消失摸鑄造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

消失摸鑄造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一消失模鑄造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)一、概述二、白區(qū)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)三、黑區(qū)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)四、鑄造車(chē)間環(huán)境保護(hù)五、小結(jié)第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、概述

消失模鑄造技術(shù)是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)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(dòng)造型，在一定條件下澆注液體金屬，使模型氣化并占據(jù)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(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，由于采用極易氣化的泡沫塑料制作模型，無(wú)需取模與制作模芯，無(wú)分型面，因而無(wú)飛邊毛刺，獨(dú)特的工藝過(guò)程完全摒棄了傳統(tǒng)工藝工序復(fù)雜、工作過(guò)程污染物排放量大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高的不利因素，實(shí)現(xiàn)的是一種工序簡(jiǎn)單，效率高，近無(wú)公害的清潔生產(chǎn)。因此被國(guó)內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。

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結(jié)合中國(guó)的國(guó)情和中小型鑄造廠的特點(diǎn)，而設(shè)計(jì)一條單班制年產(chǎn)5000噸的柔性開(kāi)放式生產(chǎn)線。能夠適應(yīng)多品種、小批量、多種合金及牌號(hào)的消失模鑄造。本條生產(chǎn)線從兩個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)：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(chǎn)線主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。本條生產(chǎn)線能夠代表國(guó)內(nèi)消失模鑄造的先進(jìn)水平，生產(chǎn)線簡(jiǎn)單，實(shí)用，投資少，尤其適合老廠房的技術(shù)改造，基礎(chǔ)建設(shè)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。即可采用平行工作制，又可采用階段工作制，生產(chǎn)線操作簡(jiǎn)單，管理容易。適用性強(qiáng)，不用擔(dān)心老產(chǎn)品的淘汰，新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品鑄件只要寬度在一定的范圍內(nèi)均可在線上生產(chǎn)。

第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一消失模鑄造生產(chǎn)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第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、“白區(qū)”生產(chǎn)線設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)計(jì)算白區(qū)生產(chǎn)廠房（30m×24m＝720m2）屋架下弦4.5m，按生產(chǎn)工藝流程（圖2-1）需要進(jìn)行布置（詳見(jiàn)白區(qū)平面布置圖附A）。

圖2-1消失模鑄造白區(qū)工藝流程圖第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

設(shè)計(jì)年產(chǎn)5000噸消失模鑄鋼件，按單班制進(jìn)行生產(chǎn)，全年按工作日250天計(jì)算，則：每天要生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量：5000/250＝20t/d

鑄件的平均密度：7.0×103㎏/m3

每天生產(chǎn)鑄件的體積為：

20×103㎏/7.0×103㎏/m3

＝2.857m3，每天所需的模樣體積為：2.857×150%×20%=5.14m3（設(shè)澆注道所用的模料占鑄件的50％，再加上損耗按20％計(jì)算）模料板的規(guī)格為：1000×500×100mm

每天所需要的模板數(shù)為:5.14/1×0.5×0.1=102.3取103塊.

使用聚苯乙烯模料的密度為：0.02×103㎏/m3，每天需要模樣的質(zhì)量：0.02×103㎏/m3×5.14＝102.85㎏

第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2設(shè)備特性1）預(yù)發(fā)泡機(jī)(如圖2-2）如圖2-2所示的間歇式蒸汽預(yù)發(fā)機(jī)。通過(guò)加料口進(jìn)行加料，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，攪拌系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)攪拌，同時(shí)通入壓縮空氣，蒸汽和水，通過(guò)控制盤(pán)控制自動(dòng)操作，預(yù)發(fā)后的珠粒從出料口排出，完成預(yù)發(fā)泡。圖2-2間歇式預(yù)發(fā)機(jī)第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

參數(shù)如下：預(yù)發(fā)桶尺寸：Ф450mm×680mm

一次投料量：2㎏

最大蒸汽壓力：0.03MPa

最高溫度：145℃

發(fā)泡倍率：40～60倍適應(yīng)粒度：0.2～1.0mm

使用材料：EPS

一次預(yù)發(fā)時(shí)間：8/min

一天工作8小時(shí)預(yù)發(fā)能力：（8h×60min/8）×2㎏＝120㎏，而每天需要的模樣質(zhì)量為102.85㎏，所以此設(shè)備能夠滿足其生產(chǎn)需求。第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）熟化倉(cāng)

