机械工业第六设计研究院有限公司 河南郑州 450007
摘要：传统重型汽车（简称重汽）发动机铸件后处理工部自动化程度较低、工人劳动强度大、车间扬尘点多、粉尘污染严重，同时还存在铸件后处理质量可控性差、质量不稳定等问题。本文针对上述问题设计并提出了一种重汽发动机铸件后处理工艺，通过这种工艺不仅稳定了铸件清理质量，降低了工人劳动强度、粉尘污染，改善了作业环境，同时还提高了设备自动化水平。
关键词：重汽发动机 后处理 劳动强度 作业环境
Research on Post-treatment Process of Heavy Duty Engine Castings
Qin Hongjian Su Jianbo Li Huaiming Sun Peng
（SIPPR ENGINEERING GROUP CO.，LTD，Henan，Zhengzhou，China，450007）
Abstract：The traditional post-processing process of heavy-duty trucks（referred to as heavy-duty trucks）has a low degree of automation，high labor intensity，large dust spots in the workshop，and serious dust pollution.At the same time，there are problems such as poor controllability of the casting after-treatment quality and unstable quality.In this paper，a post-treatment process for heavy-duty engine castings is designed and proposed for the above problems.This process not only stabilizes the quality of castings，reduces labor intensity and dust pollution，improves the working environment，but also improves the level of equipment automation.
Key words：Heavy truck engine；Post-processing；Labor intensity；Working environment
1 引言
重汽发动机铸件的后处理是指铸件浇注成型后从落砂开始至铸件进行精加工之前的一系列铸件清理工序的总称。重汽发动机铸件因体积大、结构复杂，后处理难度大，传统的清理工部多以手工操作或者简单的清理设备为主。长期以来重汽发动机铸件后处理工部（去芯砂、清理、打磨、精整、热处理）一直是重汽发动机工厂环境最差、工人劳动强度最大的工部，同时又是不能缺少的关键环节之一。清理生产效率、职工劳动强度、铸件后处理质量、环境污染、生产自动化水平是重汽发动机铸件后处理生产中的焦点问题。一方面随着我国计算机和自动化技术的发展，极大地促进了铸造工艺及设备的变革与发展，另一方面国家和地方政府对环境保护的要求日益严格，加之劳动用工的缺乏，生产作业者对自身健康的广泛关注，清理技术落后的状况已引起普遍重视，也是每个重汽发动机企业亟待解决的问题，原人工清理工艺必将被自动化及机械化生产所替代，同时后处理工部还必须配备相匹配的隔音降噪和通风除尘设备，从而降低工人劳动强度，提高生产效率，改善工人的工作环境。
2 重汽发动机核心铸件组成及工艺分析
重汽发动机核心铸件主要有气缸体、气缸盖、曲轴箱等，其中气缸体材质一般为灰铸铁（或蠕铁），上部的圆柱形空腔称为气缸，下部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间，如图1气缸体所示。气缸体内部铸体由许多加强筋，冷却水套和润滑油道等组成。
图1 重汽发动机核心铸件
