一条自动化V 法铸造生产线

杨长春，朱晓霞，黄福祯

（青岛盛美机械有限公司，山东青岛 266400）

V 法造型是一种真空密封造型铸造方法，又称负压造型。是用细干砂作型砂,填入砂箱并加以紧实,用塑料薄膜经加热后在带有通气孔和抽气装置的模样上覆膜成型,密封砂箱,并依靠真空泵抽出型内气体,在一定的真空度下砂粒之间失去相对运动从而使砂子得到紧实,形成所需的型腔；这是一种物理造型方法，也是目前最先进的铸造方法之一。V 法造型目前应用的生产线形式有台车穿梭式、转台式、辊道组合式等三种，其中台车穿梭式主要以半自动化为主，转台式、辊道组合式大部分已经发展成为自动化线。

1 自动化V 法生产线的基本情况

1.1 自动化V 法生产线的定义

自动化在机械行业的定义很广，解读空间也很大，作为行业细分领域的V 法铸造，一条自动化生产线应该符合以下几个标志：自动覆膜（包含底膜、背膜）；可实现机器人喷涂、机器人下芯；扣箱、起模、解箱、取工件实现自动；全线转运在线上进行（在线浇注）、过程中不需要人工切换真空等；效率：≥6 型/h；可以对V 法运行各个工序进行数据采集，可以成功对接企业管理软件；绿色、环保、超低排放。

1.2 自动化V 法生产线在中国的发展

国内V 法自动化市场受工艺和装备的制约，发展速度较慢，已投产生产线（见图表1），其中以生产灰铁浴缸为主。

表1 国内已经投产的自动化V 法生产线

自动线经过近几年的发展，已经由原来依靠进口，全部实现了自主研发、制造，无论从生产线布局、工艺技术、产品制造等各个方面都实现了国产化，大大降低了设备成本，得到了很多客户的青睐。

1.3 自动化V 法生产线是发展趋势

制造业在智能制造的浪潮下也积极转型，自动化、数字化、智能化水平大大提高，各行业领军企业越来越重视生产设备的数据采集和车间联网，设备数据可视化程度显著提高。未来制造业的发展是以信息技术革命性突破为基础，反映了工业经济数字化、信息化、智能化、网络化的发展趋势，建设数字化车间、构建智能工厂、实现智能制造。多数制造企业，数据采集靠笔、数据处理靠人、分析靠经验，设备管理维护、人员知识结构仍未实现全配套，面对真正意义上的智能制造还有非常大的距离，所以迫切需要铸造智能化。

2 自动化V 法生产线的基本情况

我公司同国内某知名工程机械厂历经9 个月的交流，达成战略合作，双方集合自身优势，借鉴行业成功案例，研发、制造一条自动化、智能化的V 法铸造生产线。

2.1 项目概述

此条V 法生产线主要用于铸钢桥壳的生产，在满足V 法铸造工艺的特殊性基础上，主要涉及的是砂处理、造型、浇注冷却、落砂、全线散落砂收集、除尘、真空等工部的设备和工装，辅以电控、气控、液压、水控等控制工部，整体项目规划理念先进，选用可靠设备、所应用技术成熟、工艺成熟，布置流程清晰、优化、合理、物流通畅、紧凑、维修方便。同时我们特别注重节能、环保、安全三个要素，设备能够实现可视化、数字化、智能化运行，可以实现与MES 控制软件的对接。

2.2 自动化生产线工艺技术要求

2.2.1 生产要求

主要产品：桥壳；熔炼能力：6t 电炉；浇包：6t底注钢包（使用自动浇注机）；工作制度：251 天/年、双班制：每班8h。

工艺要求见表2 所示。

表2 工艺要求表格

2.2.2 主要设备参数

砂处理能力：40t/h；新砂的微粉含量：≤0.5%（200 目以下）；旧砂回收利用率：≥95%；砂库砂微粉含量：≤1%（200 目以下）；循环用水量：200m3/h ；水压：0.15MPa～0.30MPa；压缩空气耗气量：28m3/min，供气压力：0.4MPa～0.6MPa；液压系统工作压力：10MPa（标准矿物液压油）；粉尘排放：≤20mg/m3，总风量：130000m3／h；设备噪声：≤85dB/A。

