凸輪軸鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線的研發(fā)

凸輪軸鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線的研發(fā)

鐵砂覆蓋制造技術(shù)是將砂覆蓋在粗鐵磁中，形成鑄造技術(shù)。因此，它也被稱為金屬砂覆蓋金屬墓志銘技術(shù)。通過對(duì)鐵型和覆砂層進(jìn)行合理設(shè)計(jì),可提高鑄件生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率,有效降低廢品率。伴隨鐵型覆砂鑄造技術(shù)研究的深入,成功將其用于單缸至六缸發(fā)動(dòng)機(jī)用軸類件的批量生產(chǎn)。鐵型覆砂鑄造主要采用單機(jī)覆砂造型和機(jī)械化生產(chǎn)線兩種生產(chǎn)方式。本文根據(jù)凸輪軸鑄造工藝的特點(diǎn),研發(fā)出了由計(jì)算機(jī)控制的凸輪軸鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線不僅可以實(shí)現(xiàn)覆砂造型、澆注等工序,還設(shè)計(jì)了專用的除塵清理系統(tǒng),不僅高產(chǎn)能,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低排放。1注溫度和成品率鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線主要生產(chǎn)4缸凸輪軸毛坯,鐵型規(guī)格為1200mm×680mm×120mm。造型覆膜砂的型號(hào)為FMS-6-25-Q,目數(shù)為70/140。鐵型與模具的溫度范圍分別為150~250℃和200~250℃。澆注溫度要高于1500℃。澆注1500min后即可開箱。該生產(chǎn)線生產(chǎn)20型/h,成品率高于92%。采用鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)凸輪軸的工藝流程如圖1。鐵型開箱后,采用輸送小車輸送,鑄件由取件機(jī)取出并放進(jìn)料斗。采用斜輥道輸送空腔鐵型至翻箱機(jī)進(jìn)行翻箱,然后,根據(jù)鐵型類型由輸送小車送入造型線A或造型線B,依次進(jìn)行清砂、覆砂、造型、下芯、翻箱、合箱。鐵型合箱后經(jīng)升降、變軌送至澆注段,澆注完成后再經(jīng)變軌、升降送至開箱機(jī)進(jìn)行開箱。采用鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)凸輪軸的過程中應(yīng)注意,同批次的毛坯需組織相同,且凝固條件相同。鐵型溫度應(yīng)保持均勻一致以提高覆砂質(zhì)量,且造型前需清理鐵型內(nèi)腔以及射砂孔。除此之外,鐵型輸送以及取件過程中應(yīng)避免產(chǎn)生較大的震動(dòng),以防鑄型掉砂和鑄件變形。2鐵砂鉆孔自動(dòng)生產(chǎn)能力2.1覆砂及冷卻設(shè)備鐵型覆砂鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要設(shè)備有造型機(jī)、頂壓機(jī)、落砂機(jī)、翻箱機(jī)、冷卻設(shè)備、輸送輥道以及輸送小車等。其中,本生產(chǎn)線所用雙工位全自動(dòng)造型機(jī)是最重要的生產(chǎn)設(shè)備。首先采用電熱管分別加熱鐵型和型板,并將鐵型置于型板上,然后采用造型機(jī)覆砂,如圖2所示。造型覆砂時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制射砂壓力和固化時(shí)間,一般為0.3~0.6MPa和140s。理想的覆砂層應(yīng)為棕色或者黃色。頂壓機(jī)和落砂機(jī)屬于落砂清理設(shè)備,用以清理型腔及射砂孔內(nèi)的覆膜砂。本生產(chǎn)線設(shè)置了專用的冷卻設(shè)備,其4個(gè)水冷噴頭,可保證鐵型快速降溫,一般控制在200~250℃。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)翻箱機(jī),其翻轉(zhuǎn)速度由變頻器控制。輸送輥道包括斜輥道和自動(dòng)輥道,斜輥道是利用鐵型自身重力驅(qū)動(dòng)其滑動(dòng),機(jī)動(dòng)輥道則由電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過減速器控制輸送速度,由鏈輪和邊輥輪構(gòu)成輸送軌道。輸送小車同樣采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.2環(huán)保、高效、長(zhǎng)效成本圖3給出了凸輪軸鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線的設(shè)備布置圖。該生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備按照日字型布置,共29臺(tái)設(shè)備,采用自動(dòng)輥道將設(shè)備連接,生產(chǎn)線總長(zhǎng)約52m,總寬約12m。生產(chǎn)線包括A、B兩條造型線,可實(shí)現(xiàn)同步生產(chǎn),因此,生產(chǎn)效率大大提高。