預(yù)發(fā)后的珠粒要進(jìn)行熟化處理，使珠粒富有彈性，增加模樣成型時(shí)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(cāng)進(jìn)行熟化。容積5m3，框架采用金屬框架并接地，以減少伴隨EPS珠粒在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的靜電。本生產(chǎn)線選取兩個(gè)熟化倉(cāng)交互使用。3）板材成型機(jī)（如圖2-3）本條生產(chǎn)線生產(chǎn)板材，根據(jù)每天需要制作的模板數(shù)量103塊，尺寸為:1000×500×100mm,選擇EPS板材成型機(jī)參數(shù)如下：工作臺(tái)尺寸為：2000×1000×500mm，最大模樣尺寸:1200×600×150mm,

生產(chǎn)效率3~15塊/h，本條生產(chǎn)線配置模片成型機(jī)1臺(tái)，板材成型機(jī)4臺(tái)。第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖2-3是板材成型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。從上圖可以看出從料缸加入預(yù)發(fā)后的珠粒，在液壓缸的帶動(dòng)下使動(dòng)定模合模，發(fā)泡成型后，用真空泵和閥路系統(tǒng)進(jìn)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)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(jī)器人進(jìn)行操作，這里不多介紹。圖2-3板材成型機(jī)第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

4）涂料攪拌機(jī)（如圖2-4）消失模鑄造能夠成功地應(yīng)用與生產(chǎn)，關(guān)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(wú)氣泡，以得到良好的浸涂效果，往往需浸涂模型數(shù)遍。1－L形攪拌器2－涂料筒圖2-4L型攪拌機(jī)示意圖

1-涂料箱2－軌道3－涂料4－攪拌器

5－移動(dòng)小車(chē)6－減速器7－電動(dòng)機(jī)圖2-5涂料箱結(jié)構(gòu)示意圖

第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6）烘干設(shè)備在消失模制模過(guò)程中，發(fā)泡成型后的模樣和涂掛涂料后的模樣都需要進(jìn)行干燥。降低水分，提高模樣的質(zhì)量。本條生產(chǎn)線選擇在干燥室內(nèi)干燥，干燥室面積8×5m，干燥選用的是電加熱熱風(fēng)循環(huán)干燥爐共4臺(tái)。采用電熱風(fēng)循環(huán)方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)溫（40～65℃）風(fēng)速、濕度、干燥時(shí)間可控。圖2-6是熱風(fēng)循環(huán)干燥爐加熱系統(tǒng)示意圖。1－鏈板2－風(fēng)機(jī)吹風(fēng)口圖2-6電加熱熱風(fēng)循環(huán)干燥爐加熱系統(tǒng)第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、“黑區(qū)”生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

黑區(qū)生產(chǎn)線（工藝流程圖如圖3-1所示祥見(jiàn)黑區(qū)生產(chǎn)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(chǎn)線（工藝流程圖）：澆注生產(chǎn)線設(shè)備包括：專(zhuān)用砂箱、三維變頻振實(shí)臺(tái)、轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)、真空泵及系統(tǒng)、雨淋加砂機(jī)、造型澆注線PLC控制系統(tǒng)；砂處理生產(chǎn)線包括：振動(dòng)輸送、篩分、磁選、沸騰床冷卻去灰裝置、砂溫調(diào)節(jié)器、輸送裝置、除塵系統(tǒng)、PLC電控系統(tǒng)等。第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.1黑區(qū)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)生產(chǎn)綱領(lǐng)：5000t/a

