三條無箱造型線的鑄造車間工藝設計

陳金芳，王根龍，胡志君，張國榮

（常州南車汽車零部件有限公司，江蘇常州 213011）

三條無箱造型線的鑄造車間工藝設計

陳金芳，王根龍，胡志君，張國榮

（常州南車汽車零部件有限公司，江蘇常州 213011）

本文介紹的鑄造車間包含一條垂直造型線、兩條水平造型線。首先介紹了設計中的一些原則、鑄造工藝流程、整體布局，講述了主要設備的選擇情況，最后介紹了設計中在車間安全、環境、信息化方面采取的一些措施。

無箱造型線；鑄造車間；設計過程

本項目是南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司汽車增壓器配件產業化擴能項目的一部分，設計年產增壓器渦輪殼鑄件3.2萬噸（包括大尺寸渦殼），離合器配件（壓盤、壓盤蓋）1.2萬噸。

1 車間布置

1.1 設計原則

本造型線設計中遵循車間設計的一般原則，同時統籌規劃、綜合考慮，結合公司整體布局、分工及現有資源情況，也對工藝設計、設備選型提出了一些特殊要求。

（1）鑄造設備配置以造型線為中心，根據造型線的生產能力分別配備熔煉、澆注、砂處理、清理設備等。從北到南順序布置，鑄造廠房建在廠區夏季最小頻率風向的上風側。鑄造廠房內熔煉、造型、澆注、砂處理、清理工部直線型順序布置。毛坯庫與清理工部連建，與機械加工廠房相鄰，產品運輸距離短，物流便捷。

（3）公司已建有完善的檢測中心，可以進行相關測試，車間現場內部只配備與生產密切相關的在線檢測設備。需要熱處理的鑄件，在公司熱處理部門進行熱處理。

（4）公司統一建有專門的浴室、更衣室，車間內只設計與生產相關的輔房，車間內輔房主要用于人員辦公、備品備件儲存、檢測室、配電間等。

（5）生產中使用的泥芯由西邊制芯車間統一制作、組裝、裝箱、運輸至現場供使用，該車間內不單獨設置制芯工部。

（6）車間投入生產是一個循序漸進的過程，生產設備的采購，也可以根據生產情況循序漸進地補充、完善。

（7）借助于便捷的物流倉儲，不建設大型的原材料儲存中心、毛坯庫，根據生產要求采購及客戶需求來生產。

（8）關鍵設備引進，國內能夠生產且可靠性較好的設備國內配套。

（9）滿足汽車增壓器配件、汽車離合器配件、汽車柴油機系統配件生產的同時，統籌兼顧，增強車間的適用性和應變能力，以適應未來生產需要，提高抗風險能力。

1.2 工藝流程

整個車間工藝流程如圖1所示。

1.3 車間平面布置

圖1 鑄造車間工藝流程圖

廠房排架結構，輔房框架結構，廠房寬84m，總長282m。車間主體自西向東按18m跨、18m跨、30m跨、18m跨4跨布置，分別布置造型、砂處理和清理等工部；熔煉工部布置在車間廠房北端，寬48m、長84m；鑄件成品存放區位于車間廠房南端，寬30m、長84m。毛坯庫設置在車間的南端，鑄件完成后直接運至對面的機加工車間進行加工。車間平面布置如圖2所示。

圖2 車間平面布置圖

2 工藝設計與設備選擇

2.1 熔煉工部

每小時需要鐵液供應量：

式中:Vnm——每小時鐵液需要量（t/h）；

Q——全年金屬爐料裝載量（t/a）；

T——全年熔煉作業時間（h）；

K——金屬液需要量的不平衡系數。

年生產鑄件按44000t，工藝出品率按60%，廢品率按5%，燒損率按2%，不平衡系數按1.1，每爐鐵液量按4t計，電爐熔化速度按每小時1爐計，年時基數按5030h計。由于產品品種的多樣性，為了增加電爐使用的靈活性，降低元素燒損，在此選用3臺4t電爐、2臺3t電爐，每小時可供應18t鐵液，可滿足年產44000t鑄件鐵液的供應（設備負荷率95.4%）。

