汽车压铸铝合⾦缸体铸件⽣产线建设
笔者所在的铸造⼚是⼀个为汽车主机⼚配套⽣产零部件，主机⼚近⼏年乘⽤车事业发展迅速，有⾊铸件需求量激增。为满⾜主机⼚未来的铸件需求，本铸造⼚新建压铸铝合⾦缸体铸造⽣产线。本⽂就汽车压铸铝合⾦缸体铸造⽣产线建设的必要性、⼯艺⽅案、设备选型等问题作简要回顾以供参考。
1 ⼯艺⽅案及主要设备的选型
该⽣产线主要⽣产产品为：四缸铝合⾦缸体（长宽⾼：385*390*285），缸体重约18.1kg，材质：AlSi9Cu3。产品主要技术要求：单铸试棒抗拉强度≥170MPa；硬度≥HB80；泄露率为⽔道试漏≤6ml/min，油道试漏≤4ml/min，试验压⼒为1.5bar。⽣产线建成后，双班年产能约为30万台压铸机缸体铸件。⽣产线设有四⼤⼯部：压铸⼯部、熔化⼯部、清理⼯部，加⼯⼯部（粗加⼯、清洗、试漏、浸渗）、模具维修⼯部。
2.1压铸⼯部
压铸⼯部以“压铸岛”的形式布置，实现⽣产的集成化和⾃动化，设备包含压铸机和压铸机周边辅助设备。压铸机集中布置⽅式，⼤型压铸机和中⼩型压铸机分布在车间的两个区域。⼤压铸机采⽤国产2500T实时控制卧式冷室压铸机，辅助设备包含机边保温炉、浇注机械⼿、取件/镶嵌机器⼈、喷涂机器
⼈、脱模剂配⽐机、真空机、缸套加热炉、缸套输送系统、去渣包装置、光电检测装置、冷⽔槽、切边机、打标机、铸件输送带、⾼压冷⽔机、抽风除尘系统等设备。压铸岛系统的循环时间约135秒。压铸⼯部的⼯艺流程为：机边保温炉浇注→压铸→机器⼈取铸件→光电检测渣包→去渣包→打码→冷却→放置缸套→放铸件⾄切边机→取铸件放置到输送带。压铸岛⼯艺平⾯布置图如图1所⽰。
2.1.1 压铸机
近年来，铸造⾏业竞争激烈，以设备保质量的观念被⼴泛接受。⽬前国内使⽤的主要进⼝压铸机设备
品牌有瑞⼠布勒、意⼤利意德拉、意特等。国内设备⼚家也在借鉴国外先进设备的基础上，⾃主开发较⾼性能的冷室压铸机设备，如⼒劲集团，⼴东伊之密等。通过对国内⼚家实地调研，国产压铸机可以满⾜该产品要求，本着精益投资的原则，本⽣产线选⽤某国产品牌的2500T实时控制卧式冷室压铸机。压铸机配备抽真空、局部加压装置和冷却⽔监控装置。压铸机射料部分技术要求见表1。
2.1.2 压铸机周边辅助设备
1）机器⼈喷雾机
机器⼈喷雾机⽤于模具的喷涂和冷却。机器⼈选⽤国际知名品牌。喷雾机包含多路单控制喷涂系统，2路的单控吹⽓系统。采⽤集成喷雾形式，同时对动静模喷雾，喷雾和吹⽓独⽴回路。模组喷头的喷雾量可单独调节，定点喷雾或连续移动喷雾时。可在任⼀点停留做局部喷雾或吹⽓。所有喷雾嘴为可拆卸。
2）取件机器⼈
取件机器⼈⽤来抓取缸套和压铸件，机器⼈选⽤国际知名品牌。机器⼈必须与压铸机主机连锁。抓取
缸套必须有防错功能，每次抓取四件（四缸机），或三件（三缸机）。取件机器⼈⼯作循环要求：开模取出压铸件→压铸件的完整性检查→去渣包→打码→空冷→将缸套嵌⼊模具→将压铸件放⼊切边模定位→切边后的⼯件的取出→放⼊输送带内→等待→进⾏下⼀个循环。
3）光电检测装置和去渣包装置
光电检测装置⽤于检测铸件渣包是否完整，具有铸件检查异常报警功能，产品发⽣异常时压铸机停⽌⼯作。光电检测开关采⽤国际知名产品，12个光电开关，4×3排列，机器⼈程序可以选择检测的组数，光电开关的位置及⽅向可调。去渣包装置采⽤机械碰撞式去渣包，渣包顺利掉⼊废料框内。
4）⽔冷槽
⽔冷槽实现对缸体铸件的冷却；槽体采⽤不锈钢，设置双⼯位，⼀⼯位冷却，⼀⼯位沥⽔⼲燥；该⼯位具有升降功能，可以根据产品设定。配备⽔温控制系统，通过给排⽔确保⽔温控制在在80±5℃。铸件冷却时间可控。
