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第四章 黑区工艺 4.1 黑区的设计方案与生产工艺
发布时间：
2022-03-18 16:38
来源：
先简单的介绍下消失模分区：消失模生产包含制模、涂刷组模烘干、砂处理，俗称“白区”、“黄区”及“黑区”。首先我们先讲消失模黑区的工作流程。
4.1.1 消失模黑区工作流程
消失模黑区的工作流程为：
以自动刚性闭环分离生产线为例：
图1
如图1所示：
消失模黑区功能区包括：造型工部、负压系统、（熔炼）浇注工部、砂箱铸件冷却、砂箱运转工部、落砂工部、砂处理系统、除尘系统、水路系统、气路系统、液压系统；
其中造型工部介绍：
待砂箱内铸件达到冷却时间后，通过翻箱设备或落砂装置将砂箱内铸件与铸造砂脱离砂箱，此时刚翻完的空砂箱温度较高，（为避免模型簇与砂箱接触发生热变形，放模型簇时空砂箱待到一定时间的冷却较为合理）首先进行加底砂，造型设备进行震实，再放入模型簇，根据现场铸件技术要求分层次加沙然后覆膜搁浇冒口。
图2
如图2所示流程为：加底砂→放模型簇→加砂震实→覆膜（腹膜后加面砂）→放浇冒口。
负压系统：目前负压系统连接砂箱方式可采用人工对接和自动对接装置。保证真空度达到铸件允许的浇注压力时方可进行浇注作业。而浇注可采用天车吊装浇注和配备浇注机进行浇注。
落砂工部：可采用自动翻箱机、天车吊装翻箱或底部落砂等方式，将铸造砂与铸件分离，铸造砂进入砂处理系统。
砂处理系统：砂处理设备是消失模铸造最主要的工序之一，对旧砂的重复利用，是铸造砂质量稳定的关键环节，又是提高生产率的重要保证。
1) 筛除型砂中杂质，铁片，涂料块等大块颗粒与50目以下的粉尘；
2) 磁选清除型砂中的铁豆等；
3) 对回砂的降温冷却至50℃以下（模型在70℃将发生变形）
4) 存储型砂；
5) 对旧砂的输送；
目前消失模生产线砂处理系统可做全自动化，无需工人操作。
除尘系统：主要是砂处理环节与浇注环节的除尘，达到要求的除尘系统是消失模车间保证“空中无尘，地上无型砂”的绿色铸造工艺要求。
下面请看各功能区的关联情况，如图3所示
图3
4.1.2消失模铸造用砂
下面我们讲以下消失模铸造用砂的内容，干砂的性能要求：干砂中含有大量粉尘会降低透气性，浇注时阻碍气体的排出；砂粒粗大容易出现粘砂，铸件表面粗糙。圆形或半多角形的干砂可提高透气性。圆形的型砂流动性和紧实性最好。
目前消失模铸造常用砂为硅砂、铸造级宝珠砂
硅砂：又名石英砂。是以石英为主要矿物成分、，根据开采和加工方法的不同分为人工硅砂及水洗砂、擦洗砂、精选（浮选）砂等天然硅砂。硅砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2 ，硅砂的颜色为乳白色或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽，相对密度为2.65，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。颜色呈乳白色、淡黄、褐色及灰色，硅砂有较高的耐火性能。
生产铸钢所用的硅砂，一般要求SiO2含量在95%以上。
天然硅砂：按照生产当地的习惯，将其分为“海砂”和“沉积砂”两种；
“海砂”是取自海边潮汐带附近的砂，杂质较多，SiO2含量在92%-97%之间，但是砂粒基本为圆形。海砂开采方便。
“沉积砂”大都沉积在海岸附近，矿点表面的覆盖土层大致厚1米，砂层一般在4~8米之间，供应的原砂SiO2含量大都在97%左右，砂粒主要为多角形。
宝珠砂：是石英砂的高级替代品，为人工造砂，其制造方法是：以优质铝钒土为原料，经 煅烧、电熔、造粒、分筛等工艺而制成的，冷却后的宝珠砂为球形或接近于球形的颗粒，表面光滑。
宝珠砂显微写真[1] The treasure sand picture under the microscope
宝珠砂与石英砂的区别在于：
