Автоматизированные линии фирмы Laempe для производства стержней и отливок «блок двигателя» в Китае

Статьи от автора: Мельников И.А.

­­Мельников И. А.

Сотрудничество немецкой фирмы Laempe с литейными заводами Китая длится уже длительное время. Однако в последний период времени происходит самый активный этап модернизации - всего менее чем за 20 лет Laempe поставила для Китая более 1500 единиц оборудования, в том числе пескострельные автоматы, смесители, установки для поверхностной обработки стержней, монтажно-сборочные манипуляторы и роботы.

Литейное производство Китая активно модернизируется в основном путем внедрения самого современного не только стержневого, но и формовочного оборудования - производства лидеров мирового литейного машиностроения. Так, например, немецкая фирма HWS-Sinto для литейных заводов Китая активно поставляет опочные автоматические формовочные линии (АФЛ) по технологии «Сейатцу» – 14 АФЛ в 2010г., 13 АФЛ в 2011г. Кроме этого в Китай за короткий период (с 2006г. по 2016г.) поставлено 178 безопочных АФЛ для горизонтальных форм производства японского концерна Sinto (стратегический партнер фирмы Laempe).

Обновление производства высококачественным европейским технологическим литейным оборудованием обеспечивает повышенный уровень конкурентоспособности и эффективности передовых заводов Китая на общем фоне большинства низкорентабельных литейных заводов. Министерство экономики Китая в начале 2014г. приняло решение о закрытии около 20.000 из всех 30.000 литейных заводов, которые не отвечают национальным стандартам по техническому оснащению и экологическому обеспечению. Оставшиеся после проверки на эффективность литейные заводы могут даже рассчитывать на государственную финансовую поддержку. Эта программа правительства Китая должна быть выполнена до конца «тринадцатой пятилетки» - то есть к концу 2020 г.

Одним из лидеров литейного производства Китая является завод всемирно известного международного концерна Teksid в г. Чжэньцзян. Группа заводов Teksid  - одна из крупнейших литейных компаний в мире, ее ежегодный объем производства составляет более 600 тыс. тонн отливок. Сегодня компания Teksid насчитывает семь производственных площадок: четыре в Европе и по одной в Южной Америке (Бразилия), Центральной Америке (Мексика) и Китае. Производственная программа литейных предприятий Teksid охватывает весь спектр чугунных отливок для выпуска легковых и грузовых автомобилей, таких как блоки цилиндров, головки цилиндров, кулачковые валы, тормозные диски и барабаны, шатуны, выпускные коллекторы, корпуса коробок передач, детали ходовой части автомобилей и др. Teksid является поставщиком литых автокомпонентов для таких всемирно известных компаний как Cummins, Ford, General Motors, Brembo, Audi, Daimler AG, Scania, Deutz, Toyota, Volvo, Volkswagen, PSA и др.

Китайский чугунолитейный завод «Hua Dong Teksid»

Чугунолитейный завод Hua Dong Teksid Automotive Foundry Company Limited основан менее 20 лет назад (1998г.) и представляет собой совместное предприятие китайского автомобильного концерна SAIC (в переводе «Шанхайская Автомобильная Промышленная Компания») и литейного концерна Teksid. Чугунолитейный завод расположен в промышленной зоне города Чжэньцзян провинции Цзянсу и специализируется на производстве отливок автокомпонентов из СЧ, например блоков и головок блоков цилиндров для легковых машин и малотоннажных грузовиков, коллекторов впускных и выхлопных газов, коленчатых и распределительных валов и др.

Основные потребители выпускаемых отливок – китайские, индийские и корейские автомобильные концерны. Кроме того, отливки активно экспортируются и в страны ЕС. Производственные возможности завода составляют 75.000 т литья в год, количество персонала – 553 человек, из которых 88 технологов. Общая площадь заводских помещений ок. 140.000 м2  [1-3]).

Показатель эффективности литейного производства №1135,6 тонн отливок в год на одного сотрудника, включая вспомогательный персонал. Достигнутый показатель намного выше среднего среди всех литейных заводов Китая – около 29 тонн в год на одного сотрудника согласно данным доклада на Форуме стран BRICS 08-10.09.2015 в Нижнем Новгороде вице-президента Ассоциации литейщиков Китая г-н Fan Qi. К сожалению, пока еще на многих литейных заводах Китая сохраняется очень низкий уровень автоматизации производства.

Формовочный участок завода Hua Dong Teksid оборудован современной немецкой автоматической формовочной линией (АФЛ) по Сейатцу-процессу фирмы HWS-Sinto (размеры опок 1000х800х350/350, производительность - 180 форм/час на базе одного формовочного автомата – рис.1). Уровень модернизации и автоматизации на чугунолитейном заводе Hua Dong Teksid постоянно растет.

