Pep-Set树脂砂脱箱造型生产线的研发与应用

王淑梅，高 磊，桑飞星，许魁莲

（双星漯河中原机械有限公司，河南漯河 462000）

Pep-Set树脂砂采用的粘结剂由三部分组成，组份Ⅰ、组份Ⅱ、组份Ⅲ，固化原理与普通冷芯盒工艺相似，只是组份Ⅲ直接以液态加入原砂中混制。由于其型（芯）砂的流动性好，可使用时间长，溃散性好、发气量低等特点，能够适应较复杂铸件的造型和制芯。因此，广泛应用于钢、铁、铝合金等各类铸件中，尤其适用于生产批量较大的中小尺寸复杂铸件（如汽车发动机的缸体等）。近年来，双星漯河中原机械有限公司一直致力于Pep-Set树脂砂自动造型线的研究，开发了Pep-Set树脂砂脱箱造型自动生产线的先进技术，并在湖北某厂的六缸发动机缸体铸件上得到了很好的应用。下面简单介绍该线的布局特点、单机性能及电气控制。

1 旧砂处理系统

1.1 生产纲领和技术指标

生产纲领：年产15 000～20 000 t铸件，砂铁比为（4～5）∶1，采用二班工作制 16 h。

根据以上条件，砂处理能力设计为15 t/h,造型能力为10～15整型/h。在系统配置上，考虑满足“柔性生产组织”的要求，以便在生产过程中，能够根据工艺要求的不同及生产的不同环节合理选择系统设备的开停而不影响系统的正常运行，降低生产成本，便于生产组织。在满足社会进步、环保要求及保证工艺质量、生产组织、经济效益的前提下，力求改善工人的作业环境。在设备选型配置上，以安全、可靠、使用成本低、节能环保为设计原则，来确保设备可靠性强、易损件少、使用成本及原材料消耗低，为提高铸件的附加值打好基础。

技术指标：旧砂处理后，总脱膜率≥28%，旧砂回收率≥95%，再生砂灰分含量≤0.5%，灰尘排放浓度≤50 mg/m3。

1.2 砂处理线布局特点

整条砂处理线包含落砂系统、破碎再生系统、砂调温系统、砂输送系统、除尘系统和电控系统等六大组成部分，整线设计突出以下几个特点：

（1）高效节能：落砂后采用双质体振动输送机送砂，送砂温度可达400 ℃，避免了传统皮带送砂不耐高温的现象；

（2）两级筛分：即破碎筛分机和直线振动筛砂机，能够确保旧砂中的杂物去除干净；

（3）两级磁选：即S997悬挂磁选机和S528Ⅱ贯通式磁选机。能够将旧砂中较大的铁块和铁豆等磁性物质全部分离出来，确保了后续再生机易损件的使用寿命；

（4）多级风选：即再生机下部设计二级风选，可以将再生后砂子中的粉尘充分吸走，从而提高砂型的透气性，降低造型时树脂的加入量；

（5）多级再生：再生机选用四级高效再生机。它具有能耗低、砂粒破碎少、再生效率高、易损件少、维修保养简单、占地面积小等特点；

（6）废料集中排放：设计有废料小车和吊装机构，减轻了工人的劳动强度，方便了生产现场的管理；

（7）工控机控制：整线电气控制采用日本OMRON公司制造的CP 系列PLC；动作可靠，故障率低，能可靠地完成各种所设复杂控制流程。采用工控机结合组态软件对整个系统进行动态监控，可以方便的采集、统计系统参数，便于对铸件的质量控制和成本控制。

1.3 主要单机设备介绍

1.3.1 SJZF15四级高效再生机

该设备是引进德国ECO技术，结合我国优质砂较少的国情下开发的新型节能产品，再生能力为15 t/h，电机功率为18.5 kW,转速为810 r/min。

再生流程为：经过筛选后的旧砂首先进入旋转再生机的第一级再生盘，在高速旋转力的作用下，砂子被抛到四周的耐磨板上，然后再反射回来，通过再生盘间的缝隙进入中部滑槽，落到第二级再生盘上，开始第二级再生，依次循环进行第三级和第四级再生。它的再生原理主要是利用旧砂粒间的搓擦达到脱膜并圆整砂粒的目的，同时旧砂在再生体内自动形成对机壳的垫层，保护机壳不受磨损，外装坚固的耐磨衬板，完成对旧砂的四次再生，可有效保证砂子的可靠再生，而且砂子在再生过程中不会破碎，砂粒圆度更好、更规矩，再生后的旧砂可有效降低液料的加入量。再生机构如图1所示。

