离心球墨铸铁管承口自动清砂工艺设备开发研究.docx

离心球墨铸铁管承口自动清砂工艺设备开发研究 摘 要：离心球墨铸铁管在离心浇注过程中，承口砂芯是形成铸管承口内腔的尺寸保证，要求砂芯具有较高的强度和热稳定性外，还要溃散性好离心浇注完成后常常会有残留砂块或砂层粘留在铸管承口内不易清除，使残砂带入退火炉内甚至形成承口质量问题降低生产合格率通过分析研究残砂粘留形式，采用机械破碎、承口喷雾冷却的方式成功使残砂与铸管分离，分离后的残砂在后续的吹砂工序中清理干净，实现了在无人工参与的情况下将残砂清理干净关键词：离心铸管;砂芯;残砂;自动清砂引言随着社会的不断进步和经济水平的提高，如今市场中的生产力竞争也是越演越烈，所以为了能够更好的适应市场发展以及提高生产效率，在原有离心离心球墨铸铁管自动化生产线设備基础上进行相应的扩展和完善提升设备生产速度，有效降低劳动力度，使企业生产效益得到进一步的提升，当前离心球墨铸铁管往往在浇注生产过程中，承口易粘砂和夹砂，后期处理难度大，增加成本承口粘砂的清理已成为制约生产率提高，影响铸管产品质量的重要因素，因而需要解决铸管中存在的粘砂1 承口粘砂对离心球墨铸铁管生产的影响中小口径球墨铸铁管通常采用水冷金属型离心铸管工艺，生产过程的自动化水平和生产效率高。

铸管生产在离心浇注过程中，承口砂芯是铸管承口内腔成形的保证，砂芯承受强大的离心作用力，因此离心球墨铸铁管砂芯需要较高的强度当铸管成型后，铸管承口部分在冷却时收缩，砂芯发生溃散拔管钳拔管时会辅助砂芯碎裂，使砂芯与铸管分离在生产过程中砂芯在高温铁液浇入铸型后，承口砂芯表面承受着高压高温铁液的作用，铁液有可能渗入砂芯中，造成铸管承口内表面的粘附砂层砂芯溃散过程中常常会遇到砂芯碎裂后残留块状碎芯粘留在承口内壁当残留砂芯碎块较多时，将直接影响成型铸管的称重准确性，此时离心铸管机会根据该称重反馈结果对离心浇注进行参数调整，造成离心浇注生产的不稳定性，进而降低产品合格率粘砂的铸管在进行吹砂清理时无法清理干净，会将残砂带入退火炉，增加退火炉人工清砂作业强度在退火后仍未脱落的残砂，会增加铸管承口打磨的时间甚至直接造成铸管产品检验判别困难降低生产线的连续生产率，增加成本2 当前清理粘砂方法铸件常见的清理粘砂的方式有：半手工或手工清理、水力清砂、振动清砂、抛丸清理、电液压清砂等半手工或手工清理效率无法满足离心铸管机的连续生产节奏;水冷金属型离心铸管拉管后铁素体在材质中呈现片状，结构中有15%-25%的共晶碳体产生，其材质呈现"白口化"，在退火前铸管呈现脆性，不易采用振动方式清砂;铁液浇注区域不易采用水力清砂;这些方式并不适用连续生产的离心铸管生产线，存在效率低、投资成本高的问题。