熔煉工部北端建有日耗庫，使用兩臺6t行車加電磁吸盤、電子吊鉤秤來將原材料吸到爐臺東西端的稱量系統中來稱量，稱好料后，稱量系統中的小車將稱量斗運轉至南邊一跨，通過該跨內的兩臺6t冶金行車吊至加料車上加料，爐前出鐵采用高溫平臺秤來計量，然后用三噸叉車過跨運至造型線跨的澆注機邊。打包、修包安排在爐臺的西邊，烘包使用兩臺臥式烘包器安排在爐臺的東邊位置。

2.2 造型工部

造型工部設計有三條造型線，分別為1條垂直無箱造型線、2條水平無箱造型線。

（1）新增2條水平脫箱造型生產線，主要生產渦殼等鑄件，造型能力為160箱/h，砂型尺 寸 為700×600×（180～250）/（180～250）(mm)，水平脫箱造型線的工藝特點是工藝適應性強、便于下芯操作，年產鑄件2.4萬噸。

水平造型線數

式中：N——計算所需的造型機數（臺）；

Q——全年生產的鑄型數；

T——年時基數；

q——設計采用的生產率（型/h）；

K1——鑄件廢品率(內廢及外廢之和)(%)；K2——造型廢品率（%）。

按年產鑄件24000t，每型21kg（每型3件），每小時160箱，鑄件廢品率5%，造型機廢型率4%計算。采用2條高速水平造型線，設備負荷率77.5%。

這兩條造型線一條采用自動澆注機澆注，另一條采用手工澆注，熔煉工部轉運至此的鐵液，通過各自跨內的3t冶金行車倒包，該行車也用于該跨設備檢修過程中的吊裝，每條造型線處分別使用一個立式烘包器用于澆包生產過程中的烘包。

（2）1條垂直脫箱造型生產線,其特點是造型生產速度最快可達到510（無芯）型，生產效率高，尤其適合生產無砂芯鑄件，砂型尺寸為535×750×（120～395）(mm)，年產鑄件2萬噸。

垂直造型線數

按年產鑄件20000t，每型16kg，每小時400型，鑄件廢品率5%，造型機廢型率4%計算。采用1條垂直造型線，按壓盤、渦殼等鑄件2萬噸考慮，設備負荷率68%。

通過一臺1.25t無熱源傾轉式澆注機實現澆注，倒包通過3t叉車加配旋轉器的方式旋轉中間轉運包將鐵液倒入澆包中，使用一臺立式烘包器實現澆注過程臨時中斷中的烘包，一臺3t冶金行車用于修理過程中的吊裝。

2.3 砂處理工部

砂處理工部包括兩套砂處理系統，一套為垂直線供砂的砂處理系統，一套為兩條水平線供砂的砂處理系統。

（1）水平線混砂機臺數

型砂年需要量

式中：Q——全年型砂需要量（t）；

n——全年合格鑄型數；

K1——鑄件廢品率(鑄造車間內廢及外廢之和)(%);

K2——造型廢品率（%）；

V1——鑄型體積（m3）；

V2——鑄型中金屬所占體積（m3）；

V3——鑄型中砂芯所占體積（m3）；

k ——散落砂系數；

γ——型砂密度。

水平線混砂機臺數：

式中：n——混砂機數量；

Q——全年型砂需要量（t）；

q——混砂機的設計生產率（t/h）；

T——設備年時基數（h）；

K1——不平衡系數。

混砂機每小時混砂量按60t。根據計算選用2臺60t混砂機可滿足要求（設備負荷率64.2%）。

（2）垂直線混砂機臺數：

型砂年需要量

混砂機臺數：

不平衡系數按1.15，混砂機每小時混砂量按90t，年時基數按5030h計。根據計算選用1臺90t混砂機可滿足要求（設備負荷率82%）。

通過對造型線產品的細致分析，垂直線鑄件下線處采用振動落砂，一條水平線采用滾筒落砂，另一條采用振動落砂，砂子的冷卻采用雙盤冷卻器來進行，除塵器收集的粉塵多處可以通過螺旋輸送機回用。