凸輪軸鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線主要由覆砂造型機(jī)、頂壓機(jī)、落砂機(jī)、翻箱機(jī)、冷卻器、合箱機(jī)、開箱機(jī)、取件機(jī)、輸送輥道和輸送小車組成,除此之外,還設(shè)置了澆注系統(tǒng)和清理系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)包括存儲(chǔ)和澆注兩段,用戶可依據(jù)生產(chǎn)需要自行安排。澆注系統(tǒng)前設(shè)置了上箱扣工位,澆注系統(tǒng)后設(shè)置了卸箱扣工位,澆注采用人工吊包法和隨流孕育法。生產(chǎn)線上的所有生產(chǎn)設(shè)備均具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式。此外,該生產(chǎn)線采用液壓與氣壓傳動(dòng)和電動(dòng)相結(jié)合的混合動(dòng)力方式。由此表明,凸輪軸鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自動(dòng)一體化,且便于操作,環(huán)保安全。2.3plc控制器凸輪軸鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制全線生產(chǎn)。該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)由多個(gè)PLC分系統(tǒng)組成,通過MPI網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)連接,從而簡(jiǎn)化了硬件控制設(shè)備,同時(shí)便于檢修?？刂葡到y(tǒng)由PLC控制器、上位機(jī)和智能儀表構(gòu)成,采用的是脈沖控制方式。由4個(gè)一級(jí)從站控制器和4個(gè)二級(jí)從站控制器組成PLC控制器對(duì)29臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制,一級(jí)與二級(jí)從站控制器分別采用的是日本西門子公司生產(chǎn)的S7-350系列和S7-250系列可編程控制器。從站與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊服從profibus協(xié)議。上位機(jī)的作用是查詢、處理數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整參數(shù)、顯示并記錄運(yùn)行狀態(tài)等,從而對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)、集中在線監(jiān)控。從站的作用是控制各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備,保證其獨(dú)立運(yùn)行,同時(shí)每臺(tái)設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式。手動(dòng)控制是操作人員通過操作面板的按鈕進(jìn)入PLC控制器,而PLC控制器可以通過分析設(shè)備信號(hào)實(shí)現(xiàn)程序連鎖,并對(duì)輸出進(jìn)行控制,不僅實(shí)現(xiàn)了互鎖,還可以減少硬件設(shè)備及其故障率。自動(dòng)控制是PLC控制器的內(nèi)部程序根據(jù)砂箱等設(shè)備的位置信號(hào)和控制信號(hào)輸出控制信號(hào),對(duì)中繼和電磁閥等進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)氣、油缸以及電機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行。由于生產(chǎn)線上各設(shè)備未進(jìn)行剛性連接,所以,手動(dòng)操作單個(gè)設(shè)備不會(huì)對(duì)其他設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行產(chǎn)生影響。2.4砂鑄造生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)凸輪軸鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線基本完成了主體設(shè)計(jì),但是仍然存在一些問題。首先是工藝及設(shè)備的通用性。鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線所用設(shè)備的成本較高,修改難度較大,這就要求具有成熟可靠的工藝設(shè)計(jì)。不同種類的鑄件和不同規(guī)格的同一鑄件所用鐵型和模樣均不相同,因此,鐵型的通用性對(duì)該生產(chǎn)線的應(yīng)用產(chǎn)生了限制。其次是冷卻系統(tǒng)的控制問題。水冷控制系統(tǒng)可以對(duì)覆砂前鐵型的溫度進(jìn)行控制,但是目前還沒有專門用于鐵型的自動(dòng)冷卻系統(tǒng)。3生產(chǎn)線設(shè)計(jì)鐵型覆砂鑄造技術(shù)因具有節(jié)約能源、節(jié)約材料、廢品率低、生產(chǎn)環(huán)境好的優(yōu)勢(shì),近幾年得到廣泛關(guān)注,并逐