气缸盖材质一般为灰铸铁，安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。有进、排气门座，气门导管孔，进气通道和排气通道如图1中气缸盖所示。汽油机有安装火花塞的孔，柴油机有安装喷油器的孔。曲轴箱位于气缸体下部用来安装曲轴的部分，如图1曲轴箱部分。曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱，上轴箱与缸体铸成一体，下轴箱和油底壳用于贮存润滑油，并封闭上曲轴箱。
相比曲轴箱来说，气缸体、气缸盖更为复杂，在重汽发动机铸件车间更具代表性，因此本文重点研究缸体、缸盖类铸件的后处理工艺。
3 重汽发动机铸件的后处理工艺设计
3.1重汽发动机后处理车间主要工艺设备条件
以气缸体、气缸盖分别组后处理线进行生产为例，阐述重汽发动机后处理车间工艺设备的配套和选型。重汽发动机铸件的后处理工艺设计设备需求条件如表1、表2、表3，对于联体缸盖，其清理设备配备如表2，对于单体缸盖，其清理设备配备如表3：
表1 气缸体后处理设备配备条件
表2 联体气缸盖后处理设备配备条件
表3 单体气缸盖后处理设备配备条件
联体缸盖和单体缸盖最后均需喷漆防锈，对于整个后处理来说，匹配造型线的生产率是首要因素，其中后处理关键设备中磨削机、震动击芯机因受设备自身生产效率限制，应该造型生产率计算设备数量，积放式悬链抛丸清理机和机械手式抛丸清理机因一钩多件或本身生产效率高，基本可设1台设备满足生产要求。
3.2 气缸体类铸件后处理工艺设计
本文根据精益生产及自动化生产原则，在满足行业内环保标准框架下设计提出了一种气缸体铸件后处理工艺，其基本流程为：去除浇冒口→去应力退火→粗清→振动除芯→平面磨削→一次抛丸→精整→二次抛丸→检验→防锈处理。
第一步去除铸件浇冒口工序是在浇注后的砂箱经捅箱后进行一次落砂，同时采用机械手将铸件放到积放式悬挂输送机的铸件斗中，运至清理工部。在清理工部采用机械手从悬挂输送机抓取铸件，放置到振动输送落砂机上，进行二次落砂，最后机械手去除浇冒口、敲掉残留气眼针、飞边、毛刺等。
第二步气缸体类铸件去应力退火消除应力目前主要采用上炉退火和型内保温冷却2种方法进行消除应力处理，此步可根据铸件产品的不同情况选用。其中上炉退火可采取铸件热装连续式燃气退火炉进行消应力处理，即经二次落砂后的铸件使用机械手将铸件码放在退火炉台车上，铸件经消应力退火后吊运到平板输送机上，运往下一道工序，该工艺方法操作简单，生产的铸件性能稳定。型内保温冷却是另外一种应力消除处理方式，采用砂箱型内保温冷却工艺同样能够达到上炉退火消除应力效果，该工艺方法节能效果明显，但造型线需要增加冷却通道，一次性固定投资偏大。
第三步粗清即为消除应力后的铸件人工辅助打掉飞边毛刺和剩余的浇冒口，清理缸体磨削定位孔后吊运至振动击芯机工作，第四步振动除芯采取步进式生产方式，一侧上料，振击除芯后另一侧卸料，送至磨削工序。
第五步平面磨削工作采用人工辅助上料，气缸体四面磨削清理机对铸件上下平面及前后端面的浇冒口根、披缝和飞边、毛刺进行磨削清理，磨削后铸件磨削面的浇冒口、批缝余根不超过0.5mm。铸件磨削后由人工辅助方式下料吊运至铸件辊道输送系统。
第六步一次抛丸主要是将气铸件表面粘砂和氧化皮去掉。铸件一次抛丸由积放式悬链抛丸清理和机械手式抛丸清理机两种形式。机械手式抛丸清理机可实时控制抛丸机械手转速，实现对缸体铸件内腔及内部通道等难清理部位重点强化抛射清理，实现缸体铸件的全自动高效抛丸清理，但机械手式抛丸清理机价格昂贵。积放式悬链抛丸清理机与机械手式抛丸清理机相比，虽然抛丸效果略差，但其综合的性价比赢得了不少用户的青睐，应用较多。对于铸件是先磨削再一次抛丸还是先一次抛丸再磨削，目前没有定论，两种方式在不同的企业均有应用。
第七步一次抛丸后，铸件经铸件辊道输送系统输送至精整工序。精整工序设多个精整打磨间，精整打磨间为单独半封闭的隔离间，铸件进出精整间采用单轨电葫芦吊运，精整间内设翻转清理台，完成除两端面的其他各表面清理工作；设水平回转台，完成铸件的两端面清理工作。
第八步二次抛丸主要是彻底清楚工件表面及型腔内残余氧化皮及粘砂等，从而达到铸件表面清理的合格要求，可采用机械手式抛丸清理机进行二次抛丸清理，抛丸后铸件通过辊道线转入翻转倒丸清吹机，清吹后在门铸件翻转机检验工位对清理完毕的铸件进行检验，铸件上下平面分别检验合格后运至防锈处理工序。