2.3 主要工艺流程

2.3.1 造型工部

造型工艺流程（如图1 所示）：模型进入1#造型辊道先到达①覆膜位：模具清扫、覆膜器取膜、加热、覆膜，模型到②粘贴冒口位：人工粘贴冒口，模型到③预留粘贴冒口位：根据冒口复杂程度使用，模型到④喷涂位：人工（预留机器人接口）喷涂，模型到1#造型转运车上⑤扣空箱位：机械手扣箱，模型通过2#造型转运车转入2#造型辊道，模型到⑥烘干位：烘干罩进行烘干，模型到⑦预留烘干位：根据工艺需要决定使用、人工放冷铁，模型到⑧加砂位：自动加砂震实，模型（砂型）到⑨覆背膜、起冒口位：人工刮平覆背膜、起冒口（上箱），模型到2#造型转运车上⑩起模工位：起模机械手动作起模、翻转、将下箱放置到托盘小车上（同时模型旋转进入1#造型辊道进行造型），人工夹具下芯，上箱起模机械手动作起模、翻转、检查、合箱，合箱转运车可分别行走至1#、2#、3#浇注线，铸型移动至浇注线进行浇注。

两种标准下均显示男性HHT患病明显高于女性,且随年龄增高,H型高血压发病越高,这与国内为研究结果一致。尤其是以≥10μmol为标准时,80岁以上高血压患者均为HHT。研究显示当人体血浆HCY水平降低3umol/L时,心肌缺血的风险则相对降低16%,脑血管疾病发生率可降低约为24%(3)。

图1 造型工艺布局

2.3.2 浇注冷却工部

浇注冷却工部工作流程为：铸型带真空可以分别进入1#、2#、3#浇注线进行浇注，保压、冷却然后转运至冷却转运车进入冷却线。

设计3 条浇注线，每条12 个工位可进行浇注、保压，为保证造型效率，减少人工辅助，改善劳动环境，采用固定真空梁和移动真空梁在浇注和转运过程中保持真空。设计3 条冷却线，共36个工位。

2.3.3 解箱工部

解箱的工作流程为：铸型转运至落砂转运车进入落砂线，解箱机械手（带真空）将铸型转至解箱间：开箱，解箱机械手将砂箱放置在回空箱辊道上，进入造型工部，托盘小车经过回转进入造型工部。

2.3.4 铸件冷却工部

铸件开箱后由取工件机构铸件其转入铸件冷却托板车中自然降温，动作流程：在1#冷却线1#冷却托板转运车将冷却托板车向右推动到2#冷却托板转运车，2#冷却托板转运车转运到2#、3#冷却线，2#冷却托板转运车向左推动将托板车转运到1#冷却托板转运车，在铸件振动清理机位启动：振动落芯，铸件吊起装置吊起铸件清理芯砂，继续振动直至芯砂基本清理干净，芯砂倾倒装置启动，将铸件冷却托板车中的芯砂倾倒出来。

图2 浇注冷却工艺布局

图3 铸件冷却工艺布局

图4 砂处理工部

2.3.5 砂处理工部

砂处理工部的工作流程：机械手将浇注后的砂箱吊运至落砂格栅上方，自动取底膜机构取底膜，铸件落至落砂格栅车上，机械手将砂箱放回定盘小车上，同时：型砂落到落砂格栅上依次进入落砂斗、振动输送筛砂机、1#板链提升机、风选机、1#砂温调节器、2#斗式提升机、贯通式磁选机、2#砂温调节器、3# 斗式提升机、1# 皮带输送机、砂库、2#皮带输送机、4#斗式提升机、造型砂库。在起模、刮砂覆背膜等工位设置散落砂收集装置，主要有收集斗、收集皮带机、提升机等。

