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1、中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集中小型铸钢企业V法铸造技术应用注意事项张海勋1 张建满2（1.天瑞集团铸造有限公司 河南汝州 467500；2.华中科技大学 湖北武汉 ）摘要：对于中小型铸造企业，结合企业特点和V法铸造的特性，在生产线方案和布局设计、工艺设计、工装模具的设计制备、主要原材料选用、熔浇设备的选定等方面进行合理性、适宜性和经济性选择，避免盲目投资，实现V法铸造的经济、高效、环保、安全、可靠的多品种、中小批量生产，推动V法铸造技术的长足发展。关键词：中小型企业 V法铸造技术 注意事项1. 前言V法和消失模铸造同为我国同时期引进的第三代物理成形铸造技术，消
2、失模铸造技术的推广和发展迅速，发展势头良好，铸件质量和工艺工装技术水平都有较大的提高，企业经济规模不断扩大和提升。近年来，因环保、能耗和劳动力的限制使得大量的国外铸件生产转入中国。同时，国内铸件需求亦不断增加。客户在不断提高铸件内部质量要求的同时，也不断提高对铸件表面质量的要求。然而，中国铸造行业的一片繁荣也带来了环境污染加重、能源消耗增加和重体力劳动力资源短缺等一系列问题。为此，我国加大对铸造行业的限制，抬高铸造企业准入门槛，促使国内铸造技术和铸造企业更新换代。V法铸造和消失模铸造一起被誉为 “21世纪铸造新技术”和“绿色铸造技术”， 既符合国家“绿色制造”产业政策又符合企业效益需求和客户的
3、产品质量需求。消失模铸造技术在铸铁领域广泛应用和推广，铸铁类铸件质量得以大幅提高，使得客户对铸钢件质量的期冀不断增强，促使铸钢企业在V法铸造和消失模铸造技术方面投入越来越多的探索和实践，尤其是中小型铸钢企业。缘于国家对铸造企业更高的准入要求，新增铸造企业和原有铸造企业的扩建均面临国家产业政策的限制，环境污染和能源消耗方面的评审尤其严格。企业铸造技术的创新一来提高了铸造技术水平，同时也易于获得高新技术企业性的国家扶持。这样一来，V法铸造和消失模铸造作为“绿色铸造技术”的优势就更加突出，成为新增铸造企业和铸造企业扩建的首选。V法铸造和消失模铸造在适用方面存在差异，铸钢企业更多选择V法铸造技术，近年
4、来， V法铸造成套设备、工装模具制作水平、关键原辅材料（EVA薄膜、涂料等）的保证能力不断提升，越来越多的铸造企业投入V法铸造生产实践，V法铸造工艺技术获得了长足发展。个人从事V法铸造生产铸钢产品实践十余年，在V法铸造生产线方案选择和布局设计、工艺和工装设计、原辅材料选用、铸件质量控制等方面，积累了一些经验和教训，并就注意事项进行了总结，希望能对中小型V法铸钢企业提供帮助，实实在在地推动V法铸造技术向前发展，并得以广泛应用。2. 铸钢件V法铸造生产线方案和布局的选择及确定企业根据考察、分析并确定立项后，应组织工艺技术和设备及生产部门进行生产线方案的初步构想，并结合产品类型、结构和生产纲领确定设
5、计方案的要求。一条V法生产线投入不菲，不可轻率，在自己经营不足的情况下，必须组织实践经验丰富的技术人员进行咨询、讨论，结合企业的投资能力、产品市场周期和汇报率、生产纲领、环保要求和能力、生产工艺流程等方面确定生产线的组成方案、布局、自动化程度及投资规模。必须根据企业确定的工艺、方案、目标和要求进行V法生产线的设计、采购和制作，鞋子合适不合适，只有脚知道，不可做“削足适履”的蠢事，也不可盲目投资。近年来，不少企业看到了V法铸造技术的优势，纷纷上马，设备制造企业也如雨后春笋般涌现。出现了不少“削足适履”和“削履适足”的情况，也有上马就下马的情况，不是设备不适宜，就是质量不合格，崭新的生产线无法正常