最后，进行气缸铸件防锈处理，采用静电粉末喷涂防锈工艺，低温固化粉末。自动喷枪自动喷粉，手动喷枪检查补粉。固化、降温后，由人工将铸件吊运卸料转入铸件暂存区。
3.2 气缸盖类重汽发动机铸件后处理工艺设计
气缸盖主要有连体缸盖和单体缸盖两种。单体缸盖清理工艺流程：造型线上落砂后，由机械手将铸件放在鳞板输送机上送到清理工部。在清理工部由另一机械手敲掉鳞板输送机上铸件的浇冒口、气针，并取出大的浇冒口装斗。经过二次落砂和连续通过式摆床抛丸清理机抛丸处理后，上缸盖铸件六面磨削清理线，对浇冒口根、披缝、飞边和毛刺进行磨削清理。最后人工完成精整处理，检验合格后入库。
联体缸盖清理工艺流程：造型线落砂机上机械手将铸件上的浇冒口系统、气针敲掉，并取出大的浇冒口装斗后，铸件由鳞板输送机送到清理工部。在清理工部机械手敲掉鳞板输送机上铸件残留的浇冒口、气眼针，取出较大的浇冒口装斗，并把铸件码到退火炉的台车上。经过连续式燃气退火炉退火处理和震击除芯后，由通过式抛丸清理机对铸件进行粗抛处理，接着磨削清理线对铸件进行磨削清理。磨削后的联体缸盖被输送到机械手式抛丸清理机完成精抛处理。最后人工完成精整处理，检验合格后，连体缸盖的清理工艺流程结束。
3.3重汽发动机后处理车间设计其他关键问题分析
清理工部是整个铸造车间粉尘、烟气、噪声等污染最为严重和最为集中的场所，同时也是此类铸造生产中产生工业废弃物最多的工序，因此在设计中，应重点考虑解决环保除尘和废气物的排废收集问题。
为保障车间环境卫生要求，所有产生噪音、有害气体及粉尘的场所均应采取有效的降噪、通风除尘和净化措施，从源头上减少污染物和粉尘的产生。关键工序采用先进的工艺设备，如机械手式抛丸清理机、静电喷涂线、振动机芯机等，并要求设备自带高效除尘器。振动输送落砂机、振动击芯机、磨削机等易产生粉尘的工序尽可能采用密闭罩或者上吸式侧吸罩，并采用两级除尘装置，隔声降噪的同时优化除尘效果。缸体缸盖人工打磨工位设置独立的打磨工作间，在操作工位设置除尘风口，为了达到通风除尘效果，每个打磨间设置送风系统，在打磨间内形成上送风下排风的气流组织，利于颗粒状粉尘处理。值得注意的是打磨间一直有工人工作，不能一味的追求增大风量来提高除尘效果，否则风速过高会影响工人工作的舒适度并诱发膝关节疾病。
清理工部排废及收集主要对于清理工部所产生的大量芯砂和铸件表面的粘砂，为了确保工业废弃物合理收集及排放，需设置集中的废弃物收集系统。旧芯砂输送系统由皮带输送机、永磁悬挂皮带机、斗式提升机、废砂库、卸料器、除尘系统组成，负责振动落砂机、振动击芯机、连续退火炉北段的废砂收集。废砂输送系统由皮带输送机、永磁悬挂皮带机、斗式提升机、废砂库、伸缩卸料器、除尘系统组成，负责平面磨削机、抛丸清理室、机械手抛丸机、精整打磨间、连续退火炉南段废砂收集。系统满足废砂自动收集要求，同时每个卸料口配置了吸尘口避免了二次扬尘污染。废砂库卸料采用伸缩式卸料器卸料，由车辆直接将废料运至废料场，避免了废料转运过程中二次污染。
4 结束语
重汽汽车发动机铸件复杂，通常用来衡量一个国家铸造技术水平。发动机铸件清理一直是铸件生产中的关键。传统的半机械、半手工的铸件清理作业方式，已经远远不适用于现代汽车等行业迅猛发展的需求，需要改造升级，发展高端清理装备和工艺。环保除尘降噪、清理工部排废及收集、节能减排等是清理车间设计需要考虑的几个关键问题，先进的工业自动化清理车间是未来的发展方向。
参考文献：
[1]任兴武等 潍柴动力气缸盖清理技术应用 中国铸造装备与技术 2012 年第2期
[2]王德志等 发动机缸体铸件的精整工艺与装备 铸造设备与工艺 2011年第5期
作者简介：
秦洪建（1979- ），男，河南郑州人，本科学历，高级工程师，主要从事工厂设计、咨询及工程总承包工作。
工作单位：机械工业第六设计研究院有限公司
论文作者:秦洪建,苏见波,李怀明,孙朋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/31
标签：铸件论文; 缸体论文; 磨削论文; 机械手论文; 冒口论文; 后处理论文; 工部论文; 《基层建设》2019年第11期论文;