发动机缸体铸件的精整工艺与装备

王德志，田永恒

（青岛三锐机械制造有限公司，山东 青岛 266228）

1 发动机缸体铸件精整

发动机缸体铸件精整是指，缸体铸件浇注成型后从落砂开始至铸件进行精加工之前的一系列铸件清理工序的总称。

它包括铸件落砂、除芯单元；一次粗抛清理单元；表面磨削单元；人工精整单元；二次精抛清理单元；人工检验及补焊单元；铸件涂装单元和热处理单元（根据需要）。典型的缸体铸件精整工艺布置如图1所示。铸件精整工艺流程如图2。

图1 某工厂典型缸体铸件工艺布置图

图2 铸件精整工艺流程

2 铸件精整工艺流程单元及关键设备选用

2.1 落砂、除芯单元

2.1.1 单元功能

该单元的目的是除去工件表面的面砂和型腔内的芯砂，面砂和芯砂分离，分别进入不同的旧砂回收系统，同时除去浇冒口和浇道，并分拣。

面砂通过振动落砂机落砂，芯砂通过振动击芯机除芯，浇冒口和浇道的除去和分拣有两种形式：机器分拣或人工分拣。

2.1.2 关键设备

1）输送式惯性振动落砂机

惯性振动落砂机如图3，结构形式为单质体远共振结构，振动源为振动电机或振动激振器，可采用上激振、下激振或侧激振形式；箱式激振器应选用专用于铸件振动落砂机的激振器，其承采用进口轴承，特制的密封结构，适用于高温、高粉尘连续生产的严酷环境，可靠性高，使用寿命长；落砂机的激振力可进行无级调节。保证落砂机能够既将砂子落下，又能将工件顺利输送到下一级。绝对不能在工件进入落砂机后，缸体铸件被破损。根据生产铸件工艺的要求，采用不同的栅格形式，保证工件进入落砂机后，工件和砂子不能堆积。根据工艺要求及现场的实际情况，选择方便维修的链接和振动形式，如电击采用侧振式等；设计和安装有合理的除尘罩及隔音室，保证无粉尘溢出现象；落砂机要求运行平稳、可靠，传递基础动载小。

2）振击除芯机

振击除芯机是近几年普遍选用的设备，（以青岛三锐机械制造有限公司开发研制的产品为例）其形式为空气锤作为动力源的振击除芯机，取代了沿用多年的气缸为动力源的形式。分为连续通过式和步进通过式两种。生产率为50件/h～70件/h。连续通过式适合于小件，步进通过式适合于中大件。

图3 惯性振动落砂机

连续通过式振击除芯机如图4，适用于4缸机及以下缸体或缸盖；结构型式为辊道输送通过式；生产率：70件/h，双工位形式（振击和翻转清砂）生产率高，布置灵活。采用机动辊道自动进、出铸件。振击头及工装更换方便，振击参数可调，适应范围广，缸体、缸盖均适用。气动振击器采用进口产品，可靠性高，使用寿命长。

步进通过式振动击芯机如图5，处理工件为四缸及六缸机缸体、缸盖。结构型式为步进式。生产率为40件/h～50件/h；采用大功率、多气锤组合振击工装，对工件的冲击更均匀有效，无损伤；采用专门设计的铸件输送机构自动进、出铸件，工装更换方便，振击参数可调。气动振击器采用进口产品，可靠性高，使用寿命长。振击点可根据工件需要选择，设备不受限制。如缸体可正反方向均可作为振击面，振击缸体曲轴箱结合面，将出砂口在垂直方向的水套芯及凸轮轴孔的芯砂等全部清除干净；出砂口在水平方向的水套芯、挺杆芯等可以将内部砂芯全部击碎，脱离铸件，便于后续清理。

