Z145造型机

　　该机适合中小型铸造企业使用，投资少、见效快、操作简单、灵活，大幅降低工人劳动强度

　　该机型分顶箱镇压式、气垫微震式两种供用选择。

　　顶箱镇压式：具有震实、压实、气控气模、微震活摸、压实头回转等功能。

　　气垫微震式：该机采用气垫微震缓冲原理，有效降低机器的损坏，提高压实力

　　一、问题的提出

　　液压传动技术是一门新学科，由于它功率大、反应快、动作准、易控制，目前得到了迅速的发展和广泛的应用。作为装备制造业基础的铸造行业，由于消耗的原材料以不可再生的资源为主等原因，导致该行业属于能耗高，污染大，劳动力密集行业。所以如何实现装备的节能性更优，环保性更好，生产效率更高是摆在铸机行业面前的最大课题。《铸造行业“十二五”发展规划》中，国家的宏观调整政策是：“在实施行业准入中促进行业结构优化，到2015年，使铸造企业从目前的3万家减少到2万家，到2020年再减少1万家，最终把企业数量控制在1万家以内”。结论很明确，前途很清晰，铸造企业不创新，不升级就必定会被政策与市场所淘汰。同时铸造机械必须更新换代，跟上世界铸造产业的发展步伐，这将大大激发市场对高档铸造机械的需求增加。

　　该产品针对国内外现有铸造技术上的不足及造型过程中存在型砂外泄漏、砂型紧实度不足的问题，所造砂型在高速运转的前提下容易发生砂型停位时的末端冲击导致的砂型塌陷，砂型变形，在推出过程中容易发生砂型塌陷的问题，针对进口产品造价较高一般客户比较难以接受，使用过程中的维护困难等问题。积极研发我们的自主知识产权技术和产品，保证该产品无论在产品技术，产品性能，产品的性价比上都超过国外同类产品，完全替代进口。其制造成本和市场销售价格将控制在进口产品的50%以内。为此我公司结合市场的需求并基于我公司较强的专业技术实力，决定研发具有自主知识产权的国内首套FSM型系列液压伺服控制全自动造型机。

　　二、方案设计和技术参数的确定

　　目前金属铸造成型仍是零件毛坯生产的主要方法，在工业生产中得到广泛的应用，在机械制造工业中占有重要地位。它的工作原理是利用压缩空气将型砂均匀地射入砂箱预紧实，然后再施加外部压力进行压实。水平分型脱箱射压造型机利用砂箱进行造型，砂型造好后合型脱箱。该机的优点是所造砂型尺寸精度高，下芯比较方便，可实现双工位下芯、生产率高、型砂外泄较少。在参照国外先进技术参数的前提下，首先遵循如下的技术方案路线：

　　1、根据国际高端铸造机械的技术标准与国家相关标准并结合实验室实验结果进行工艺参数分析和机型基本参数拟定à结合国外同类成品进行机械结构初步设计à对关键机械结构环节进行计算机仿真力学分析和运动分析à完成整机机械结构设计。

　　2、在细致分析机械设计要求后设计液压系统原理图à通过计算机仿真对液压原理设计图进行技术分析à对伺服控制震实系统和油缸进行实验室研究验证à对比例控制运动系统和油缸进行实验室研究验证à对伺服电机-泵控变量系统进行实验室研究确定技术参数à完成液压系统全部设计。

　　3、电控原理设计à微压、高频传感技术实验室研究à完成硬件设

　　计à完成软件编程和数控系统的设计à在试验室完成全部电控系统的模拟运行à完成电控系统的设计。

　　4、比例压力控制气压阀的方案设计à通过计算机仿真对气体流动进行技术分析à对比例控制电气系统进行实验室研究验证à对比例压力控制气压阀进行实验室研究验证à完成全部设计。

　　5、参照同类中空密封件的结构进行中空密封件结构设计à通过计算机仿真对密封件的变形量及受力进行计算机仿真分析à选择多种原材料制作密封件样件进行实验室验证à完成高寿命中空涨缩式密封件全部设计。