图1 四级再生机构

该机具有以下优点：①采用四级再生增加砂子的停留时间和再生时间，是一种以离心磨擦为主进行脱膜再生的机械回转式再生机，特别适合我国优质砂资源较少的状况；②环形再生盘采用耐磨合金材料制作，提高了易损件的使用寿命；③回转主轴采用防尘罩密封、密封圈密封和油沟密封等多种防尘措施，防止灰尘进入轴承部位；④设备壳体上开有抽风口，生产过程中产生的粉尘可以顺利排出；⑤与老式的离心再生机相比，砂粒不易破碎，易损件少，并且年节约电力12.5万度，节能效果非常明显；⑥设计有自动油泵定期对轴承部位进行润滑。

1.3.2 气箱脉冲袋式除尘器

该除尘器是我公司在引进美国富乐(Fuller)公司技术基础上,吸收德国同类产品技术优点,结合我国实情研制开发的新型高效袋式除尘设备,它集分室反吹和脉冲喷吹袋式除尘器的优点于一体,克服了分室反吹的清灰动力不足、喷吹脉冲的清灰与过滤同时进行的缺陷,扩大了袋式除尘设备的应用范围。该产品集国内外同类产品的优点,有效的提高了气箱脉冲袋式除尘器的除尘效率和运行的可靠性,延长了滤袋的使用寿命。

（1）选择优质的脉冲阀

对于除尘器清灰关键部件—脉冲阀，采用了国际知名品牌公司的直角式脉冲阀（图2），该产品采用全自动生产加工工艺制造，据有100%的产品质量统一性，启动关闭迅速可靠，阀体阻力低，在较低的气源压力下，也可很好地完成清灰工作，脉冲阀的膜片、弹簧及电磁圈均可提供三年质保，并满足开闭100万次的要求。

（2）滤料的合理选择与设计

图2 直角式脉冲阀

根据烟气特性，高温场合采用上海博格公司产耐高温美塔斯滤料，该滤料可瞬间承受240 ℃的高温；温度150 ℃的场合采用中温迷特滤料；温度≤130 ℃的场合采用拒水防油涤纶针刺毡或涤纶针刺毡滤料。滤料采用阶梯形梯级层面结构，迎风面纤维细，背风面纤维粗，滤料清灰容易，阻力低。

滤袋上口设计为弹簧形式，弹性好，不易腐蚀，寿命长；滤袋上部设计增加了加固布 (图 3)，增强易破部位的强度，延长了滤袋的使用寿命；滤袋采用专用的三针平缝缝纫机织成，强度高，密封好。

（3）结构设计

设备采用气箱式结构，降低了设备的局部阻损，中部箱体采用钢板压型，强度刚度好，既能满足高浓度高负压的要求，又保证了外形的美观。

出灰口安装星形卸料器，排灰口下端设有密封的贮灰箱，排灰时可向贮灰箱加入水，可有效地避免二次扬尘现象。

2 混砂造型系统

2.1 设备组成及特点

如图4所示。造型圈部分包含混砂造型、起模和砂型烘干两大部分。造型设备主要配备有SZ2220P单臂连续式混砂机、振实台、转运小车、翻转起模机等。砂型烘干主要采用表干炉进行烘干，烘干后的砂型再通过专用吊装设备运到铸工输送环进行合箱浇注。

工艺流程：采用20 t/h单臂连续式混砂机混抽型砂→翻转起模机震动脱模→刷醇基涂料→表杆炉烘干（180 ℃）→出炉冷却→合型→浇注。

本线配备的混砂机采用单臂连续式混砂机，生产效率为20 t/h，回转半径为2 000 mm，出砂口高度为1 200 mm。采用中速混砂机理，混砂槽衬板及叶片磨损较少、混砂时发热小，提高了易损件的使用寿命。树脂和固化剂通过雾化装置在混砂搅笼里加入，搅笼以553 r/min的转速进行混砂。组分Ⅰ和组分Ⅱ采用进口高精度齿轮泵控制供给，使调节更方便、精度更高，可根据不同的工艺要进求进行调整。

图3 滤筒结构图

图4 混砂造型圈平面布置图

图5 单臂连续式混砂机

混砂装置由减速电机、联轴器、机体、螺旋、搅笼轴总成、混砂槽、叶片等组成。混砂机工作时，电机通过联轴器，将动力传动给混砂轴。混砂轴上有形成螺旋状的叶片，扁平的叶片与轴线成一定角度，相当于形成一多头螺旋。为了使叶片定位更准确特采用八方定位，混砂叶片前沿镶嵌或堆焊硬质合金，并设计成可调整型叶片使其使用寿命大大提高。混砂槽为对开式结构，内衬6 mm厚的不锈钢衬板，打开门扣可使全部混砂叶片、螺旋暴露在外，为检修和清理叶片、衬板、螺旋粘砂提供了极为有利的条件。混砂槽上有进砂口、固化剂注入口、树脂注入口、氨水注入口、当砂定量流入混砂槽内通过时，首先加入固化剂，经过一段距离使砂和固化剂初步混均再加入树脂进一步混合，粘有固化剂的砂子与树脂在混砂槽被形成螺旋状的叶片切割、搅拌、搓捻的同时向前推进，使混合好的型砂从出砂口连续定量排出。