專(zhuān)用真空砂箱尺寸：1500×1200×（1200＋400）mm

平均每箱鑄件質(zhì)量：600㎏

平均每箱澆注重量：800～1000㎏

熔煉設(shè)備配置：3t中頻感應(yīng)爐一套，0.75t兩套平均熔煉能力：4～5t/h

箱內(nèi)冷卻時(shí)間：2～3h

回用砂使用溫度：≤40℃

除塵排放濃度：≤100mg/m3

公稱(chēng)年時(shí)基數(shù)（按雙休日、單班平行工作制生產(chǎn)）：

a：2000小時(shí)/年廢品率（含內(nèi)、外廢）：5％第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖3-1消失模鑄造工藝流程圖第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖3-2消失模鑄造造型澆注流程圖3.2造型澆注線設(shè)備參數(shù)計(jì)算與選擇（工藝流程圖3-2）第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2.1造型澆注線設(shè)備參數(shù)計(jì)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(lái)計(jì)算造型澆注線澆注的生產(chǎn)率：（4～5t）/(800～1000㎏)＝5（箱/h）設(shè)計(jì)按每小時(shí)澆注4～6箱，平均5箱/h，布置8個(gè)澆注工位，留有余地，則最多每小時(shí)可澆注重量6.4～10t。按單條造型澆注線時(shí)，平均造型節(jié)拍為：12min/箱按砂箱內(nèi)尺寸1500×1200×（1200＋400）mm，確定造型線節(jié)距為：1800mm第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(chǎn)能力，設(shè)計(jì)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(shí)造型能與熔煉匹配。冷卻段長(zhǎng)度的確定：按照箱內(nèi)冷卻時(shí)間為2～3h考慮，則冷卻段的工位數(shù)為12個(gè)。造型澆注線上的砂箱采用機(jī)動(dòng)輥道驅(qū)動(dòng)，輥道分段驅(qū)動(dòng)，砂箱蠕動(dòng)運(yùn)行，使造型澆注線的運(yùn)行靈活，具有柔性的特點(diǎn)。

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3.2.2造型澆注線設(shè)備選擇1）振實(shí)臺(tái)裝置（圖3-3）

本條生產(chǎn)線配置的是帶鉗式液壓夾緊機(jī)構(gòu)的變頻三維振實(shí)臺(tái)，具有高頻低幅的振實(shí)特性，主題結(jié)構(gòu)包括：固定架、振動(dòng)架、振動(dòng)電機(jī)、橡膠空氣彈簧、液壓油缸及鉗式加緊機(jī)構(gòu)等，主要參數(shù)：額定負(fù)荷：6～8t

適用砂箱有效尺寸：1600mm×1600mm×1600mm

配套液壓站系統(tǒng)包括：油箱、葉片泵、移動(dòng)架、磁閥組、過(guò)濾器、液壓管路等。

2）雨淋加砂裝置雨淋加砂器、振動(dòng)臺(tái)布置在儲(chǔ)砂斗外面，采用皮帶送砂機(jī)加砂。送砂機(jī)可繞砂斗中心旋轉(zhuǎn)，可伸縮加砂。加砂和振動(dòng)是同時(shí)進(jìn)行的，這就需要雨淋加砂機(jī)和三維振實(shí)臺(tái)的共同作用（如圖3-4）。第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖3-3震實(shí)臺(tái)示意圖圖3-4雨淋加砂機(jī)與振實(shí)工位

本條生產(chǎn)線配置的是帶鉗式液壓夾緊機(jī)構(gòu)的變頻三維振實(shí)臺(tái)，具有高頻低幅的振實(shí)特性，主題結(jié)構(gòu)包括：固定架、振動(dòng)架、振動(dòng)電機(jī)、橡膠空氣彈簧、液壓油缸及鉗式加緊機(jī)構(gòu)等，砂箱放在振實(shí)臺(tái)面A×B上的砂箱定位槽處，通過(guò)卡緊裝置固定，在激震源的作用下，通過(guò)彈簧傳遞的激振力產(chǎn)生振動(dòng)，使型砂緊實(shí)。第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3）真空管路系統(tǒng)（圖3-5）消失模鑄造的造型和澆注過(guò)程通常是在真空條件下進(jìn)行的，有砂箱和抽真空系統(tǒng)組成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。真空系統(tǒng)真空度要求不低于-0.09～-0.1MPa。其組成應(yīng)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(chē)間真空系統(tǒng)布置圖

等待加砂的砂箱1在雙向機(jī)動(dòng)輥道上自動(dòng)的向前移動(dòng)，在1、3的位置邊加砂邊振動(dòng)，在4的位置進(jìn)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。第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4）PlC控制系統(tǒng)本條生產(chǎn)線屬于機(jī)械化消失模鑄造生產(chǎn)線，它的造型澆注系統(tǒng)為全自動(dòng)的，采用PLC控制，并配有動(dòng)態(tài)模擬屏顯示。5）砂箱設(shè)計(jì)本生產(chǎn)線專(zhuān)用真空砂箱采用的是底卸砂式專(zhuān)門(mén)結(jié)構(gòu)，真空室設(shè)置在砂箱底部，砂箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可拆卸式，砂箱運(yùn)動(dòng)采用由機(jī)動(dòng)軌道及運(yùn)轉(zhuǎn)小車(chē)實(shí)現(xiàn)，砂箱的行走由數(shù)十只無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)檢測(cè)及控制，可以實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)式運(yùn)行，大大提高生產(chǎn)靈活性（圖3-6）。生產(chǎn)率：4～6箱/h

節(jié)距：～1800mm

機(jī)動(dòng)軌道主要由機(jī)架、輥?zhàn)雍玩湕l、擺線針輪減速器等組成。（圖3-7）機(jī)動(dòng)軌道轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)行走電機(jī)采用雙速電機(jī)。單工位單向機(jī)動(dòng)輥道30套：載重6～8t，節(jié)距1800mm