　　在比照国内外造型机技术参数的条件下，我们确定如下的技术参数：

　　机型

　　指标

　　传统震实式造型机

　　传统震压式造型 机

　　传统压实式造型机

　　我公司研发的FSM型液压伺服控制全自动水平分型脱箱造型机

　　生产效率

　　（秒／型）

　　210

　　210

　　120

　　36

　　30

　　砂粉外泄

　　（kg／H）

　　多

　　多

　　多

　　≤2

　　≤1

　　耗电指数（K）

　　3

　　3

　　2

　　1

　　1

　　废品率

　　(%)

　　≥10%

　　≥10%

　　≤8%

　　≤3%

　　≤2%

　　运行噪声

　　（分贝）

　　≥85%

　　≥85%

　　≥80%

　　≤76%

　　≤75%

　　旧砂回用砂比例(%)

　　≤85%

　　≤85%

　　≤90%

　　≥95%

　　≥95%

　　目前我国95%以上的铸造企业都采用人工震压（实）造型机或压实造型机，和它们相比较我们开发的全自动造型机节能效果显著，对比节能参数如下：

　　机型

　　节 能 点

　　人工震压（实）造型机

　　压实造型机

　　日本进口水平分型脱箱射压造型机

　　FSM型全自动造型机

　　造型设备用电机功率

　　15KW

　　15KW

　　22KW

　　22KW

　　单台造型机械产量

　　15型/小时

　　28型/小时

　　100型/小时

　　120型/小时

　　每型用电量

　　1度/型

　　0.5度/型

　　0.22度/型

　　0.2度/型

　　我们在选择技术参数时，一是考虑国内、国际市场的需求，高起点定位。二是立足国情厂情，瞄准世界先进水平（美国的亨特公司，日本的东久公司），同时要挖掘研发和生产潜力，打造国内技术领先的高端技术装备生产基地。

　　三、技术研制创新点的研发情况

　　为了完成我们既定的设计目标，而且在产品性能指标方面超过日本及美国的同类机型，在方案设计和技术参数的确定之后，我们着手对具有我们自主知识产权的创新部分开展全力技术攻关，解决了如下问题：

　　1、喷射型砂的速度控制：

　　自行研发的高速四级液控压缩空气开关阀，实现四级开口进行开闭，该机的砂流喷射采用我们自行研发的高速四级液控压缩空气开关阀，该阀可在0.1秒内打开、关闭，确保射砂时砂流有足够的冲击速度，可大大提高砂型紧实度的均匀性。同时该阀可根据铸件的形状不同，要求的紧实度不同而分五级开口进行开闭，以获得砂流不同的喷射速度，获得最适合的紧实度。这些都能大大减少砂型的发生塌陷的可能，减少因为砂型局部紧实度不足缺陷导致的铸件废品率，减少砂型的制作周期。

　　2、液压油缸压实型砂的自动控制：

　　自行研发液压伺服压实油缸控制技术。该机的砂型压实采用了液压伺服油缸控制技术。在砂型压实的过程中该油缸可同时进行频率高达每秒200次（200HZ）的超高频振压，让每一粒砂子都在动态下获得有效压实，可大大提高砂型紧实度的均匀性，减少因为砂型局部紧实度不足缺陷导致的铸件废品率，降低因为砂型缺陷导致的铸件废品率，减少砂型的制作周期。

　　3、确保砂型回转运动缓启缓停，运动快速，精准定位：

　　自主研发砂型的垂直翻转、水平回转液压比例控制技术。该机砂型的垂直翻转、水平回转采用了液压比例控制技术，完全实现了在高速翻转的基础上同时做到轻拿轻放，可保证在高速运转的前提下不发生砂型停位时的末端冲击导致的砂型塌陷、砂芯变形。确保了砂型制作的成品率，也减少了砂型的制作周期。