2.4 清理工部

每條造型線鑄件冷卻落砂后通過地坑鱗板將鑄件送至清理工部，每條鱗板末端都設計有去澆冒口平臺，每個平臺上有2套液壓澆冒口分離器去除澆冒口，鑄件和澆冒口分別裝箱后用叉車運至拋丸機處拋丸。清理工部設置有5臺人字形拋丸機進行粗拋，兩臺擺床式拋丸機用于拋澆冒口和不能懸掛的鑄件，8臺履帶式拋丸機用于打磨后的精拋，4臺噴流道機用于鑄件的內腔噴丸。區域附近距離通過行車來實現轉運，過跨或較長距離轉運通過叉車來進行。

3 安全、環境

3.1 除塵、送新風系統

鑄造車間污染源多，環境污染嚴重，為了創造一個好的生產環境，車間根據工作點的實際情況，安裝了相應的通風除塵設施。電爐變壓器室設備需要冷卻和防塵，鑒于此，采用往電爐變壓器室注入新風，使產生正壓，以達到冷卻和防塵目的；電爐在加料、出鐵、保溫的過程中，都會有大量的煙氣，是主要的污染源，爐前有兩套電爐除塵系統用于5t電爐除塵；落砂處，鑄件和砂子在此分離，每個落砂設備處也都安排了一套除塵系統。由于冬天氣溫較低，很容易結露，所以該除塵器還配備了燃燒器，對其進行加熱，保證除塵效果。砂處理所有送砂皮帶、回砂皮帶上砂子外露的地方，都有除塵罩罩住，雙盤冷卻器、混砂機也都有除塵系統。砂處理除塵器收集的粉塵可以通過螺旋輸送機重復使用。清理工部面積較大，所需除塵風量較大，整個區域布置了四臺除塵器，以滿足拋丸機、打磨臺的除塵需要。

3.2 安全、防護

設備本身有多種安全防護措施，如造型主機處有防護光柵，砂處理回砂皮帶處設有急停開關等等。鑄造車間每生產1t的鑄件就有約4t的物流，物流量非常大，這些物流主要是靠車間內的汽車、叉車來運輸的，所以設備、廠房的防護顯得尤為重要。在每個可能有碰撞隱患的位置，都設置了防撞柱。在電爐平臺上方周圍都布置有護欄，而且護欄要做的厚實。在基坑上面或布置格柵板或布置蓋板，防止人員工具掉入其中。車間內的烘烤包采用天然氣燃料，為了防止天然氣每個使用點可能的泄漏，使用區域都有泄漏報警及自動切斷裝置。車間輔房內有貴重金屬室，用于存放熔煉中鎳板、銅等合金，貴重金屬室內有GK自動報警裝置，確保貴重金屬材料安全。

4 信息化建設

（1）三條造型線造型主機處都設計有網絡電話接口，以便將來升級改造時實現遠程診斷功能。

（2）電爐區域設計有視頻監控，現場生產情況可通過網絡快速傳送給相關人員，如出現問題也可調取錄像進行分析。

（3）為了方便與車間內人員進行聯絡，爐臺上方、各個輔房內、砂處理控制室、造型線主機等位置配置及預留了大量電話及網絡接口，一方面供現在使用需要，另一方面為以后的信息化改造留有擴充空間。

（4）該車間投入生產后作為一個獨立的生產體系來運行，為了考勤方便，車間配有兩個獨立的考勤點來進行考勤。

5 結束語

該車間已于2011年5月全部完成并投入生產。

[1] 鑄造車間和工廠設計手冊編委會.鑄造車間和工廠設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，1996.6.

[2] 鑄造設備選用手冊編委會.鑄造設備選用手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.12.

[3] 張殿印 王純.除塵工程設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2003.6.

The Design of a Casting Workshop with 3 Flaskless Molding Lines

CHEN JinFang, WANG GenLong, HU ZhiJun, ZHANG GuoRong

(Changzhou CSR Auto Parts Co.Ltd.，Changzhou 213011, Jiangsu China)

The f askless casting workshop introduced consists of a vertical molding line and two horizontal lines. Some special principles, casting technology f ow path, layout have been introduced with calculation of all the main departments production ability and selection of major equipment. Some measures adopted in casting workshop design involving safety, environment, informatization have also been introduced.

Flaskless molding line; Casting workshop; Design process

TG242；

A；

1006-9658（2012）05-0037-4

2012－06－14

稿件編號：1206－066

陳金芳（1962-），男，從事鑄造車間工藝設計