 

Рис.1. Автоматическая простановка стержней на АФЛ по Сейатцу-процессу фирмы HWS-Sinto

Проект Laempe с чугунолитейным заводом «Hua Dong Teksid»

В начале 2015 г. руководство китайского чугунолитейного завода разместило на фирме Laempe заказ на поставку комплексной автоматизированной линии для производства стержней и стержневых пакетов для отливок блока цилиндров рядных двигателей. Данная линия предназначена в основном для производства стержневых пакетов для отливок блоков двигателей автомобилей Audi.

Этот 4-х цилиндровый рядный двигатель предназначен для моделей автомобилей Audi - A4, A6, Q5 или S3 (рис.2), которые немецкий автомобильный концерн производит в основном для рынков США, ЕС и Китая.  Основные технические данные двигателя: объем 1,8 или 2,0 л; максимальная мощность 132 ...221 кВт (180…300 л.с.), крутящий момент – макс. 380 Нм. Двигатели данного класса выполняют экологические требования стандарта Eвро-6. Их отличают такие инновации, как встроенная в головке цилиндров система принудительного охлаждения выхлопных газов, сдвоенная система впрыска горючего одновременно как в камеры сгорания, так и в линию подачи воздуха и электронная система управления циркуляции охладительной жидкости  [4-6].

Отливки данного блока двигателя изготавливаются из чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ). Вес отливки до обработки составляет 43 кг. Выбор данного сплава не случаен. Повышенные требования к физико-механическим характеристикам металлических сплавов для непростых условий постоянной динамической нагрузки, а также при давлении впрыска топлива в камеры сгорания не более 25 атм. и при специфической мощности 100 кВт/л, еще в конце 90-х годов прошлого века привели к разработке и активному внедрению чугуна с вермикулярным графитом при серийном производстве блочного литья. Высокие значения механических напряжений в блоках при высоких температурах выдерживаются только отливками из ЧВГ.

Существенное преимущество ЧВГ – значительно более низкая теплопроводность по сравнению с алюминиевыми сплавами, что дает возможность создания равномерного температурного поля вокруг четырех камер сгорания, уменьшая «перемычки» между соседними цилиндрами до 5,5 мм и стабилизируя процесс сгорания при высоких значениях специфической мощности двигателя. Дополнительное преимущество отливок блока цилиндров из ЧВГ - значительно более низкая себестоимость по сравнению с альтернативными сплавами на базе алюминия.  

Металлургию чугуна с вермикулярным графитом можно сравнить с общим механизмом получения высокопрочного чугуна со сфероидальным графитом, причем доля сфероидизирующих модификаторов, а также процесс «округления» графита умышленно прерывается по времени, в результате чего включения графита получают «червякообразную» форму (отсюда и наименование чугуна от латинского «vermiculus» - червячок). Технология плавки этого чугуна в серийном производстве освоена во всех  развитых «литейных» странах, в том числе и в Китае. В процессе обучения китайских литейщиков осваиванию данной технологии обработки чугунного расплава активно помогали и продолжают помогать специалисты из литейных концернов ЕС.

 

Рис.2. Отливка блока двигателя R4 -TFSI-EA888   [6]

Автоматизированная линия Laempe для производства, обработки и сборки стержней на чугунолитейном заводе Hua Dong Teksid

Стержневой пакет для одной отливки блока двигателя R4-Аudi состоит из 14 отдельных стержней, а именно 4-х центровых, 2-х торцевых, 2-х боковых стержней, одного стержня водяной рубашки, одного основного стержня для водяной рубашки, а также 4-х стержней масляных каналов. 

Все стержни изготавливаются по Coldbox-Амин-процессу на пяти пескострельных автоматах Laempe последнего поколения, три из них типа LHL, а остальные два - типа LFB.

Стержни масляных каналов вставляются в более крупные боковые, и соответственно в торцевые стержни, а центровые стержни собирают в отдельный пакет. Отдельно собирают водяную рубашку с основным стержнем. Таким образом, из всех 14 стержней получают 6 предварительно собранных «промежуточных» стержневых пакетов.  Соединение «центровых стержней» в пакет осуществляется вручную резьбовыми шпильками с контргайками. Для соединения мелких стержней с крупногабаритными применяют саморезы.

Промежуточные стержневые пакеты размещают последовательно на транспортный конвейер, который передает их в зону окрашивания водяной противопригарной краской (рис.3,4). Стержни окрашивают автоматически методом окунания.

Далее происходит сушка отдельных 6-ти стержневых пакетов в проходной сушильной печи с газовым нагревом и встроенным конвейером с замкнутой системой движения и возврата  паллет (рис.5). Осушенные промежуточные стержневые пакеты собираются автоматически в блок-пакет, а затем блок-пакеты размещаются на кондукторы транспортной линии для подачи в склад и на формовочный участок.