这种混砂方式就是单砂双混法。每班下班时按下清洗按钮可以对混砂装置进行清洗，可有效地减轻工人的劳动强度。

翻转起模机是造型中的关键设备，本线中配备的是LHFQ2580型翻转起模机（图6），翻转轮直径为2 580 mm, “O”形回转架结构，整体强度高、刚性好，设有振动起模及起模检测装置，能够确保顺利起模。

图6 LHFQ2580型翻转起模机

工作流程为：该机采用带边辊的机动辊道，与线上的辊道同步将型板、模型、砂箱(填好砂的)一起送入起模机的升降台上。然后，安装在其上的夹紧油缸将下面的垫板夹紧锁住。两压紧油缸同步驱动升降台将砂箱、模型、垫板等一起向上压向上带边上辊道。当达到一定的压紧力后，液压马达动作，驱动回转机体正翻转180°，回转机体的翻转由液压马达驱动伺服阀调速，可以实现无级调速，慢、快、慢平稳工作。正翻转停稳后，四个橡胶弹簧将工作台顶起，振动电机开始振动，与此同时压紧油缸收缩，进行拔模起模。如起模时模型与砂箱不能脱开（将砂型一同带起），检测装置将发出信号，压紧油缸即刻下降，如此反复直至完成起模。起模后上辊道将砂型送出。然后，回转体反翻转180°,下夹紧油缸把型板松开后,下机动棍道把型板、模型以及砂箱再一起送出。如此完成翻箱起模机起模的全过程。图7为脱箱起模及合箱后的砂型。

2.2 造型线的自动化控制

图7 脱箱起模及合箱后的砂型

该造型线要求自动化程度高，尤其是翻转起模机的控制程序是我公司多年来研发的核心技术，起模时两个液压油缸同步顶升是程序控制的难点和重点，初步设计时为确保设备的同步精度达到1/1000，两个油缸分别配置了位移传感器检测油缸的位移量，油缸的速度釆用进口电液比例阀来保证，再通过PLC对检测到的模拟量信号进行运算，调节比例阀的开度控制给油量，从而实现两个油缸的同步顶升。

另外，通过采用触摸屏与PLC程序的有机结合，可以实现任一工件在60个工位上时时显示的功能，当此工件要被送去落砂清理时，系统会自动控制报警提示技术人员查看，实现人机对话操作。

3 铸工输送环

3.1 设备组成及特点

铸工输送环如图8所示，它由61个铸工小车组成了五条输送辊道，靠两台转运小车、4台推型机和1台步进式推型机来完成砂型的输送和落砂工作。在第一条辊道上可以完成喷涂、下芯、合型等动作，第五条辊道为浇注线，可以实现砂型的浇注，中间3条辊道为冷却线，保证砂型有足够的冷却时间后，由步进式推型机来完成砂型的落砂工作。5台推型机均由液压缸控制，运行平稳，动作可靠。

3.2 电气操作说明

铸工输送环的电气操作有四种模式，手动操作、步进操作、一次循环、自动循环。

手动操作主要用来调试和维修设备，手动操作全部通过触摸屏实现。按下对应设备的触控区即可开停对应的设备。

步进操作主要用来调试设备的自动运行程序，每按一次“自动起动”按钮，程序执行一步内的动作。

图8 铸工输送环平面布置图

一次循环主要是边造型边落砂时使用，“下箱工位”、“下芯工位”、“箱工位”都被按下或按下“自动起动”按钮，程序执行一个循环后停止。

自动循环，主要用集中落砂。按下“自动起动”系统一个循环结束后，自动进行下一个循环，直到按下“自动停止”，系统循环结束后停止工作。

4 结语

通过近几年对Pep-Set树脂砂再生成套设备的研究，我公司已经为湖北恩施某厂提供了一套完整的脱模造型自动生产线，经过安装调试后，运行平稳可靠，砂型硬化速度快，生产效率高，浇注后的铸件外观质量明显提高，尺寸精度也得到了很大提升，达到了用户满意的效果。

2010年，我公司又与某军工单位成功签订了两条Pep-Set树脂砂自动造型线，专业生产航空航天铝合金铸件，经过各项性能指标检测，均达到了技术要求。 随着铸造技术的不断进步和铸造方式的不断改变，我们坚信，该自动造型线一定会在不同的领域得到更广泛的应用和推广。

[1]孙志扬.Pep-Set树脂砂工艺在WD615欧Ⅱ气缸体铸件生产上的应用[C].中国机械工程学会第十一届全国铸造年会论文集,2006.08.

[2]周伏生，陈国新.脱箱造型自动生产线[J].中国铸机.1994.02.