SCR9000銅桿生產線鑄輪噴砂機的研制和應用

周朝暉， 伍錫皇， 吳才權

（廣州江銅銅材有限公司，廣東 廣州 510000）

2019 年廣州江銅銅材有限公司從美國南線公司引進的SCR9000 銅桿生產線， 是目前全球最大的SCR 生產線， 該生產線可生產直徑為8 mm 的電工銅線坯， 年生產能力為35萬t， 鑄機為五輪鑄機。鑄輪是鑄機的關鍵部件， 也是影響產品品質的關鍵部件［1］。

鑄輪在生產過程中要持續進行表面乙炔炭黑噴涂［2］， 同時還要持續接受大量冷卻水的沖刷。乙炔炭黑和冷卻水水垢黏附到鑄輪表面后會影響鑄輪的冷卻效果， 因此鑄輪需要定期下線進行表面噴砂清理， 以清除表面黏附的雜質， 并形成特定的表面粗糙度和一定的表面壓應力以提高表面強度［3-5］。

1 傳統鑄輪噴砂方式與SCR9000鑄輪問題分析

1.1 傳統鑄輪噴砂方式

傳統銅桿生產線鑄輪噴砂采用人工噴砂方式， 在噴砂時需要配備相應的勞動保護用品。噴砂使用壓縮空氣作為動力來源， 高速流動的壓縮空氣將普通黃砂吸入， 從噴槍出口處噴出， 高速擊打、 摩擦鑄輪表面， 達到表面清理的目的。噴砂過程中灰塵較大［6］， 為了抑制灰塵， 在噴槍出口處接入水管抑塵［7］， 除此之外， 無其他環保措施。傳統小規模生產線鑄輪尺寸和重量均較小， 可以用叉車在車間和噴砂點之間搬運和轉移。

1.2 SCR9000鑄輪問題分析

1）在工業生產中， 對于一般小型鑄件和加工件均采用密閉式噴砂， 但SCR9000 鑄輪體積和重量較大， 如果采用密閉式噴砂， 需要建造大型噴砂房， 性價比不高。

2）SCR9000 鑄輪直徑為3660 mm， 重量為4.5 t，無法用叉車搬運， 需要解決從車間到噴砂地點的運輸問題。

3）鑄輪待處理表面形狀復雜， 橫斷面多達7個， 其中有2 個平面、 2 個斜面、 3 個弧形表面， 需要一種合適的噴砂方式確保噴砂效果。

4）傳統人工噴砂方式勞動強度大， 作業環境惡劣， 需要實行自動噴砂， 以降低工人勞動強度，改善勞動條件。

SCR9000鑄輪外形輪廓見圖1， 橫斷面見圖2。

圖1 SCR9000鑄輪外形輪廓圖Fig.1 Outline of SCR900 casting wheel （mm）

圖2 SCR9000鑄輪橫斷面圖Fig.2 Cross section of SCR9000 casting wheel （mm）

2 SCR9000鑄輪噴砂機的研制

2.1 SCR9000鑄輪噴砂機結構設計

SCR9000 鑄輪噴砂機由運輸車、 噴砂機、 配套砂管和壓縮空氣管、 砂粒回收和除塵系統、 上下密封板、 尼龍毛刷、 擋砂環、 大斜度回砂箱、 大減速比擺線針輪減速機和摩擦輪等組成。鑄輪噴砂機外形輪廓圖如圖3所示。

圖3 SCR9000鑄輪噴砂機外形輪廓圖Fig.3 Outline of SCR9000 casting wheel sand blasting machine

鑄輪噴砂機整體采用型鋼焊接而成， 分為上部和下部。上部實現鑄輪的回轉功能， 下部實現支撐、 行走功能。回轉支撐盤位于上部和下部之間。

噴砂機罩位于運輸車末端， 下罩與運輸車固定， 上罩可手動升高或降低， 便于鑄輪吊運安裝。

噴砂機與除塵系統之間為快拆軟連接， 方便拆裝。

2.2 鑄輪噴砂機特點

1）自動旋轉， 點狀噴砂， 以點帶面。利用鑄輪整體呈圓形的特點， 采用普通擺線針輪減速機， 利用小直徑摩擦輪與鑄輪鋼架之間的大直徑比， 使鑄輪整體低速轉動。設計與鑄輪外形契合的噴砂外罩， 將噴砂加工點限制在很小的區域， 一改以往大型構件噴砂要建設噴砂房或直接露天噴砂的弊端。同時， 利用橡膠板、 尼龍毛刷、 擋砂環等彈性材料進行密封， 實現高效除塵和砂粒循環回收， 消除了砂粒飛濺帶來的安全隱患。

