線。并列出生產線主要設備的技術參數。 本條生產線能夠代表國內消失模鑄造的先進水平，生產線簡單，實用，投資少，尤其適合老廠房的技術改造，基礎建設主要落在落砂及砂處理工部，因此施工面積和施工量均較少。

3、即可采用平行工作制，又可采用階段工作制，生產線操作簡單，管理容易。適用性強，不用擔心老產品的淘汰，新開發(fā)的產品鑄件只要寬度在一定的范圍內均可在線上生產。 消失模鑄造生產線（附圖C）消失模鑄造工藝流程（如圖1-1）： 圖1-1 消失模鑄造工藝流程圖二、“白區(qū)”生產線設計2.1 設計計算設計計算 白區(qū)生產廠房（30m24m720m2）屋架下弦4.5m，按生產工藝流程（圖2-1）需要進行布置（詳見白區(qū)平面布置圖附A）。 圖 2-1 消失模鑄造白區(qū)工藝流程圖 設計年產5000噸消失模鑄鋼件，按單班制進行生產，全年按工作日250天計算，則： 每天要生產的鑄件質量：5000/25020t/d 鑄件的平均密

4、度：7.0103/m3 每天生產鑄件的體積為： 20103/7.0103/m3 2.857m3， 每天所需的模樣體積為：2.857150%20%=5.14m3（設澆注道所用的模料占鑄件的50，再加上損耗按20計算） 模料板的規(guī)格為：1000500100mm 每天所需要的模板數為:5.14/10.50.1=102.3取103塊. 使用聚苯乙烯模料的密度為：0.02103/m3， 每天需要模樣的質量：0.02103/m35.14102.85 2.2 2.2 設備特性設備特性1）預發(fā)泡機(如圖2-2） 如圖2-2 所示的間歇式蒸汽預發(fā)機。通過加料口進行加料，在電動機的帶動下，攪拌系統(tǒng)旋轉攪拌，同時通

5、入壓縮空氣，蒸汽和水，通過控制盤控制自動操作，預發(fā)后的珠粒從出料口排出，完成預發(fā)泡。圖2-2 間歇式預發(fā)機 參數如下： 預發(fā)桶尺寸：450mm680mm 一次投料量：2 最大蒸汽壓力：0.03MPa 最高溫度：145 發(fā)泡倍率：4060倍 適應粒度：0.21.0mm 使用材料：EPS 一次預發(fā)時間：8/min 一天工作8小時預發(fā)能力：（8h60min/8）2120 ，而每天需要的模樣質量為102.85，所以此設備能夠滿足其生產需求。2）熟化倉 預發(fā)后的珠粒要進行熟化處理，使珠粒富有彈性，增加模樣成型時的膨脹能力和模樣成型后的抵抗外壓變形、收縮的能力。一般選用熟化倉進行熟化。容積5m3，框架采用

6、金屬框架并接地，以減少伴隨EPS珠粒在運輸過程中產生的靜電。本生產線選取兩個熟化倉交互使用。 3）板材成型機（如圖2-3） 本條生產線生產板材，根據每天需要制作的模板數量103塊，尺寸為:1000500100mm,選擇EPS板材成型機參數如下： 工作臺尺寸為：20001000500mm， 最大模樣尺寸:1200600150mm, 生產效率315塊/h， 本條生產線配置模片成型機1臺，板材成型機4臺。 圖2-3是板材成型機結構示意圖。從上圖可以看出從料缸加入預發(fā)后的珠粒，在液壓缸的帶動下使動定模合模，發(fā)泡成型后，用真空泵和閥路系統(tǒng)進行脫模。采用水噴霧冷卻方式及蒸汽室中蒸汽壓力控制，保證成型溫度穩(wěn)

7、定。 板材成型后粘接成模組，然后在粘接澆注系統(tǒng)，一般用機器人進行操作，這里不多介紹。圖2-3 板材成型機 4）涂料攪拌機（如圖2-4） 消失模鑄造能夠成功地應用與生產，關鍵之一就是在泡沫塑料的外面掛上了一層耐火涂料。 5）涂料箱（如圖2-5） 使涂料膏稀釋并攪拌均勻，并在其中浸涂模樣。為保證涂料均勻、無氣泡，以得到良好的浸涂效果，往往需浸涂模型數遍。1L形攪拌器 2涂料筒圖2-4 L 型攪拌機示意圖 1-涂料箱 2軌道 3涂料 4攪拌器 5移動小車 6減速器 7電動機圖2-5涂料箱結構示意圖 6）烘干設備 在消失模制模過程中，發(fā)泡成型后的模樣和涂掛涂料后的模樣都需要進行干燥。降低水分，提高模樣