雙工位雙向機(jī)動(dòng)輥道3套：載重6～8t，節(jié)距4400mm

變速轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)2臺(tái)，載重量為6～8t第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1—多孔板2—開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)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(yùn)轉(zhuǎn)小車(chē)

第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖3-8砂處理生產(chǎn)線工藝流程圖3.3砂處理生產(chǎn)線（工藝流程圖3-8所示）第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.3.1砂處理線參數(shù)計(jì)算

砂處理可以作為整個(gè)消失模鑄造生產(chǎn)線中的獨(dú)立的線——即“砂處理線”。對(duì)砂處理線的設(shè)計(jì)不用對(duì)每臺(tái)單機(jī)進(jìn)行選型計(jì)算，只要計(jì)算出砂處理線所需要的生產(chǎn)能力即可，對(duì)其中的各單機(jī)進(jìn)行符合這一能力的匹配。砂處理線的設(shè)計(jì)：通常根據(jù)生產(chǎn)大綱計(jì)算出每小時(shí)砂處理量，這砂處理量就是各單機(jī)的生產(chǎn)率最低要求。根據(jù)工藝分析和砂鐵比計(jì)算后得全年砂處理量如下：生產(chǎn)大綱：5000/噸/年造型產(chǎn)量：5250/噸/年（含廢品）型砂密度：1.2×103砂處理量：（1.5×1.2×1.2～1.6）×1.2×5

＝13.0～17.3t/h所有砂處理設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力均按照15～20t/h計(jì)。第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.3.2砂處理生產(chǎn)線設(shè)備特性1）振動(dòng)篩分疏輸送機(jī)基本參數(shù)：B＝500，H＝1200，L＝5000，輸送量＝20～30t/h。圖3-9水平篩分輸送裝置

上圖中槽內(nèi)設(shè)置雙層篩網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)做工時(shí)產(chǎn)生向前向上的激振力，驅(qū)動(dòng)落砂斗內(nèi)的型砂跳躍式前進(jìn)，在前進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)篩分、除塵和輸送，并通過(guò)提升機(jī)運(yùn)走。振動(dòng)槽長(zhǎng)達(dá)6米以上，生產(chǎn)效率可達(dá)10t/h以上，國(guó)內(nèi)消失模鑄造砂處理設(shè)備多選用此種篩分輸送機(jī)。第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2)風(fēng)選、磁選機(jī)采用垂直多級(jí)流幕式風(fēng)選，有效分離舊砂中的微粉和細(xì)砂風(fēng)選后的微粉含量≤0.1%（粒徑≤0.063）。風(fēng)選后立即進(jìn)行磁選，徹底消除舊砂中的微小鐵粒和鐵粉。安置在生產(chǎn)線采用集中自動(dòng)控制，不需要人工操作。機(jī)理是當(dāng)型砂進(jìn)入本機(jī)后，呈流幕狀態(tài)流下，此過(guò)程中借助風(fēng)力將微粉及粉塵抽走，下落到底部的永磁滾筒后，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。第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖3-11ZY－SS750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(guò)強(qiáng)力抽風(fēng)除去灰分，通過(guò)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(shù)參數(shù)：生產(chǎn)率：30t/h沸騰床長(zhǎng)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(shè)計(jì)與布置。輸送量為：15～20t/h。主要組成：押送罐總成、進(jìn)料蝶閥、球形彎頭、球形三通、增壓閥、卸料閥等。第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4)ZY－SS750密相氣力輸送裝置

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(shè)計(jì)與布置。輸送量為：15～20t/h。主要組成：押送罐總成、進(jìn)料蝶閥、球形彎頭、球形三通、增壓閥、卸料閥等。第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5）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(tái)回轉(zhuǎn)反吹袋式除塵器集中除塵。各支管均采用風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。每個(gè)揚(yáng)塵點(diǎn)均應(yīng)設(shè)吸塵口。最好選用干法除塵即旋風(fēng)除塵器加布袋除塵器二級(jí)除塵。其組成：ZY－144ZC300布袋除塵器、主風(fēng)機(jī)、卸灰閥、支腿等。全線總排風(fēng)量約27000m3/h第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

6）PLC電控系統(tǒng)（圖3-12）本線屬于機(jī)械化消失模鑄造生產(chǎn)線，它的砂處理系統(tǒng)為全自動(dòng)的，采用PLC控制，并配有動(dòng)態(tài)模擬屏顯示。本線控制分為兩個(gè)單元。以中間砂庫(kù)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