В одной опоке автоматической формовочной линии фирмы HWS-Sinto (Сейатцу-процесс) размещаются два стержневых блок-пакета. Вес одного финально собранного стержневого пакета около 108 кг. По причине оформления всех контактных поверхностей отливки стержнями, имеет смысл подчеркнуть, что отношение «металл : стержневая смесь» на примере блочной отливки R4-Audi = 43:108 = 1:2.5.

 

Рис.3.  Стержневой пакет отливки блока двигателя R4 на заводе Hua Dong Teksid - слева без «бокового» стержня, справа - полностью собранный стержневой пакет

 

Рис.4. Фрагмент автоматизированной линии Laempe на заводе Hua Dong Teksid в зоне поэтапной загрузки накопительного конвейера перед участком окрашивания промежуточных стержневых пакетов

 

Рис.5. Фрагмент автоматизированной линии Laempe на заводе Hua Dong Teksid на выходе сушильной печи

Некоторые технологические особенности автоматизированной линии Laempe

Линия Laempe оснащена 5 пескострельными автоматами Laempe последнего поколения. Три из них имеют типовое обозначение LHL, остальные два - LFB.  

На пескострельных автоматах LHL производят все крупногабаритные стержни. Отличительные характеристики стержневого автомата LHL: объем пескострельной головки - 130 литров; размеры пескострельной плоскости (ширина х глубина) = 1300х1000 мм; цикл стержневого автомата на холостом ходу - 25 сек.

Пескострельный автомат LHL оснащен автоматизированной системой замены комплектов стержневой оснастки с общим циклом не более 5 минут. Подобные автоматизированные системы замены комплектов стержневой оснастки являются необходимой составной частью всех современных высокопроизводительных автоматизированных линий Laempe, на которых производство стержней на отдельных стержневых автоматах связано с изменением программы производства стержней на данной машине.  

На пескострельных автоматах LFB производят все мелкие и ажурные стержни.

Отличительные характеристики стержневого автомата LFB: объем пескострельной головки - 25 литров; размеры пескострельной плоскости (ширина х глубина) = 700х900 мм; цикл стержневого автомата на холостом ходу - 18 сек.

Каждый пескострельный автомат LFB тоже оснащен автоматизированной системой замены комплектов стержневой оснастки с общим циклом не более 5 минут.

Все пескострельные автоматы имеют встроенные газонераторы, предназначенные для  Coldbox-Амин-процесса. Cмесеприготовительное отделение выполнено на базе вихревых смесителей  Laempe типа LVM и рассчитано на максимальную производительность 15 т/ч. Номинальная нагрузка смесеприготовительного участка в момент запуска автоматизированной линии Laempe составляла 11 т/ч.  

Пескострельные автоматы Laempe обслуживаются монтажно-сборочным и накопительным конвейером со встроенной проходной сушильной печью для сушки предварительно собранных и окрашенных стержневых пакетов.  Для съема, очистки заусенцев, поэтапной сборки отдельных стержней в промежуточные стержневые пакеты, а также для окрашивания и финальной сборки стержневых пакетов водяной противопригарной краской предусмотрено 18 роботов COMAU.

Номинальная часовая производительность автоматизированной линии Laempe на чугунолитейном заводе Hua Dong Teksid составляет 100, а максимальная - 120 стержневых пакетов.

Обобщение

Пример внедрения автоматизированной линии Laempe на заводе Hua Dong Teksid показывает, что ведущие китайские производители отливок выбирают только первоклассное оборудование и технологий при модернизации своих литейных заводов. Однозначна тенденция к максимальному внедрению роботизированных комплексов для поверхностной обработки и сборки стержней на ведущих литейных заводах Китая. Взаимовыгодное сотрудничество Laempe с китайскими литейщиками активно продолжается.  

Литература

  • 1) Сайт китайской компании «LONGJI GROUP»: http://www.longjigroup.cn
  • 2) Сайт китайской компании «HUA DONG TEKSID»: www.hdteksid.com
  • 3) Сайт китайской компании «YANTAI WINHERE»: www.winhere.com
  • 4) Wurms, M. Jung u.a., Innovative technologies in Current and Future TFSI Engines from Audi, 20th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology, 2011
  • 5) Eiser, J. Doerr u.a., The new 1.8l TFSI Engine from Audi, Industry gasoline Engines, MTZ, 06/2011, p.32…39
  • 6) Grunow, W. Görtz u.a., Das Zylinderkurbelgehäuse der neuen R4-TFSI-Motorengeneration von Audi, MTZ, 0/2007, s.2…10
Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №5 (201) 2017 г.
Стр. 2-6