　　4、应用计算机控制技术实现造型全程自动控制：

　　自主研发该机电器数字控制系统，实现计算机模拟屏动态演示设备运行状态并具备故障自诊断功能，整机根据操作员的设定值全自动运行。该机电器控制系统由模拟屏、IPC、PLC、料位传感元件、位置传感元件、电控开关柜组成数字控制系统。该电器控制系统利用世界最先进的计算机控制技术，可实现计算机模拟屏动态演示设备运行状态并具备故障自诊断功能。整机根据操作员的设定值全自动运行，只需一个操作员，一个巡检员就可以操作运行。该机电器控制系统具有高可靠性、高智能化等国际一流的电器控制水平。

　　5、实现绿色铸造，防止环境污染：

　　自主研发的液压涨缩式密封活动闸板。保证该密封闸板具有良好的密封性。该机射砂口、下压实、上压实密封部采用了我公司自主研发的液压涨缩式密封活动闸板。该密封闸板具有良好的密封性，所以整机在运行时只有极少的砂粉外泄，外泄量≤1kg／H。

　　四、国内外同类机型技术对比分析

　　作为装备制造业基础的铸造行业，由于消耗的原材料以不可再生的资源为主等原因，导致该行业属于能耗高，污染大，劳动力密集行业。所以如何实现装备的节能性更优，环保性更好，生产效率更高是摆在铸机行业的最大课题。湿型物理硬化砂型铸造是目前国内、国际应用最广的铸造工艺，在金属铸造约占到整个黑色金属铸造的80%以上。该铸造工艺的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。目前国内为该铸造工艺制造浇铸砂型的造型机主要有以下几种：

　　1、震实式造型机：

　　此种造型机工作原理是砂箱和模样固定在造型机的工作台上﹐利用工作台下落时与砧座撞击面的相撞﹑砂粒的惯性来紧实砂型。这种造型机的优点是设备造价低，操作简单。缺点是砂型上下紧实度不均匀，尤其上部紧实度不足，噪声严重，工人劳动强度大，生产效率低下，环境污染严重，对厂房基础冲击较大。该机已经逐步被微震压实造型机所代替。

　　2、震压式造型机:

　　该机的工作原理是对震实的砂型再进行压实，可以获得上下部紧实的砂型。常用的是微震压实式造型机(微震压实式造型机 )是利用工作台下落与浮动的震铁相撞，微震紧实型砂，再进行压实。微震是以较高频率(500～1000次/分)，小振幅(5～25毫米)的振动代替震实式造型机的低频率 (60～120次/分)﹑大振幅的振动。这种造型机的优点是设备造价低，操作简单，所造砂型紧实度基本均匀，对厂房基础要求也较低。缺点是噪声严重，工人劳动强度大，生产效率低下，环境污染较严重。

　　3、压实式造型机:

　　该机的工作原理是利用气压或液压通过压头或模样对砂箱内的型砂施加压力来紧实型砂。其压强一般为0.25～0.4兆帕。这种造型机﹐使远离施压面的砂型紧实度差。20世纪50年代初出现了高压造型机﹐砂型平面上的压强在 0.7兆帕以上。高压造型机的压头分为平压头﹑成形压头和多触头压头等几种结构形式。其中以高压多触头造型机应用最为广泛。高压多触头造型机压头分割成许多可上下运动的小方块──触头﹐通过液压缸可获得很大的压实力。压实时﹐各触头按其下面的模样高度(即受压砂层厚度)施加相应的压力﹐使砂型获得很高的﹑均匀的紧实度和硬度。这类造型机都设有微震机构﹐能够适应复杂模样的造型。高压多触头造型机多采用四立柱结构﹐有单工位式和双工位式。为了适应中小批量铸件的生产﹐这种造型机多附有模板快换装置﹐更换模板时﹐造型机不必停机。这种造型机的优点是所造砂型紧实度好。缺点是噪声较严重，工人劳动强度大，生产效率低下，环境污染较严重。

　　4、垂直射压式无箱造型机:

　　它的工作原理是利用压缩空气将型砂均匀地射入砂箱预紧实，然后再施加外部压力进行压实。垂直分型无箱射压造型机造型不用砂箱，型砂直接射入带有模板的造型室。该机优点是所造砂型尺寸精度高，因砂箱两面都有型腔，生产率很高。缺点是下芯比较困难，对型砂质量要求非常严格。

　　5、水平分型脱箱射压造型机:

　　该类机型目前是国际、国内最高端的砂型造型机，目前只有日本新东，日本东久、美国亨特尔可以生产，但因其价格昂贵在我国铸造行业的实际应用也受到很大限制。它的工作原理是利用压缩空气将型砂均匀地射入砂箱预紧实，然后再施加外部压力进行压实。水平分型脱箱射压造型机利用砂箱进行造型，砂型造好后合型脱箱。该机的优点是所造砂型尺寸精度高，下芯比较方便，可实现双工位下芯、生产率高、型砂外泄较少。缺点是砂型紧实度略有不足，所造砂型在翻转，推出过程中容易容易塌陷，再一个是造价比较高，一般客户比较难接受。

　　人工造型与自动造型节能指标对比表

　　指  标

　　节 能 点

　　节 能 措 施

　　指  标

　　减少量

　　减  少

　　用电量

　　每型铸件

　　节约用砂量

　　砂型坚实度高，强度好，砂型外形小。

　　-20kg／型

　　-1度／型

　　每型节约压缩空气量

　　一次射砂、压实成型，不需要多次气压冲击震动。

　　-2立方／型

　　-0.5度／型

　　每型节约传送用电量

　　直接将砂型上下箱自动合模，然后推至浇铸线，无需多次进行砂箱吊装翻转、传送。

　　-0.4度／型

　　每型节约新砂混入量

　　提高砂型强度后，砂源旧砂含量可以提高。

　　-6kg／型

　　-0.3度／型

　　合   计

　　-2.2度／型

　　五、技术成果创新点的结论总结：

　　查新报告结论是：“经审阅检索结果，在检索范围内，尚未见与本项目上述特点相同的公开文献报道。本项目的研发和推广对于加快我国高端铸造装备的国产化步伐，具有非常重要的现实意义”。它的特点是：在提高了劳动生产效率的同时还满足了环保要求，大大减少了铸件的废品率，铸件质量有了很大提高，使铸件生产过程实现了机械化、自动化、环保化、智能化。该产品实现了双工位不停机下芯，造型效率高（单件造型一次仅需三十秒，是人工造型的12-15倍），操作方便安全，生产能力可达年产铸件4000吨。在操作控制方面，人机界面采用触摸屏操作，PLC控制，起模合模精度高。在生产线的布置上，多种辅机布线形式，机械手自动取放清理套箱压铁机构，可以完成自动浇铸，适合有芯、无芯中小铸件的批量生产。该产品的性能指标完全可替代日本东久、新东公司，美国亨特公司等进口产品，在节能、环保、高效方面超过了进口产品。而且市场平均售价仅是进口设备价格的一半。公司已经完成全部产品的自主设计，2011年10月完成了第一台610X508的机型制造，完成了样机的小试、中试，并且已投入方盛公司铸造车间的生产。