图4 L424G型连续通过式振击除芯机

图5 L42412G步进通过式振动击芯机

2.2 一次粗抛单元

2.2.1 单元功能

一次粗抛是将工件表面和内部的氧化皮及粘砂利用抛丸清理机将其清理干净，便于后续工序的精整。

2.2.2 关键设备

通常采用的是悬链吊钩式抛丸清理机，按工件行走形式分为：直线通过式和双行程通过式抛丸清理机；按吊钩形式分为吊钩积放式抛丸清理机、吊钩步进式抛丸清理机和吊钩连续式抛丸清理机三种形式。如图6、图7。

图6 吊钩通过式抛丸清理机

图7 双行程吊钩式抛丸清理机

抛丸机基本参数为：抛丸工位：2～4（个）；抛丸器数量：6～12（台）；抛丸量 ：≥6×400（kg/min）；弹丸速度：≥75m/s；生产率：40～70（钩 /h）；吊挂形式：悬链。

2.2.3 选择抛丸清理机的技术要点

1）选择合理的抛丸器布置。根据工件参数和生产率的要求，选择最佳的抛射带，使弹丸完全覆盖工件。一般为 6～12（台）抛丸器，分为 2～4（个）工位。

2）采用高效大容量的抛丸器，一般要求其每台抛丸器的抛丸量要足够大，而且使用寿命长，维修方便。（尤其耐磨件的使用寿命长）

3）严格的密封措施，顶部密封和工件进出口密封，均合理有效。

4）好的耐磨件（这点非常重要），是保证设备长期稳定运行的重要因素之一。耐磨件包括抛丸室内的护板和抛丸器中的耐磨件（叶片、分丸轮、定向套、抛丸器护板等）。室体内护板分为传统的耐磨铸铁板和近几年使用比较多的轧制高锰钢板（国外产品几乎全部采用此类钢板）。

5）选用高效率的分离器，多级分离。对于铸件清理，其工件表面硬度较高，灰沙较多，最好能够增加一级磁选分离。国外同类产品大多有磁选。分离器的分离效果好坏，不仅仅影响工件的清理效果，而且影响设备的使用寿命，尤其是耐磨件的使用寿命。

6）对于弹丸回收系统中的提升机、螺旋输送机、分离器等应设计有检测及故障报警系统，对于故障可提前预警，确保设备安全、稳定、可靠运行。

7）电控系统、气控系统安全可靠。

8）配备合理的除尘系统。

2.3 工件磨削单元

2.3.1 单元功能

磨削单元主要是利用各种形式的磨削机，将发动机缸体铸件（缸体、缸盖），箱体铸件的表面进行磨削，用于清除工件表面毛刺、披缝，浇冒根、氧化皮等。可作为铸件机加工的初步加工（粗加工），经磨削后的工件，在下一步机加工工序时更容易定位、装夹，同时防止或避免了因工件表面氧化皮过厚，造成机加工时刀具的损坏或磨损加大。

2.3.2 关键设备-磨削机及其特点

上世纪90年代末，国内生产了第一台连续通过式缸体磨削机，生产率仅为20件/h，后来又生产出单工位磨削机，由于其生产率低，故障率高，没有被认可，2003年，国内生产出第一台高效双工位磨削机后，其生产率高达100件/h，被普遍认可推广，并广泛地应用。磨削机的使用，大大减轻了手工清理的工作，它不仅效率高，而且清理表面质量远远好于手工清理。不仅大大减轻了手工清理的工作，提高了生产效率，而且清理表面质量远远好于手工清理。

磨削机的结构形式有单工位（如图8）、双工位（如图9）、多工位和连续通过式，根据具体的工艺要求可选用不同的结构形式。

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图8 单工位缸体四面/两面磨削机

图9 双工位高效磨削机

缸体磨削机有双面磨削和四面磨削两种，缸盖磨削机有三面磨削和六面磨削两种机型。

单工位缸体四面/两面磨削机：工件尺寸范围：200mm～1200mm；磨削面：2～4（面）。

生产率：30件/h。结构简单，生产率低，适合于多品种，小批量生产。

双工位高效磨削机：工件尺寸范围：200mm～550mm/450mm～1200mm；磨削面：2面 ～4面；生产率：70件/h～100件/h。结构较复杂，生产率高，适合于大批量生产。

