抛丸和底漆共线连续式生产线方案设计
摘要
介绍了铸件抛丸生产流程，抛丸后的底漆浸涂工艺流程，在此基础上优化设计，减少转运工序，实现共线生产。经投产检验，与传统的分开生产模式相比，不仅提高了自动化水平，降低了劳动强度，同时也取得了良好的经济效益。
抛丸和底漆通常作为独立的两个铸件后处理工部，需要二次周转，增加了周转工作量和堆放场地。本生产线采用悬挂链串联形式使两道工序共线生产，缩短了工艺流程，提高了生产效率，投产使用后取得了良好的经济效益。
1 设计参数确定
1.1 工作制度及年时基数
本车间属于二类工作环境，全年工作250天，每班工作时间8 h，单班制，工作性质为阶段性生产，工艺设备公称年时基数损失率4%，工人公称年时基数损失率11%。则计算工艺设备年时基数：H1=250×8×96%=1 920 h；工人设计年时基数：H2=250×8×89%=1 780 h。
1.2 生产纲领
本项目年产铸件10万件，平均重量40 kg，尺寸550 mm×350 mm×250 mm，设计按单班工人制年时基数H2计算，则平均每小时产量：Q=100 000件/1 780 h=56件/h；设计铸件挂架吊挂5件/层，双层布置，总计10件/挂，最大设计重量500 kg/挂，回转空间Φ1 050×1 200 mm，节距1 920 mm，则生产节拍：t1=60 min/（56/10挂）=10.7 min/挂；本设备设计采用双抛丸工位，确定该生产线节拍为5 min/挂可调，其中开关门和行走2 min，抛丸3 min每工位。
2 工艺方案
2.1 工艺流程
铸件去浇冒口、冷却后需要抛丸、检验、上防锈底漆后再入库，主要流程如图1。
图1 抛丸、底漆线生产工艺流程
2.2 铸件吊挂方案
铸件抛丸、上底漆共线生产需要着重分析吊挂方案，既要保证清理质量，又要尽可能避免腔内积丸、积液。为避免上述问题，常采用的方法有倾斜式悬挂和铸件积丸、积液处开工艺孔等方案。
设计挂架方案如图2，采用M13钢板切割焊制，正常使用寿命大大超过常规的螺纹钢材料。
图2 挂架
挂架分上下两层，每层5个分叉，夹角均72°，两层分叉在俯视方向不重合。层间距设计需要考虑上下铸件不遮挡，取间隙75 mm。
吊挂模拟方案如图3，经分析此方案可避免积丸和积液现象，同时铸件之间重合度低，钢丸抛空量少。实际生产情况见图4，与设计一致，效果良好。
图3 吊挂方案
图4 实际吊挂效果
2.3 抛丸工部方案
铸件采用平衡吊上件，成串后由悬挂链步进向前输送到指定抛丸工位，大门关闭，抛丸室顶部的旋转装置以每分钟2转的速度进行360°旋转，抛丸器工作，每台抛丸器以250 kg/min的丸料密集射到铸件表面，3 min之后抛丸器停机，大门开启，铸件进入吹灰室，整个过程耗时约5 min。本室体顶部安装高压离心风机对铸件进行强力吹丸吹灰，侧面接除尘风管净化吹灰室内环境。
铸件清理完毕后送出室体，人工检验铸件腔内积丸、积灰情况，如有必要则增加人工清理工序，此工位安装压缩空气气枪，对残留丸、灰线上人工吹清。
铸件经过清理后流入检验工位（检验工作在线进行，根据用户单位产品生产工艺要求，只需对铸件内外表面缺陷常规目检），检验合格的产品流入浸漆工部，废品下线流出。浸漆前的重点工作是保证铸件内腔无积灰/丸或有少量残留，但是容易清理。灰尘影响铸件清洁度，造成工件表面漆膜附着力降低，钢丸容易在后续主机装配试车过程中脱落造成异常磨损。
2.4 底漆工部方案
浸漆工位需要升降平台和漆槽，设备安装在地坑内，漆槽升至没过铸件最高处完成浸漆，整个浸漆过程约1 min，槽上滴干时间2 min，开关门和行走2 min。
考虑到浸漆之后仍有残余漆液随行滴落，故在随后三工位配备接漆槽。铸件经一段时间自然晾干（环境温度太低也可增加烘干设备）后人工下件、入库。