8、的質量。本條生產線選擇在干燥室內干燥，干燥室面積85m，干燥選用的是電加熱熱風循環(huán)干燥爐共4臺。采用電熱風循環(huán)方式，實現風溫（4065）風速、濕度、干燥時間可控。圖2-6是熱風循環(huán)干燥爐加熱系統(tǒng)示意圖。1鏈板2風機吹風口圖2-6 電加熱熱風循環(huán)干燥爐加熱系統(tǒng) 黑區(qū)生產線（工藝流程圖如圖3-1所示祥見黑區(qū)生產線圖附B）包括兩部分：造型澆注線（工藝流程圖）與砂處理生產線（工藝流程圖）： 澆注生產線設備包括：專用砂箱、三維變頻振實臺、轉運小車、真空泵及系統(tǒng)、雨淋加砂機、造型澆注線PLC控制系統(tǒng)； 砂處理生產線包括：振動輸送、篩分、磁選、沸騰床冷卻去灰裝置、砂溫調節(jié)器、輸送裝置、除塵系統(tǒng)、PLC電控系

9、統(tǒng)等。3.1 黑區(qū)生產線設計計算黑區(qū)生產線設計計算 設計生產綱領：5000t/a 專用真空砂箱尺寸：15001200（1200400）mm 平均每箱鑄件質量：600 平均每箱澆注重量：8001000 熔煉設備配置：3t中頻感應爐一套，0.75t 兩套 平均熔煉能力：45t/h 箱內冷卻時間：23h 回用砂使用溫度：40 除塵排放濃度 ：100mg/m3 公稱年時基數（按雙休日、單班平行工作制生產）： a：2000小時/年 廢品率（含內、外廢）：5圖3-1 消失模鑄造工藝流程圖圖3-2 消失模鑄造造型澆注流程圖3.2 造型澆注線設備參數計算與選擇（造型澆注線設備參數計算與選擇（工藝流程圖3-2）

10、3.2.1造型澆注線設備參數計算 造型澆注和熔煉為平行工作制，因此一般可按照確定的熔煉能力來計算造型澆注線澆注的生產率： （45t）/(8001000)5（箱/h） 設計按每小時澆注46箱，平均5箱/h，布置8個澆注工位，留有余地，則最多每小時可澆注重量6.410t。 按單條造型澆注線時，平均造型節(jié)拍為：12min/箱 按砂箱內尺寸15001200（1200400）mm，確定造型線節(jié)距為：1800mm 根據經驗，消失模鑄造造型澆注線的瓶頸部位在造型填砂工位，為了確保全線充分發(fā)揮其生產能力，設計考慮采用兩條造型澆注線，平均造型節(jié)拍為：24min/箱，平行工作時造型能與熔煉匹配。 冷卻段長度的確定

11、： 按照箱內冷卻時間為23h考慮，則冷卻段的工位數為12個。 造型澆注線上的砂箱采用機動輥道驅動，輥道分段驅動，砂箱蠕動運行，使造型澆注線的運行靈活，具有柔性的特點。 3.2.2 造型澆注線設備選擇造型澆注線設備選擇1）振實臺裝置（圖3-3） 本條生產線配置的是帶鉗式液壓夾緊機構的變頻 三維振實臺，具有高頻低幅的振實特性，主題結構包括：固定架、振動架、振動電機、橡膠空氣彈簧、液壓油缸及鉗式加緊機構等，主要參數： 額定負荷：68t 適用砂箱有效尺寸：1600mm1600mm1600mm 配套液壓站系統(tǒng)包括：油箱、葉片泵、移動架、磁閥組、過濾器、液壓管路等。 2）雨淋加砂裝置 雨淋加砂器、振動臺布

12、置在儲砂斗外面，采用皮帶送砂機加砂。送砂機可繞砂斗中心旋轉，可伸縮加砂。加砂和振動是同時進行的，這就需要雨淋加砂機和三維振實臺的共同作用（如圖3-4）。圖3-3 震實臺示意圖圖3-4 雨淋加砂機與振實工位 本條生產線配置的是帶鉗式液壓夾緊機構的變頻三維振實臺，具有高頻低幅的振實特性，主題結構包括：固定架、振動架、振動電機、橡膠空氣彈簧、液壓油缸及鉗式加緊機構等，砂箱放在振實臺面AB上的砂箱定位槽處，通過卡緊裝置固定，在激震源的作用下，通過彈簧傳遞的激振力產生振動，使型砂緊實。3）真空管路系統(tǒng)（圖3-5） 消失模鑄造的造型和澆注過程通常是在真空條件下進行的，有砂箱和抽真空系統(tǒng)組成一個封閉的系統(tǒng)。

13、真空系統(tǒng)真空度要求不低于-0.09-0.1MPa。其組成應含除塵、穩(wěn)壓、真空泵、（水氣分離器、）水箱、管路及附件等。 圖3-5消失模鑄造車間真空系統(tǒng)布置圖 等待加砂的砂箱1在雙向機動輥道上自動的向前移動，在1、3的位置邊加砂邊振動，在4的位置進行抽真空后等待澆注。5、6、7、8、9、10、11是真空管路系統(tǒng)裝置。 4）PlC控制系統(tǒng) 本條生產線屬于機械化消失模鑄造生產線，它的造型澆注系統(tǒng)為全自動的，采用PLC控制，并配有動態(tài)模擬屏顯示。5）砂箱設計 本生產線專用真空砂箱采用的是底卸砂式專門結構，真空室設置在砂箱底部，砂箱結構設計成可拆卸式，砂箱運動采用由機動軌道及運轉小車實現，砂箱的行走由數十