连续通过缸盖磨削机如图10，工件尺寸范围：1100×（200-550）×（60-150）（mm）；磨削面：3/6面；生产率：60～90（件/h）。生产率高，适于大批量生产。

2.4 人工精整单元

2.4.1 单元功能

经过振击除芯、一次抛丸及表面磨削后的缸体铸件还需要人工补充清理，将其内腔和部分外表面没有清理干净或完成的地方进行打磨，精整。

2.4.2 关键设备

1）输送辊道

经过磨削后的工件可以用辊道输送，辊道分为机动辊道和非机动辊道。根据具体的生产机工艺要求，选择不同形式。

2）单元清理室

每个操作位置设计有独立的单元清理室，清理室内设计有清理工作台、工件夹持机构及相关的清理工具，配备照明系统和独立的除尘系统。

3）除尘系统

清理车间的除尘是非常重要的，要使清理车间的工作环境改善，必须设计有合理的除尘系统，每个扬尘点和操作工位均设计有吸风口，并有足够的风量，配备的除尘器应效率高，效果好。滤筒式除尘器在铸造和清理车间被大量使用，通过使用情况反应良好，是未来趋势。

图10 连续通过式六面缸盖磨削机

2.5 二次精抛单元

2.5.1 单元功能

二次精抛是在一次抛丸的基础上对铸件的补充表面清理，尤其是对内腔的清理，以达到较高的清理质量，符合发动机缸体铸件产品表面质量要求。

2.5.2 关键设备

发动机缸体铸件的二次精抛，目前普遍认可的设备机型为鼠龙式抛丸清理机和机械手式抛丸清理机。机械手式抛丸清理机又分为单工位机械手抛丸清理机（潘邦代表机型）和双工位机械手式抛丸清理机（迪砂代表机型）。

1）鼠龙式抛丸清理机

自上世纪80年代中，我国引进国外鼠笼循环式抛丸清理技术以后，作为一种高效、成熟的工艺装备在国内发动机行业得到推广应用，其结构简单紧凑，抛丸效果好，目前国内很多厂家在使用该机型，如图11。

鼠龙式抛丸清理机有效抛射带范围：1800mm×400mm；生产率：50件/h～100件/h；抛丸器数量：4台；抛丸量：4 kg/min×400kg/min。性价比较高，适合于中低投资。

2）机械手抛丸清理机

机械手抛丸机原理：它是通过机械手抓持工件，在抛丸室体内使工件能够自由的正反转，从而达到彻底清除工件表面及行腔内的残余氧化皮、粘砂等，并达到铸件表面清理的合格要求。如图12。

图11 鼠龙式抛丸清理机

图12 机械手式抛丸清理机

工件最大尺寸：1400×500×500（mm）；工件最大夹持力：500kg/件；生产率：60～70（钩 /h）；抛丸器数量：4台；抛丸量：4 kg/min×450kg/min；性能优越，清理效果好，适合于中高投资。

3 结束语

近年来，中国汽车行业迅猛发展，我国的基础装备制造业也得到了快速发展，针对铸造机械清理行业，过去那种传统的半机械、半手工的铸件清理作业方式已经远远不适应于现代发展的需要，必须改造升级，发展高端装备和工艺。发动机缸体铸件的精整即是典型的产品代表，其工艺基本成熟，关键设备也得到了很大的突破，随着未来基础装备制造业的水平逐步发展和提高，以及考虑将来劳务资源的紧缺等因素，铸件清理与后处理工艺与装备，将走向真正的先进工业自动化！

［1］阎荫槐.铸造落砂清理技术设备的发展与展望［J］.铸造设备研究，2000（2）：1-5.

［2］吴浚郊，试论我国防砂型铸造设备发展战略［J］.铸造1999（12）：28-62.

［3］刘小龙.现代铸件清方式［J］.铸造设备与工艺，2011（4）:12-13.