石英砂的优点是分布广泛，成本低廉；但其缺点也相当明显：一是膨胀系数大，铸件精度低；二是铸件表面粘砂严重，清砂困难。究其因，是石英在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大；受耐火度 ( 石英砂的耐火度在 1400 -1700 ℃ 之间 ) 的限制，铸件局部（孔、槽、及热节集中的部位）粘砂严重，清理十分困难。上述缺点在大型铸钢件的生产中尤为严重。
宝珠砂能克服这些缺点，从而大大提高了铸件的质量。宝珠砂流动性较好，在造型工部上紧实效果好。
4.1．3消失模黑区生产线布置及分类
下面我们来讲最后一个内容，消失模黑区生产线的布置及分类
首先我们先说一下黑区生产线的分类：
目前消失模生产线布置方式较多，的主要分类可根据自动化程度，刚性柔性，开环式或闭环式分类
其中自动运转线指：生产线砂箱运转是由PLC程序控制，机械或液压装置驱动，无需人工操作。
刚性线：生产线中，砂箱无间隙连续密布，生产线长度与砂箱个数及砂箱长度有严格的对应关系，运转时全线砂箱统一运动。（刚性线多用于统一的砂箱长度）
柔性线：生产线中，生产线长度与砂箱个数无严格的对应关系，砂箱可在生产线中任意排布，且可单独运动，砂箱无需统一长度。
闭环线：生产线中砂箱无需借用外部设备即可实现循环运转。
开环线：生产线中砂箱需借用外部设备(如天车等)才可实现循环运转。
分离线：我们多年来做方案时，降低设备投资，提高效率，设计出一种分离式生产线的布局方式，是将生产线中相同工步设有并联支路的运转线。（下生产线三举例说明）
以下是生产线举例：
生产线一
|
12 |
ROFY-20B |
负压系统 |
1 |
8 |
ROSX-Ⅱ |
砂箱 |
|
4 |
ROSS-I |
筛分输送机 |
1 |
|
11 |
ROF6-1 |
六工位分配器 |
1 |
7 |
ROLW-I |
料位检测装置 |
1 |
3 |
ROLS-A |
手动落砂装置 |
1 |
|
10 |
ROCC-1 |
布袋除尘器 |
1 |
6 |
ROSD-I |
储砂斗 |
1 |
2 |
ROLS-I |
落砂器 |
1 |
|
9 |
ROZS-1 |
振实台 |
1 |
5 |
ORLL-I |
立式冷却机 |
1 |
1 |
ROFX-I |
翻箱支架 |
1 |
|
序号 |
图号 |
名称 |
数量 |
序号 |
图号 |
名称 |
数量 |
号 |
图号 |
名称 |
数量 |
生产线一为简易天车吊装、柔性开环生产线，年产2000T/年/班，砂箱的运转主要由天车来完成，砂处理设备主要功能为筛分、提升、冷却、除尘；
优点：冷却设备包含冷却与提升，节省提升机，占地面积小，投资少。
生产线二：
生产线二为同样为柔性开环生产线，不同的是砂处理系统增大，设有砂箱轨道，人工可直接通过轨道移动砂箱。
生产线三：
此类布置为自动刚性闭环分离生产线。造型线与浇铸区分离，可分区独立工作；生产线为闭式刚性循环线，自动翻箱落砂、自动对接负压接口；
循环工部设计为1条独立造型线、2条浇铸线和1条回箱冷却线三个部分，这三个部分既是独立工作，又是相互关联，运转有序，循环工部运行节拍可调节。
在轨道上设计移动砂箱和运转小车，砂箱的位移采用液压顶推进行直线运行，在每条造型线上设置机械自动拨正机构，确保砂箱在轨道运行过程中做平行的直线运动，不产生偏移。
在每条单线上设置机械自动拨正机构，确保自动负压接口与砂箱抽气口准确自动对接，不产生错位。
如何选择生产线：消失模铸造行业在不断的发展，消失模铸造工艺技术亦日臻成熟。越来越多的铸造企业根据自身产品特点需要使用消失模铸造工艺来完成生产。
选择生产线的原则：
1) 确定生产纲领（生产模式，工作制，产量等）
2) 进行工艺分析
3) 车间平面设计
4) 物流设计（熔炼工部贴近浇注工部，黄区中待用模型保温房靠近造型工部，清理工部贴近落砂工部。
选择合适的生产线需符合国家相关政策（除尘，噪音等国家相关规定），切合实际，安全适用，技术先进切经济实用。
总之，科学合理的消失模生产线规划对企业至关重要。科学合理的消失模生产线能让企业减少投资、提高车间利用率，科学合理的生产线能让生产更顺畅、更安全。总之科学合理的消失模生产线能让企业获得更低耗更高效的生产能力。
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