6、运行。2.1 生产线自动化化程度的选择目前，V法生产线存在自动化程度高低并存，且半自动化居多的情况。对于自动化程度的高低，应根据企业的实际情况和产品生产的实际需要，不可盲目追求高自动化。国内的V法生产线设计水平和制作能力已经获得长足的提高，但是，真正具备较高设计能力的不多，仿制的较多，尤其在整条生产线的自动控制和真空自动切换方面仍然没有完全掌握核心技术，在一些关键节点处通过变通处理维持整条线的运行，事实情况就是这样。目前，国内设备厂商在高自动化的V法生产线的设计和制作上还存在实实在在的不足，在一些系统上还不能很好地解决一些难题，给铸造企业造成一些无奈。同时，高自动化系统庞大繁杂，各系统衔接要求
7、严格，设计难度大，制作成本高，投资规模自然庞大，适合大型铸造企业，中小型铸钢企业会望而却步；另外，生产效率的高低取决于产品的结构和生产工艺及在线模具数量，不便简单地计算、比对，而一旦运行不顺畅，生产效率就显得并不是很高。高自动化的V法生产线对于操作和维修、保养的要求较高，高素质操作人员和设备维保人员的要求对于中小型铸钢企业来说，无疑要大大提高其人力资源成本，甚至无法满足生产线对这些人员的要求，并且容易出现一个环节发生故障全生产线停止，甚至砂型垮塌。高自动化的V法生产线的运转成本也是不菲，中小型铸钢企业的单位制造成本上涨，产品的市场竞争力何存？所以，对于V法铸造生产线的自动化程度的选择必须慎重，
8、满足企业投资能力、生产规模和成本控制要求即可。2.2 生产线功能子系统布局的选择为了达到结构紧凑、占地面积小的生产线，有不少V法铸造生产线的布局集中在一个生产车间或者连通的几跨厂房内，结果是生产线的各个子系统相互影响，造成整个V法生产线污染特别严重，工人劳动环境极差，车间里充斥着大量的粉尘和噪声污染，即使投入大量的环保措施，也无法达到政府环保要求和对员工身体健康的有效保护。一些企业上马V法铸造生产线的目的，除了达到V法铸造技术“绿色铸造”和提高铸件表面质量的目的外，提升企业门面的目的也在其中。根据生产实际需要，V法铸造生产线布局设计时，根据V法铸造生产线的工艺和生产布局要求，将真空系统（即真空
9、泵组）单独安放在一封闭车间，包括水循环及水冷却系统，就是采取隔离措施。真空泵组车间采取专业的降噪措施，降低噪声污染。同时，将开箱、落砂系统也采取隔离措施，单独安放在一个专用空间，除尘、降温措施在小范围内布设，减少粉尘污染和高温影响，以及为此而进行的资金投入。砂处理系统靠近真空泵组水循环及水冷却系统布局，与其共用水循环及水冷却系统，避免重复投资或减少设备投入。将V法铸造生产线的造型、制芯、落芯合箱、浇注、冷却布局在一起，其它功能子系统采取隔离措施，车间的粉尘、噪声及高温影响大大减弱。如果再适当地采用降尘和通风措施，效果更好，无论是正常生产状态，还是相关单位参观考察，甚至环保检查、评审，都能收到较
10、佳效果。2.3 造型系统方案和布局的选择V法铸造生产线是由多个功能子系统组成的一个封闭循环，一般情况下而言的V法铸造生产线主要是指造型部分。V法铸造生产线的形式多种多样，主要的形式有固定式简易V法造型机组、转台式V法造型系统（两工位转台造型系统、四工位转台造型系统、双转台式四工位造型系统、六工位转台式V法造型系统、双转台八工位造型系统）、梭动小车式V法造型系统（一造型工位穿梭式V法造型机、两个造型工位梭动式V法造型机）、带振动台车移动式V法造型系统、一字形组合式V法铸造机组（见图2-1）。图2-1 一字形组合式V法造型机组1-下型模板输送车； 2、12-移动式自动覆膜机； 3、14-喷涂料；
11、4、15涂料烘干机；5、22-放空砂箱； 6、16-加砂震实（震实台）； 7、17-刮砂复膜； 8-下箱起模翻箱机；9-下箱输送滚道； 10-下箱修型、下芯； 11-上型模板输送车； 13-空砂箱反回滚道；18-上箱起模翻箱、合箱机； 19-铸型过渡车； 20-落砂区； 21-砂斗目前，固定式简易V法造型机组已经被淘汰，带振动台车移动式V法造型系统成为目前我国V法铸造的主流设备，大中小型V法铸造企业均适用。而一字形组合式V法铸造机组则适用于大型V法铸造企业，这种V法铸造生产线的投资规模庞大，设备庞大繁杂，自动化程度和技术含量较高，占地面积较大，投入的模具数量较多，对于一般中小型V法铸造企业而言