5）切边机
切边机⽤于切除铸件的以下部位：前后端⾯飞边、上下端⾯飞边、左右两侧飞边、缸筒内部飞边、料柄，切边机的下模板要求可以使料柄和渣包顺利掉⼊废料框内。可实现调整、半⾃动两种操作⽅式，
设有取件异常光电检查报警装置，铸件取不出，发⽣异常时停⽌⼯作，防⽌机器⼈损坏。切边模需由专业的模具⼚家开发。
6）压铸件传送装置
⽤于输送切边后的铸件，配备2台风机对铸件冷却。采⽤步进式板链传送，板链尺⼨：5000*800*700。⽑坯传送装置与机器⼈采⽤对点连接⽅式通讯，⾏动由机器⼈控制，（即放置铸件时，传送带处于停⽌状态，放置铸件后，输送带运⾏⼀个⼯位500mm），输送带具有的⼀定的耐冲击性，以保证⼯⼈在输送带清理部分较⼤的飞边不会损伤输送带。
7）缸套输送和加热保温装置
缸套输送装置：⽤于输送缸体缸套（三缸和四缸机型）。输送带上⼀次可储存50套⽤量的缸套，输送装置具备⾃动检测缸套长度功能，发现尺⼨问题，⾃动报警。缸套输送装置⾏动由机器⼈控制，实现步进式运转；缸套加热升温要平稳，保温温度150-220℃，波动±3℃；
8）脱模剂⾃动配⽐装置
⽤于脱模机的配⽐。为了保证喷涂的效果，储液罐要求最⼤容量为200L以上。可以实现⾃动和⼿⼯的涂料配⽐。稀释倍率40～150倍。混料桶材质选⽤SUS（不锈钢），液⾯可检测。定量器，压送泵与2
500t设备配套，具有输送压⼒异常的报警功能。
9）真空机
⽤于压铸机合模具后抽真空，采⽤海望移动式真空机，配套1000L真空罐，真空罐真空度约35-50毫巴。保存压射真空度和污染度结果，并与打标机联锁，实现可追溯。即时型腔真空度曲线显⽰。真空度调节。抽真空时间可设定、可监控。
10）激光打标机
主要⽤于打刻⽣产⽇期等数据，实现产品追溯。
11）⾼压冷⽔机
汽车配套与2500t压铸机配套，满⾜模具⽤⽔和压铸机液压油冷却。冷却⽔系统冷⽔杂质过滤系统。冷⽔机的温度波动：±5℃，各冷却点冷却是否正常应有报警显⽰系统。该冷⽔机⾃⾝冷却通过室外闭式冷却塔冷却。
各冷却点冷却是否正常应有报警显⽰系统。该冷⽔机⾃⾝冷却通过室外闭式冷却塔冷却。
12）抽风除尘系统
除尘器主要收集开模和模具冷却时产⽣的⾼温⾼湿⽓体，采⽤德国ZCLTRAVENT-ll20000EE品牌。除尘器室内布置，并且室内排放，滤芯采⽤滤筒，抽风罩可移动，避免与更换模具⼲涉。
13）浇注机械⼿
机械⼿采⽤LN-12平台，浇注量⼤于30kg。浇注误差⼩于2%。机械⼿取液和浇注要求平稳可靠，减少飞溅。
2.2熔化⼯部
熔化⼯部主要包含塔式熔化炉、保温炉，除⽓机等配套设施。⽬前铝⾦合熔化炉主要采⽤熔化电炉和“塔式熔化炉+电加热保温炉”两种熔化⽅式，熔化电炉使⽤成本较⾼。⽬前国内铝⾦合燃⽓塔式炉主要采⽤外资品牌，如东⼤三建、正英集团、史杰克西等。我公司采⽤“塔式熔化炉+电加热保温炉”的形式，塔式熔化炉集中布置，与压铸区局部隔离布置。燃⽓塔式炉集中熔化，电加热保温炉布置于压铸机旁实现⾃动化⽣产。炉前配备除⽓装置，除⽓设备选⽤某国产某品牌，确保⾦属液质量的稳定可靠。考虑炉前操作⼈员的安全环保和职业健康，塔式熔化炉配备抽风除尘系统和燃⽓泄漏报警装置。熔化⼯部⼯艺流程为：配料→加料→熔炼→出铝→除⽓检测→转运→保温。
2.3清理⼯部
清理⼯部包含抛丸、打磨加⼯等⼯序。利⽤⼿提式砂轮机和其它⼯具在⼿⼯清理⼯作台上进⾏飞边⽑刺处理，然后转运⾄抛丸机抛丸，抛丸后铸件进⾏⾃然时效放置⼀周后进⾏粗加⼯。
抛丸设备国产设备已经成熟，采⽤悬链步进式国产抛丸机，采⽤双抛丸⼯位，吊具按每个钩6件设计，上下双层，每层均布3件，吊挂位置为缸筒。为确保炉前操作⼈员的安全环保和职业健康，抛丸机配备防爆湿式除尘器，美国AFF品牌，采⽤两级除尘，⼀级惯性除尘，⼆级湿式除尘，按国家环保要求排放。