　　六、主要经济技术指标及制造工艺、环保安全卫生状况

　　1、液压伺服控制全自动造型机主要技术指标

　　1、砂型尺寸(宽×高×厚)mm：610×508×145~200

　　2、造型速度molds/hr:： 30

　　3、射砂压力Mpa：0.25~0.3

　　4、下芯时间 sec： 24

　　5、压实比压Mpa：0.4~1.0连续可调

　　6、型砂消耗量t/hr：17~22

　　7、最大工作油压Mpa：21

　　8、压缩空气压力Mpa：0.55-0.65

　　9、压缩空气最大消耗量Nm3/cycle：0.9

　　2、造型机生产制造主要工艺流程：

　　一、原辅材料主要技术指标表

　　序号

　　名称

　　型号（标准号）

　　性能

　　规格

　　数量

　　备注

　　1

　　中厚钢板

　　GB/T700-2006

　　Q235B

　　5mm-50mm

　　400Kg

　　2

　　薄钢板

　　GB/11253-2007

　　Q235A

　　0.5mm-2mm

　　100Kg

　　3

　　45圆钢

　　GB/T702-2004

　　δb≥635MPa

　　Φ2-Φ200

　　200Kg

　　4

　　铸钢

　　GB/T11352-1989

　　ZG200-400

　　30mm-100mm

　　100Kg

　　5

　　铸铁

　　GB8/T9439-1988

　　HT300、HT250

　　20mm-300mm

　　100Kg

　　6

　　橡胶

　　GB/T5574-1994

　　NR

　　0.5mm-15mm

　　50Kg

　　7

　　石棉板

　　GB/T3985-1995

　　拉伸强度≥19MPa

　　0.5mm-5mm

　　50平方米

　　回弹率45%

　　老化系数≥0.9

　　8

　　铜

　　GB/T2040-2002

　　H62

　　Φ5-Φ100

　　50Kg

　　9

　　无缝钢管

　　GB/T8162-1999

　　耐压20MPa

　　Φ6-Φ50

　　500米

　　二、生产工艺流程

　　1、原材料采购：包括钢板、圆钢、型材、铸钢、铸铁、非金属材料等，采购入厂后全部转至材料库

　　2、标准件采购：包括螺钉、螺栓、螺母、管接头、轴承等，采购入厂后全部转至配套库

　　3、功能件采购：包括电机、泵、马达、液压阀等，采购入厂后全部转至配套库

　　4、电气控制柜采购：电路板、控制屏、接近开关、PLC等，采购入厂后全部转入电气配套

　　5、原材料下料：根据图纸工艺要求，对各种型材、棒料进行下料

　　6、零件加工：用已下料的毛坯料，由车床、刨床、铣床、磨床、锯床、加工中心等加工设备依照图纸和工艺技术要求进行成型加工

　　7、结构件焊接：用已下料的各种型材，根据焊接图纸和焊接工艺，使用焊接设备对各型材进行焊接，对某些重要结构件焊接完成后继续进行时效处理已消除应力

　　8、零件、结构件热处理以及表面处理：重要零件、结构件需要进行热处理，包括渗碳淬火、调质、表面镀硬铬、镀镍、镀锌处理。

　　9、整机一次装配：

　　①主机装配：将各种标准件、加工件、焊接件等零部件按照整机图纸及装配工艺要求进行装配，并调整各零部件之间的活动间隙，保证各零部件能正常动作

　　②液压站装配：将各种功能元附件按照液压站装配图进行装配，并将液压站各出口与主机的工作入口进行配管，保证管路通畅美观

　　10、涂装要求：将液压站和主机进行表面涂装的零部件按照涂装工艺进行处理

　　11、二次装配：将全部零部件按照主机装配图进行装配

　　12、试验前准备：将液压站油箱加入液压油，主机电源供电、电气柜供电

　　13、试验：根据试验大纲、检验标准按照主机工作步骤进行试验，要求各项性能指标和工作参数达到设计技术要求

　　14、防锈处理：将外露零部件进行防锈处理

　　15、整机包装、发货：将主机、液压站和电气柜进行包装，需要加工的零部件进行加固处理。

　　三、造型机生产主要工艺流程图

　　3、设备的环保安全卫生状况

　　在该产品机械结构部分主要增加了设备的通风除尘设计，充分考虑到生产过程的环境保护，按照绿色环保的要求进行设计制造，做到无尘生产。造型机工作过程的噪声来源主要是液压系统油泵及砂型运输的机械传动噪声，是由机械振动产生的，我们在设计制造中已充分考虑，在噪声处理上注意采购低噪声的机械设备，对噪声大的设备尽量采用封闭式运行方式，使噪声减小到最低限度，并已达到国家规定的环保安全卫生标准。