14、只無觸點開關檢測及控制，可以實現蠕動式運行，大大提高生產靈活性（圖3-6）。 生產率：46箱/h 節(jié)距 ：1800mm 機動軌道主要由機架、輥子和鏈條、擺線針輪減速器等組成。（圖3-7）機動軌道轉運小車行走電機采用雙速電機。 單工位單向機動輥道30套：載重68t，節(jié)距1800mm 雙工位雙向機動輥道3套：載重68t，節(jié)距4400mm 變速轉運小車2臺，載重量為68t1多孔板 2開門機構底卸圖3-6 底卸式可抽真空砂箱 圖3-7 底卸式砂箱及輥道運轉小車 圖 3-8 砂處理生產線工藝流程圖3.3砂處理生產線砂處理生產線 （工藝流程圖3-8所示）3.3.1砂處理線參數計算 砂處理可以作為整個消失模

15、鑄造生產線中的獨立的線即“砂處理線”。對砂處理線的設計不用對每臺單機進行選型計算，只要計算出砂處理線所需要的生產能力即可，對其中的各 單機進行符合這一能力的匹配。 砂處理線的設計：通常根據生產大綱計算出每小時砂處理量，這砂處理量就是各單機的生產率最低要求。根據工藝分析和砂鐵比計算后得全年砂處理量如下：生產大綱：5000/噸/年造型產量：5250/噸/年（含廢品）型砂密度：1.2103砂處理量：（1.51.21.21.6）1.25 13.017.3 t/h所有砂處理設備設計生產能力均按照1520 t/h計。 3.3.2 砂處理生產線設備特性1）振動篩分疏輸送機 基本參數：B500，H1200，L

16、5000，輸送量20 30t/h。圖3-9水平篩分輸送裝置 上圖中槽內設置雙層篩網，電動機做工時產生向前向上的激振力，驅動落砂斗內的型砂跳躍式前進，在前進過程中實現篩分、除塵和輸送，并通過提升機運走。振動槽長達6米以上，生產效率可達10t/h以上，國內消失模鑄造砂處理設備多選用此種篩分輸送機。 2)風選、磁選機 采用垂直多級流幕式風選，有效分離舊砂中的微粉和細砂風選后的微粉含量0.1%（粒徑0.063）。風選后立即進行磁選，徹底消除舊砂中的微小鐵粒和鐵粉。安置在生產線采用集中自動控制，不需要人工操作。 機理是當型砂進入本機后，呈流幕狀態(tài)流下，此過程中借助風力將微粉及粉塵抽走，下落到底部的永磁滾

17、筒后，分離出鐵豆等異物。 3） 砂冷卻裝置 砂處理系統(tǒng)中采用沸騰床冷卻去灰裝置，配置冷卻水系統(tǒng)可有效較低回用砂的溫度和灰分。 圖3-11ZYSS750密相氣力輸送裝置圖3-10 沸騰冷卻去灰裝置 沸騰冷卻去灰裝置的原理使回用砂呈沸騰流化狀態(tài)，通過強力抽風除去灰分，通過氣、砂以及水管的熱交換可以使砂子冷卻到規(guī)定溫度，主要技術參數：生產率：30t/h沸騰床長度：12m出口砂溫：40 處理后的回用砂采用密相氣力輸送，既改善工作環(huán)境，又方便系統(tǒng)設計與布置。輸送量為：1520t/h。主要組成：押送罐總成、進料蝶閥、球形彎頭、球形三通、增壓閥、卸料閥等。4)ZYSS750密相氣力輸送裝置 處理后的回用砂采

18、用密相氣力輸送，既改善工作環(huán)境，又方便系統(tǒng)設計與布置。 輸送量為：1520t/h。 主要組成：押送罐總成、進料蝶閥、球形彎頭、球形三通、增壓閥、卸料閥等。5） 除塵系統(tǒng) 該系統(tǒng)是消失模鑄造不可缺少的組成部分，它不但是環(huán)保的需要，而且是完成消失模鑄造工藝的必要手段。本線采用一臺回轉反吹袋式除塵器集中除塵。各支管均采用風量調節(jié)閥。 每個揚塵點均應設吸塵口。最好選用干法除塵即旋風除塵器加布袋除塵器二級除塵。 其組成：ZY144ZC300布袋除塵器、主風機、卸灰閥、支腿等。 全線總排風量約 27000m3/h 6）PLC 電控系統(tǒng)（圖3-12） 本線屬于機械化消失模鑄造生產線，它的砂處理系統(tǒng)為全自動的，采用PLC控制，并配有動態(tài)模擬屏顯示。本線控制分為兩個單元。以中間砂庫上下料位區(qū)分為1#單元（砂處理）和2#單元（輸送）。圖3-12消失模鑄造砂處理PLC控制屏