2）鑄輪搬運安全可靠。鑄輪從生產線上用行車吊下后， 在車間里用行車將鑄輪翻轉， 放在噴砂運輸車上， 利用鑄輪架上的安裝孔位實現定位和鎖定， 用叉車牽引到噴砂場地。運輸車和噴砂機集成一體， 運輸車既是運輸工具， 也是噴砂機底座， 鑄輪轉運一次完成， 大幅提高了作業效率和安全性。

3）摩擦傳動， 簡單可靠。由多層耐磨夾布橡膠板制作的摩擦輪被氣缸壓緊至鑄輪鋼架內沿，采用摩擦傳動， 不損傷鑄輪銅環表面。同時， 多層夾布橡膠板有良好的彈性， 彌補了定位螺栓等產生的偏心。

4）回轉支撐采用標準件。采用回轉支撐盤替代大型滾動軸承作為鑄輪旋轉軸心， 擴大與鑄輪支架的接觸支撐面， 確保旋轉穩定性， 同時大幅降低了設備造價。

5）使用不銹鋼砂。使用不銹鋼砂替代黃砂，避免了因黃砂顆粒不均勻［8］、 易破碎等缺點帶來的噴砂粗糙度不可控、 灰塵大等弊端， 噴砂效果細膩均勻， 表面質量好。

6）加入擺槍機構。擺槍機構與鑄輪旋轉效應疊加形成正弦曲線， 擴大噴砂區域， 防止噴砂區域過于集中， 提高了噴砂均勻性。

7）除塵系統。噴砂過程集中， 在噴砂罩這一相對密閉的狹小空間內附加兩級除塵系統， 除塵系統以離心風機為動力源。一級為旋風除塵， 實現不銹鋼砂與炭黑和其他粉塵的分離， 同時實現不銹鋼砂的自動循環。二級為紙濾芯， 將所有粉塵收集處理， 確保外排空氣潔凈， 大幅改善了工作環境和噴砂區域周邊的環境衛生［9］。

8）通用性好。該噴砂機主要部件均采用標準件， 加工及維護保養成本低。

2.3 鑄輪噴砂機使用情況

2.3.1 使用情況

SCR9000 鑄輪噴砂機自2019 年10 月投入使用， 至今運行良好， 很好地服務了企業生產。圖4為噴砂處理前后效果對比。

圖4 噴砂前后效果（a）噴砂前；（b）噴砂后Fig.4 Effect before sand blasting（a）Before sand blasting；（b）After sand blasting

2.3.2 經濟效益對比分析

1）節省人力。采用人工噴砂作業， 需要2~3人相互配合， 才可完成所有作業。使用噴砂機噴砂，只需要1人監控和偶爾調整設備， 還可以穿插其他作業。

2）節省時間。采用人工噴砂， 1 次噴砂作業一般需耗時90 min 左右。使用噴砂機噴砂， 1 次噴砂作業僅需45 min。

2.3.3 SCR9000鑄輪噴砂機改進方向

1）摩擦輪改進。摩擦輪最初選用的是包膠摩擦輪， 使用壽命短， 需委外包膠， 價格高、 時間長。后期對摩擦輪進行了改進， 采用多層耐磨夾布橡膠板， 磨損均勻， 更換方便， 不需要委外維修。

2）氣缸對摩擦輪的壓緊方式有改進空間。在使用過程中發生過氣缸壓得過緊， 將減速機軸頭壓斷的問題。后期可選用帶外齒的回轉支撐盤，用配套的小齒輪嚙合傳動， 提高可靠性。

3 結 論

鑄輪是銅桿生產過程中最重要的零部件之一， 鑄輪表面狀態直接影響到澆鑄的結晶效果和產品品質。SCR9000 鑄輪噴砂機擁有完全自主知識產權［10］， 很好地解決了目前全球最大鑄輪的自動噴砂問題， 解決了生產所需。