3 V 法生产线的智能化体现

3.1 专业技术要求

（1）过程数据（例如：温度、流量、压力、重量、电流、电压等）必须嵌入到工业平板控制系统。

（2）可变数据（例如：各个工位的砂箱码、产品条形码、过程数据等）必须集中到同一个DB 块，方便中控室上位机访问。

（3）工业平板的组态界面要形象的衬托出生产线的工况状态，显示故障信息、砂箱扭转记录、关键数据曲线、工艺参数的调整，并可对生产线的每个设备进行手动操作等。

（4）尽量减少现场仪表的数量，集中用电控系统控制。

（5）设置专用的智能设备的网络地址区域。

3.2 配置要求

（1）根据本套造型线工艺要求，本电气控制系统采用可编程控制器控制，PLC 机选用西门子产品，其他主要低压电器采用施耐德或西门子产品。

（2）本套造型线设有工控机1 台。实现现场工人操作出错时进行生产计划更改、上报。

（3）本控制设有手动/自动控制功能。

3.3 控制工艺及设计方案（总体规划，逐步实现）

本系统主要包含：砂处理电控、造型线电控另外还要往甲方提供的砂处理水控系统、除尘系统、铸件冷却系统、真空泵电控系统、真空泵水控系统引进控制线；与甲方MES 系统相对接的工控机等。

3.3.1 砂处理系统电控

砂处理系统主要是控制我方提供的单机设备，将信号线接入甲方提供的砂处理除尘系统、砂处理水控系统、铸件冷却系统。砂处理提供数据信号：砂温调节器显示实时砂温，如砂温超过设定温度范围，系统内报警；水控系统进出水口处实时水温，若超过设定温度范围，系统内报警。

3.3.2 造型、浇注、冷却系统电控

造型、浇注、冷却系统将信号线接入甲方提供的造型除尘系统、浇注除尘系统、真空泵电控系统、真空泵水控系统。

（1）甲方MES 系统在造型时对模片进行扫码记录、对相应砂箱也进行扫码记录，并在车间大屏显现相应信息，每次砂箱移动都记录模拟运行轨迹，并显示到甲方MES 系统的大屏幕上。

（2）浇注机有独立的西门子200 smart PLC，我方造型线系统将待浇砂箱轨迹上报甲方MES系统，甲方MES 系统根据生产计划回传到浇注机需要浇注的砂箱信息，浇注机根据接收信息对需要浇注的砂箱进行预成像扫描，找准浇注口位置，退回到初始位等待浇包上位，同时将需要浇注的砂箱信息回传到造型线系统，并将信号传递到真空分配器。浇注机接到浇包后启动浇注开始按钮，同时真空泵接收到启动信号，真空稳定后，真空分配器按程序开启，浇注前按浇注机系统提供的浇注前保压时间计时，真空压力正常时才能浇注。浇注完成后，按浇注机系统提供的浇注后保压时间计时，到保压时间真空分配器自动关闭。

（3）浇注机控制系统应具备整体称重功能，称重精度控制在1kg 以内，可实现定量浇注，可实现特定产品浇注铁水重量运算，以及特定产品需水重量MES 反录入功能。

纵观国内、外各种铸造生产线发展的趋势是自动化、智能化，我国V 法自动化线发展十分缓慢，这源于部分企业对V 法工艺和对自动线的认识问题，究其核心是我们大部分从业人员对V 法工艺、装备的研究还没有达到一定的深度，这就需要我们立足本职、开拓性的研究与探索。V 法工艺的优势不仅能在传统铸件领域得到进一步发展，在许多新的产品领域依然可以发挥优势，作为发展趋势的自动化、智能化生产线也将会被越来越多的人和企业接受。