为了降低承口粘砂对铸管生产率和质量的影响，铸管厂往往需要专门设置值守人员对设备无法正常清理的残砂进行人工清理此时铸管刚浇注完成，铸管温度高达400-600℃，人工清理不仅效率低，影响离心铸管机的连续生产，还需要工作在高温的恶劣环境下考虑到降低人工成本，优化工人工作环境，提高生产系统自动化、智能化，研发了自动清砂的工艺设备3 铸管自动清砂工艺的实现铸管自动清砂装备的设计有以下几个难点：①生产效率不低于水冷离心铸管机生产效率，不能因清砂装置成为生产线的瓶颈;②清砂装置设置在离心铸管机后，铸管称重前，设备占用空间要小，不能影响当前生产工艺设备;③刚离心铸造出来的铸管呈脆性，机械碰撞易产生裂纹;④需要实现无人值守全自动化运行鉴于铸件常用清砂工艺方法各自优缺点，在确定自动清砂工艺方案时，进行了充分的研究论证，结合多年生产经验，扬长避短设计出来自动清砂工艺设备并投入适用铸管自动清砂设备采用承口破砂装置、喷雾清砂装置结合，即破除承口粘留的块状残砂，又能有效清理薄层粘砂增加清砂装置后生产工艺流程为：离心铸造→拔管→承口破砂→铸管称重→无驱动轨道→喷雾清砂→吹砂→铸管退火3.1承口破砂装置采用移动小车带动破砂机构前后运动，破砂完成后破砂机构退出铸管承口，实现铸管经拨管自动进入下一道工序。

锤头前部设有弹簧柔性锤击臂，避免了破坏铸管经过破砂锤头反复锤击砂块，清理承口内的块状砂芯残留由破砂装置、移动小车、旋转托轮、放管臂、残芯槽、电器控制、气动系统等组成，结构见图1破砂装置工作流程：铸管从离心铸管机拔出→放管至托轮旋转带动铸管旋转→承口破砂小车前进到位→承口破砂飞轮旋转→破沙头破砂→破碎后砂芯掉落入残芯槽内→破砂头停止→破砂小车后退→放管臂将铸管放入称重工位破砂力：150KG;破砂小车行程：500mm;破砂捶摆动距离：120mm;锤头速度：200-600次/min;铸管旋转速度：30r/min;装置功率：8KW3.2喷雾清砂装置由管径识别、送管挡拨、承口喷水装置、水系统、气动系统、电控系统等部分组成，结构见图4承口喷水装置由伺服电机驱动电动推杆实现进退，通过小车滚轮行走，实现前后行走升降装置由一个丝杠滑轨模组组成，采用伺服电机驱动带动喷嘴上下移动，通过水平行走、上下移动两套系统精准控制喷头位置实现DN100～600mm不同规格铸管的全系适用机构中装有水系统，水系统由自闭型水箱供水，水箱装有浮球阀控制水位，采用CHM2-6水泵、雾化伞型喷嘴，经PLC控制实现自动喷水系统装配有HMI人机交互界面，喷嘴水平位置、上下位置，喷雾持续时间等均可直接输入调整。

承口喷雾清砂装置工作流程：铸管从炉前挡拨分管开始→铸管对中→管径识别→喷水小车高度调整至铸管中心位置→铸管经过对中挡拨进入喷水工位→喷水小车前进→喷水→喷水结束→小车退回→铸管经过喷水挡拨进入承口吹砂工位→吹砂小车前进→吹砂→吹砂结束→吹砂小车后退喷水泵压力：1Mpa-0.1Mpa可调;流量：2h/min;喷水喷嘴升降距离300mm;气动控制：气压采用压力阀，调节精度≤0.02Mpa;气源压力≥0.6Mpa设有管径识别，喷水时间控制，HMI屏幕显示调节参数等功能4 结语离心铸管承口自动清砂设备采用PLC控制系统，依据管径识别，实现无人化、工作参数的自动调节、自动运行自动清砂设备上线运行以来，能够顺利的对残砂进行清理，达到来“稳定、准确、快速”的生产运行目标，保障了铸管表面质量，不仅可以使人从繁重的体力劳动和恶劣危险的工作环境中解放出来，而且自动化设备改造可以扩大人工的功能，大大提高劳动生产率参考文献：[ 1 ] 范英俊.离心球墨铸铁管工艺及装备.中国科学技术出版社， 2001.[ 2 ] 王文清、李魁盛. 铸造工艺学. 机械工业出版社，2011.[ 3 ] 成大先. 机械设计手册（第六版）. 化学工业出版社.2017 -全文完-。