2.4加⼯⼯部
加⼯⼯部包含铸件粗加⼯、清洗、试漏、浸渗等⼯序。抛丸后的铸件进⾏粗加⼯，粗加⼯后进⾏清洗，清洗的⽬的为保证各螺纹孔、⽔道、油孔及表⾯等⽆残留切削液和⽔渍，保证试漏的准确性，试漏不合格品做⼀次浸渗处理。加⼯⼯部主要⼯艺流程图如图2所⽰：
2.4.1加⼯中⼼、清洗机、试漏机
加⼯中⼼、清洗机、试漏机均采⽤国产设备，主要加⼯内容为缸体的六个⾯，主油道、斜油道和部分⾯。加⼯后进⾏清洗，清洗后各螺纹孔、⽔道、油孔及表⾯等⽆残留切削液和⽔渍，保证试漏的准确性。试漏内容为⽔道和油道，试漏压⼒为1.5±0.1，泄露率为⽔道试漏≤6ml/min，油道试漏≤4ml/min。
2.4.2浸渗设备
浸渗线⽬前主要处理试漏超出标准的产品，设备节拍≤15min。浸渗筐材料采⽤SUS304 不锈钢制成，每框8件布置。设备⾃带浸渗液循环回收⼯艺，浸渗液回收率≥90%，回收浸渗液含⽔率≤1%。浸渗处理线⼯艺流程：⼈⼯装筐→吊装、转运→【真空浸渗】→吊装、转运→【旋转甩胶】→吊装、转运→【旋转喷淋清洗】→吊装、转运→【⼆次旋转喷淋清洗】→吊装、转运→【热⽔翻转浸泡固化】→吊装、转运→【风冷翻转降温】→吊装、转运、下线→⼈⼯从浸渗筐中取出⼯件。
注：【】内为设备⾃动⼯作循环。
2.5模具维修⼯部
2.5模具维修⼯部
模具维修⼯部主要⽤于模具的⽇常维护。包含模具拆分、清洗、模具预装、模具⽔流量检测，合模等⼯序。
2.6其它设备
考虑设备维修、模具维修等需求，各区域根据⼯艺需求配置不同吨位的起重机。考虑质量检测需求，配置三坐标仪，X 光探伤仪、直读光谱仪、量检具等检测仪器。主要检测内容为铸件尺⼨检查，外观检查，内部缺陷检查。
3 ⽣产验证
3.1产品品质和节拍
因为压铸⽣产线为我公司⾸次建设，⽬前我公司已完成⼀套压铸机的建设。⽬前缸体模具已调试合格，综合成品率约85%，压铸岛节拍稳定在135s/型左右。满⾜⽣产纲领需求。
3.2⽣产⼯艺及铸件质量
铝液成分Si：8.0~11.0，Cu:2-4，Mn:<0.55 ，Mg:0.05~0.55 ，Zn:≤1.2 ，Ni:≤.0.55 ，Fe:≤1.3 ，Cr:
<0.15，Sn:0.25,Pb:≤0.35,Ti:≤0.25。除⽓机⼯作真空度：0.008 MPa～0.01MPa，除⽓时间：5 min～10min，铝液密度要求：2.61-2.71，熔炼浇注温度660±10°，压铸机系统压⼒为160bar，铸造压⼒为900bar,⾦属液填充时间约为0.129s，压铸机位置-速度参数见表2。
4 建设经验
4.1压铸岛冷却系统设计
⾸套压铸岛冷却采⽤闭式冷却塔集中冷却压铸岛，在试模过程中经常出现模具堵塞的情况。通过检查发现，压铸过程中产⽣的杂质进⼊模具冷却⽔系统中，导致模具堵塞，造成产品表⾯缺陷。后续新增压铸岛冷却系统设计时模具冷却与压铸机系统的冷却分离。模具采⽤⾼压冷⽔机单独冷却。
4.2 切边机设计
在切边机切掉浇冒⼝过程中，导致产品油底壳⾯出现表⾯缺⾁。后期建设拟采⽤锯床的⽅式切除浇冒⼝系统。
5 结论
(1)经过试⽣产，证明该汽车铝合⾦缸体⽣产线采⽤“压铸岛”的形式集成化布置⼯艺可靠，⾃动化程度⾼；
(2)2500T国产冷室压铸机能够满⾜该缸体铸件的⽣产需求。
本⽂作者：刘旭飞、王跃、尚红标
安徽江淮汽车集团股份有限公司
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