　　从以上指标性能得出结论：FSM系列液压伺服控制全自动造型机，具有节能、高效、环保的特点。该造型机的机械部件运动快、定位精准，无砂型外泄具有高效节能、环保的特点。同时该造型机所制作的砂型紧实度高而且均匀，用其浇铸出来的铸件废品率低，外形美观，几何尺寸精度高。是目前在我国我省铸件生产方面最先进的铸造自动生产线设备。

　　七、社会效益、经济效益及推广应用前景

　　1、产品的社会效益

　　铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，因此铸造机械业的发展标志着一个国家的生产实力。金属铸造成型仍是零件毛坯生产的主要方法，在工业生产中得到广泛的应用，目前大多数的铸造企业任然沿用手工造型与半机械化造型生产，生产方式落后，效率低质量差。

　　我国铸件产量从2000年起超越美国已连续12年居世界第一。目前我国有铸造企业3000余家，其中2009年为3500万吨，2010年产量为4000万吨，铸件年产值超过4000亿元，铸件产量占世界的2/5之多，已成为世界铸造生产基地。从批量和劳动生产率看，欧、美、日占有很大优势，日本的劳动生产率是人均年产铸件140吨，我国为20吨，相差7倍。在产品质量和生产效率方面，我们远落后于发达国家同时也具有很大的发展空间。

　　据行业协会统计，目前山西有铸造企业500余家、年产铸件500万吨以上，占国内铸件总产量的12.5%，属于铸件生产大省。

　　我公司具有自主知识产权的液压伺服控制全自动造型机研制成功，对于开发节能、环保、高效的铸造机械在我国铸造产业的转型升级，调整产业结构方面显得尤为重要，对于加快我国高端铸造装备的国产化步伐具非常重要的现实意义。

　　2、推广应用前景

　　为跟上国家的行业宏观调控政策步伐，在《铸造行业“十二五”发展规划》中，国家的宏观调整政策是：“在实施行业准入中促进行业结构优化，到2020年，最终把目前铸造企业的数量由三万家减少到一万家以内”。结论很明确，前途很清晰，铸造产业总量要增加，企业家数要减少。铸造企业不创新、不升级就必定会被政策与市场所淘汰。因此铸造机械必须更新换代，跟上世界铸造业发展的步伐，用创新驱动来实现行业结构调整和转型升级。该机推向市场后将大大提高该类产品在我国铸造企业的应用率，从而大大提高我国砂型铸造的水平。尤其我国现在铸造产业倡导生产环保、倡导绿色铸造，倡导节能高效生产，所以我国铸造企业急需该类国产化产品，该机推向市场后必定将有广阔的市场应用前景。该装备属于国际上最高端的铸造装备，由于每一台这样的装备可以取代12至15个人工造型工，所以在我国目前劳动力匮乏的人力资源环境下，无论从降低产品成本，提高产品质量，提高市场效率来看，该类设备的发展显的尤其重要和迫切，就目前的市场调查来看该类设备的市场需求量极大，据统计，目前该产品国内市场总需求量在3000台以上，年需求量为300台以上。

　　3、企业经济效益

　　该产品主要应用于金属铸造行业中，具有高生产率、高合型精度、配套投资和运作成本低等特点。2011年国内该类产品的市场需求量在300台/年以上，该项目完成后，我公司将形成年产200台的生产规模，为改变我国大多数铸造企业工艺技术装备的落后面貌做出贡献。随着中国装备制造业的高速发展和装备制造业的国产化率提高，该设备用量每年将以20%的速度增长。当产品达产后，可实现销售收入2亿元，实现新增利税3000万元。

　　八、存在问题及改进意见

　　随着国内外机械制造业的发展及自动化水平的不断提高，为满足铸造业的生产设备也会不断地更新换代，铸造企业用户对于新一代造型机也增加了更多的选择，我公司将本着用户第一的宗旨，更加注重产品的质量保证，进一步降低生产过程中的噪声，进一步提高砂型的合格率。另外，公司本着不同客户的个性化需求，生产出满足客户的多种系列的造型机以满足社会需求，为市场提供更多更好的适销对路

　　的产品。