全自動澆注機的研發和應用案例

■朱小鋼

1. 設備研發背景

澆注是鑄造生產中的關鍵環節之一，基于工藝要求的快速澆注可以最大限度地發揮造型生產線的生產率；良好、精確的澆注可以獲得質量高的鑄件產品，而且還可以避免鐵液的浪費；自動化程度高的澆注設備可以保證澆注過程的安全性并節省大量人力、物力。

全自動澆注機必須達到最佳澆注，即必須準確地將鐵液穩定澆入澆口杯，并且澆注過程中始終保持澆口杯處于充滿狀態直至澆注結束，同時要在保證工藝要求的前提下盡量加快節奏，保證造型線的節拍不受澆注的影響。

目前，全自動澆注機有三大類，即底注式、氣壓保溫式和傾轉式，適用場合各不相同，只有這樣才能充分發揮各自的優勢。

（1）底注式澆注機 優點：①澆注節拍快。②鐵液較純凈，可減少鑄件夾渣、渣孔缺陷的產生。缺點：塞桿和澆嘴更換頻繁，費用高。

底注式澆注機適用于造型生產率大于300型/h的垂直無箱造型或只澆注灰鑄鐵的有箱造型線。

（2）氣壓保溫式澆注機 優點：①可以對鐵液進行保溫和升溫。②澆注質量穩定。主要缺點：①爐內積渣清除困難。②澆注爐修爐時間長。

氣壓保溫式澆注機適用于造型速度較快、澆注箱重較大且同種牌號鐵液的有箱造型線。

（3）傾轉式澆注機 優點：①使用靈活，可以隨時控制鐵液流速，使用廣泛。②不存在漏液現象。③澆包修理方便。④使用成本較低。⑤鐵液牌號切換便捷。缺點：鐵液需要倒包。

傾轉式澆注機適用于造型生產率150箱/h左右，且灰鑄鐵、球墨鑄鐵混線生產的脫箱造型線。

為了實現水平脫箱造型線的自動澆注，我公司研發了傾轉式自動澆注機，用于鑄件生產過程中金屬熔液的澆注，其采用全伺服驅動方式，具有自動稱量精度高和澆點定位準確等特點，是脫箱造型線必備的澆注裝備。

2. 傾轉式自動澆注機

傾轉式自動澆注機驅動方式主要有繞包嘴驅動和澆包重心驅動兩種。

HAPI型自動澆注機設備結構特點：

（1）采用繞包嘴驅動方式。以澆包澆口位置為中心旋轉來進行澆注，傾斜角度0o～70o，保證穩定澆注。

（2）縱向行走裝置。澆注機縱向行走采用交流伺服控制，由齒輪、齒條機構完成運動，運行可靠、平穩、靈活，定位準確，具有無級調速和走節距功能，可以自動回原位，澆包可縱向移動以對正澆口杯。

可與造型線建立聯鎖，控制造型線暫停推型，并且可以實現與造型線同步運行。

澆注機兩端設有安全開關，防止誤操作發生危險，并有自動清掃軌道裝置。

（3）橫向移動，采用伺服電動機驅動，沿生產線方向移動，軌道長度與可澆注砂型數量相適應。

（4）升降移動采用滾珠絲杠提升，直線導軌導向。在澆包傾倒時，升降裝置可以實現高度調整，以適應不同砂型高度。

（5）稱重采用精密數字化傳感器模式，對流量和澆注重量進行計量控制。

（6）澆包容積600k g以下采用單提升滾珠絲桿；800k g以上采用雙提升滾珠絲桿。

（7）澆包容積600k g以下采用側掛式澆包；800k g以上采用回轉機架雙掛式澆包，機動滾道換包。

（8）澆注傾轉采用電動單推桿。

（9）采用筒狀茶壺形澆包，具有良好的撇渣性能；為了保證澆包保溫效果最好，優化了桶狀澆包桶體結構，以確保液體金屬表面積最小并配有包蓋，可有效減少熱量損失，減小溫降。

澆包配有對應的筑包模具，可以滿足橋式起重機和叉車的運輸要求。

（10）電控系統。采用可編程控制器（PLC）控制，具有體積小、抗干擾能力強、性能可靠及使用方便等優點，提高了機器運行的可靠性。各個聯鎖安全、可靠，并設有急停開關。

該系統配有人機界面，可以設定和顯示各個運行參數，監控運行狀態，故障報警。澆包傾轉速度及傾轉角度可在該界面顯示，并有鐵液下限位報警。

（11）隨流孕育裝置。該裝置固定于澆注機上，由料斗、螺旋給料機、氣控系統、導管、紅外熱金屬探測器等組成。

孕育劑的加入量通過微型螺旋給料機來控制，由變頻控制實現無級調節給料量，達到隨流孕育的目的。

該裝置設有料位檢測，當料位不足時可提示加料，保證加料和澆注同時開始。

（12）同步裝置。該裝置取造型線的運行信號，控制澆注機與造型線同步運行實現同步澆注，保證澆注過程不停線。使用旋轉編碼器采集信號，并可以對信號進行一定處理，保證同步過程穩定、準確。

（13）智能識別澆注。澆包更換完畢后，只需按下自動啟動按鈕，澆注機根據砂箱狀態（需手動設置）自動運行至距生產線最近的未澆注砂型，并自動預對準澆口（若澆口出現偏差，只需微調）進行自動澆注。砂型澆注完成后，自動運行至下一箱可澆注砂型進行澆注并可以自動跳過壞砂型，自動過程持續至剩余鐵液不足以澆注一箱砂型。鐵液剩余不足時，提示補充鐵液。

（14）型板參數預輸入功能。將所生產的產品參數輸入，若待澆注產品參數變更時澆注機的澆注參數隨之自動變更。澆注參數包含：型板號、鑄型高度、澆注位置、澆注重量設置、孕育劑設置、澆注曲線等。

HAPII型自動澆注機特點：

（1）采用繞包重心驅動方式。傾斜角度0o～70o，保證穩定澆注。

（2）橫向移動、縱向移動和澆包傾轉采用伺服電動機驅動，可實現三軸聯動。

（3）升降移動采用滾珠絲杠提升，直線導軌導向。

（4）虛擬繞包嘴澆注，自動適時調整鐵液的澆點，保證穩定澆注。

（5）稱重采用浮動托盤、4點稱重。

（6）通過同步編碼器，實現橫向移動同步澆注。

（7）澆包采用側掛式固定，實現澆包快速裝卸。

（8）通過孕育機構實現澆注時適時孕育處理。

（9）采用氣缸升降配重，改善升降絲杠和伺服電動機的受力狀態，延長其使用壽命。

主要技術參數如下：

鐵液材質為球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、灰鑄鐵；澆包容量500～1200k g；澆注重量15～50k g；澆注精度＜±1k g；澆注速度3～7kg/s。

圖1 浙江某公司HAPI澆注機

3. 應用案例

案例1：HAPI—50澆注機2014年用于浙江某公司AMF-Ⅲ07脫箱造型線的自動澆注（見圖1），造型線生產率100型/h，主要生產縫紉機機頭、底板等鑄件，澆包容積500k g，每包鐵液澆注10～30型，投產已穩定運行一年。

案例2：HAPII—50澆注機，2015年用于山東某公司AMF-Ⅲ06脫箱造型線的自動澆注（見圖2），造型線生產率120型/h，主要生產卡鉗體等鑄件，澆包容積600k g，每包鐵液澆注10～30型。該自動澆注機投產兩個月以來，運行平穩。

圖2 山東某公司HAPII澆注機