12、，不太适合，对于那些大型V法铸造企业来说，甚至还有“妆扮门面”的效能，一个国家这样的大型V法铸造生产线也仅有那么三两条，实际的运行成本也较高，适用于大批量常态化单一产品的生产，天瑞集团铸造有限公司引进德国HWS（豪斯）公司（即瓦格纳新东公司）的V法造型线就是该类型，它用于中国铁路、北美铁路和独联体国家铁路用摇枕、侧架的大批量生产。为提高其生产效率，该生产线运行模具达到10套（即上下模各10件）。通过对形状复杂、高质量要求的V法铸钢件摇枕、侧架的工艺技术的长时间不断探索，使得天瑞铸造的这条一字形组合式V法铸造生产线成功运行，这也是德国HWS（豪斯）公司制作的用于V法摇枕、侧架铸钢件生产的生产线中
13、最成功的一条。据调查，德国HWS（豪斯）公司给俄罗斯制作的转台式摇枕、侧架生产线，因其废品率高居30%（初期达到50%）而踌躇不前，德国HWS（豪斯）公司2011年给俄罗斯季赫温车辆厂制作的摇枕、侧架生产线也因废品率太高而停止运行，乌克兰提供给白俄罗斯的摇枕、侧架V法铸造生产线也因与企业原有设备的不配套而不能正常运行，我国铸造设备厂家与德国HWS公司配套的哈萨克斯坦东方公司的摇枕、侧架V法铸造生产线至今还在调试。对于我国的中小型V法铸造企业，还是采用带振动台车移动式V法造型线比较适合，尤其是该类造型线的两种优化和改进结构，实用高效。在此，将天瑞铸造设计、制作的四工位带振动台车移动式V法造型线和
14、带振动台车移动式封闭V法造型线进行详细介绍。四工位带振动台车移动式V法造型线：一般的带振动台车移动式V法造型线，其平面布置如图2-2所示，移动车自带振动台，上下箱分开造型，而造型过程分解为三个工位。工位完成面薄膜加热、覆膜成型以及喷涂涂料，工位完成加砂和振实，工位完成覆背薄膜、砂箱抽真空和顶杆起模。带振动台车移动式V法造型系统特别适合生产中大型铸件如平衡重等铸件，设备投资不大，目前成为我国V法铸造的主流设备。图2-2 带振动台车式V法造型生产线1上箱振动小车； 2下箱振动小车； 3覆膜装置；4吸膜台；5上箱雨淋加砂装置；6下箱雨淋加砂装置；7砂斗；8上箱起模装置；9上箱翻箱机；10合型转运车；
15、11下箱翻箱机， 12下箱起模装置；13举升台A；14铸型输送辊道；15空箱返回辊道；16举升台B；17落砂栅格一般的带振动台车移动式V法造型线，从其平面布置图上可以看出该布局比较紧凑。但是，该布局不符合铸件的生产和工艺流程要求，特别是内腔坭芯较多的铸件，给制芯及制芯的转运和落芯操作带来诸多不便，坭芯破损严重，影响铸件内腔质量。另外，由于造型过程只有三个工位，生产效率偏低，且不适合多品种轮番混合生产的需要。根据生产工艺流程、提高单位时间生产效率及满足多品种生产的要求，天瑞铸造设计、制作了如图2-3所示的四工位带振动台车移动式V法造型线，移动车自带振动台，上下箱分开造型，而造型过程分解为四个工位
16、。工位完成面膜加热、覆膜成型，工位完成浇冒口粘接、喷涂涂料和涂料烘干，工位完成加砂和振实，工位完成覆背薄膜、砂箱抽真空和顶箱起模。该形式生产线可以同时有两套模具在进行造型生产，将浇冒口粘接、喷涂涂料和涂料烘干工作转移至另外一个岗位，带振动移动台车只负责覆膜、加砂和振实，完成覆背膜和顶箱起模，大大提高造型效率。上下箱造型之间腾出制芯和落芯空间，使得造型、落芯、合箱工作顺序进行，避免坭芯远距离搬运，保证生产线顺畅、高效和提高铸件质量的要求。目前，天瑞铸造的该类V法造型生产线日产铸钢摇枕、侧架60吨。制芯区落芯区上型区下型区合箱区粘浇冒口、喷涂、烘烤喷涂、烘烤图2-3 四工位带振动台车移动式V法造型线带振动台车移动式封闭V法造型线：带振动台车移动式封闭V