2.4.1 底漆的选择
常规防锈底漆根据溶剂不同分为水性漆和油性漆两种，水性漆因为具备环保优势，目前成为市场主流。
水性漆采用水为稀释剂，无毒无害，而油性漆采用有机溶剂，挥发产生醛类、苯类危害人的身体健康。水性漆根据配方、环境温度、湿度不同，晾干时间有所区别，通常由企业自行加水调配，一般水分含量在15%～25%，室温>10℃，自然晾干时间t2≈15～30 min，设计自然晾干工位数n≥30 min/5=6个，晾干工段长度L=6×1.92=11.5 m，预留烘干工位，视自然晾干效果再确定是否增加烘干设备。
2.4.2 浸漆方案设计
浸漆实际是铸件进入漆面以下的过程，要实现这个动作无非是铸件升降或者漆槽升降，两者均能通过不同机械设备实现，在适用的基础上主要考虑成本问题。
第一种采用铸件升降模式需要用积放链配合升降机，缺点是积放链价格高昂，当然也可采用普链，只是从下层铸件最低面到上层铸件最高面全部进入漆面需要实现1 200 mm的升降高度，下坡、浸漆、爬坡整个过程需要占据相当长的行走空间，漆池也会很长，不仅会占据车间生产面积，同时土建造价也相当高昂。
本设计采用第二种方案，即采用普链+液压升降平台实现漆槽升降的模式，电气控制也很简单，只需要安装行程开关，当挂架就位并触发后即可发出升降指令，方案见图5。漆槽采用一般钢板、型材焊制，用螺丝固定于升降机台面上，设备成本大幅降低，占据空间小。为了避免铸件浸入漆液中出现液面上升溢出漆桶现象，槽身采用方形结构，上大下小，底面尺寸1 100 mm×1 100 mm，顶面1 300 mm×1 300 mm，总高1 500 mm，漆桶未升前顶面与铸件最低面间隙100 mm，经实际测算整挂铸件浸入漆面内，液面高度升降80mm。水性底漆一般采用改性树脂乳液、环保颜料和助剂加工而成，以水为稀释剂，在生产使用过程中需要容易发生故障。
图5 浸漆方案剖面图
本方案采用镀锌管将压缩空气从漆槽底部喷出，沸腾搅拌，方案见图5。主管采用6时镀锌管，紧贴槽体侧壁，通过橡胶软管、球阀与车间压缩空气管网连接，支管置于槽底，采用4时镀锌管3根焊接，两侧开喷气孔。本搅拌装置结构简单，漆槽内无沉积死角，实际生产使用效果良好，方案设计如图60
图6 搅拌装置
2.5 生产线方案布置图
抛丸、底漆共线连续式生产线方案布置见图7。
图7 抛丸、底漆共线连续式生产线方案布置图
3 实际应用与经济效益
原先采用抛丸、底漆分开生产模式，铸件抛丸后装框，由叉车送到油漆车间，工人再挂上简易浸漆挂架，然后用葫芦吊挂浸漆，整个过程耗时、耗力、耗场地，还得准备不少的料框。原抛丸工部占地500 m2，工人3人，底漆工部占地800 m2，操作工2人。
采用新设备后，底漆工部和底漆操作工取消，原底漆区改为其他生产工作区，节约生产面积800m2，节省人工2人，另外，叉车和叉车工工作量亦同步减少。本共线生产设备与传统抛丸设备相比增加了一套升降平台、浸漆搅拌槽和电控系统，成本增加约5万元，经实际核算，经济效益显著。本方案设备已于2020年5月完成安装调试工作，试生产效果良好，目前已进入批量生产状态，产能约450件/天。
4 结束语
本设计前期经过充分调研，对生产环节每道流程均反复论证，极大地缩短了设备调试、调整时间，同时也得到了用户的大力支持，清理工艺和底漆配方均进行了大量调整、试验，产品结构在不影响使用情况下亦有所改变，比如局部增加工艺孔、盲孔铸改钻等等，投产后达到了设计目标，为用户带来了良好的经济效益。
作者：方伊
单位：中国联合工程有限公司
来源：《铸造》杂志202108期
编辑：刘东辉
审核：曲学良
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