一、核心生产设备

1. 泡沫模样制备设备（消失模核心前置环节）

• 预发机：将泡沫颗粒（如 EPS）加热至软化膨胀，制备均匀的预发珠粒（密度控制在 15-25g/L，大型件需更低密度以减少发气量）。常用 “蒸汽加热式预发机”，需精准控制温度（90-100℃）和时间，避免珠粒结块或密度不均。
• 成型机：将预发珠粒注入定制的金属模具（按铸件尺寸设计，含抽真空通道），通过蒸汽二次加热使珠粒融合成型，制成与铸件一致的泡沫模样。大型件需大型全自动成型机（锁模力≥500kN，模具尺寸可覆盖 2-10m 级铸件），并配备模温控制系统（保证模样表面光滑、无缩孔）。
• 粘合设备：大型铸件常需分块制作泡沫模样（如机床床身、高炉炉壳），需用 “热熔胶枪” 或 “自动粘合机” 将分块模样粘合成整体，粘合剂需选择低发气、高强度的热熔胶（如 EVA 型），避免浇注时粘合处开裂导致铸件错边。
• 切割 / 修整设备：对成型后的泡沫模样进行飞边切割、细节修整，大型件需 “数控泡沫切割机”（如 CNC 线切割机或仿形切割机），精度控制在 ±0.5mm，避免手工切割导致的尺寸偏差。

2. 型砂处理与造型设备（保证铸件成型稳定性）

• 砂处理系统：
  • 砂再生机：将浇注后回收的干砂（石英砂或宝珠砂，粒度 50-100 目）进行筛分、冷却、除杂（去除泡沫残渣和金属屑），再生砂回用率需≥95%（降低成本）。大型线需 “多级再生系统”（振动筛分→磁选除铁→风冷 / 水冷→除尘），控制再生砂温度≤40℃（避免泡沫模样提前软化）。
  • 砂储存与输送设备：用 “斗式提升机” 或 “皮带输送机” 将再生砂输送至砂箱上方，配备 “砂位传感器”，保证砂箱内砂量充足；大型砂箱（容积≥10m³）需配套 “砂流调节阀”，控制干砂下落速度，避免砂粒冲击泡沫模样导致变形。
• 造型砂箱：定制的大型金属砂箱（材质为 Q235 钢，壁厚≥16mm，防止负压下变形），尺寸需覆盖铸件（如长 6m× 宽 3m× 高 2m），箱壁和底部需均匀开设 “抽真空孔”（孔径 8-12mm，间距 200-300mm），连接负压系统。
• 振动紧实设备：砂箱内填入干砂后，通过 “振动台”（振幅 5-10mm，频率 20-30Hz）进行振动紧实，使干砂填充泡沫模样的所有缝隙，紧实度控制在 1.5-1.6g/cm³（过松易导致铸件粘砂，过紧易压溃泡沫模样）。大型砂箱需 “多自由度振动台”（可实现上下 + 左右振动），避免局部砂粒不紧实。
• 负压系统：由 “真空泵”（真空度≥-0.08MPa，抽气量≥100m³/h，大型件需多台并联）、真空罐和管道组成，造型后至浇注完成全程保持负压，将泡沫燃烧产生的气体及时排出，避免铸件产生气孔缺陷。

3. 灰铁熔炼设备（保证铁水成分与温度）

• 中频感应电炉：主流选择，容量通常为 10-50t（适配大型件单炉浇注需求），通过电磁感应加热铁料（生铁、废钢、回炉料），升温速度快（可达 100℃/min），温度控制精准（出铁温度 1450-1520℃，大型件需更高温度以补偿浇注过程中的温降）。需配套 “炉前成分分析仪”（如直读光谱仪），实时检测 C、Si、Mn、S、P 含量，避免成分超标导致铸件脆化或流动性不足。
• 热风冲天炉（辅助或替代方案）：若生产规模大、铁料以生铁为主，可使用 “3-10t/h 热风冲天炉”，成本低于电炉，但需控制焦炭质量（固定碳≥85%）和热风温度（≥800℃），避免铁水含硫量过高（S≤0.12%）。

4. 浇注与辅助设备（控制铁水充型过程）

• 浇注包：容量 5-50t 的 “底注式浇注包”（避免铁水冲击泡沫模样），内衬为高铝质耐火材料（耐温≥1600℃），配备 “倾转机构”（电动或液压驱动），控制浇注速度（大型件通常为 5-10kg/s），避免速度过快导致泡沫分解气体无法排出，或过慢导致铁水降温凝固。
• 浇注轨道 / 行车：大型浇注包需通过 “桥式起重机”（起重量≥50t）或 “浇注轨道车” 移动，保证浇注包对准砂箱浇口，偏差控制在 ±10mm，避免铁水洒出或浇口偏移。
• 浇口杯与浇注系统：虽非设备，但属于浇注关键辅件 —— 大型件需设计 “开放式浇口杯”（容积≥铁水总量的 1/10）和 “底注式浇注系统”（横浇道、内浇道尺寸放大，保证铁水平稳充型），浇口材质为耐火砖或一次性陶瓷浇口，避免浇口烧损导致杂质进入铸件。

5. 后处理与检测设备（保证铸件质量达标）

• 落砂设备：浇注冷却后（大型件需自然冷却 24-72h，避免温差过大开裂），用 “振动落砂机” 或 “液压翻箱机” 将砂箱翻转，使干砂与铸件分离，干砂回收至砂处理系统。
• 清理设备：
  • 抛丸清理机：用 “大型台车式抛丸机”（抛丸量≥200kg/min）去除铸件表面的残留干砂和氧化皮，保证表面粗糙度 Ra≤12.5μm。
  • 气割 / 打磨设备：用 “半自动气割机” 切除浇冒口（大型件冒口尺寸大，需预热后切割），用 “大型角磨机” 或 “机器人打磨系统” 修整飞边、毛刺。
• 检测设备：
  • 外观检测：用 “内窥镜” 或 “高清相机” 检查铸件表面是否有气孔、粘砂、裂纹（大型件需重点检查转角和壁厚不均处）。
  • 内部检测：用 “超声波探伤仪”（探头频率 2-5MHz）检测铸件内部是否有缩孔、疏松（如机床床身的导轨面、发动机缸体的水套部位），重要件需进行 “X 射线探伤”（针对壁厚≥50mm 的区域）。
  • 力学性能检测：取样检测灰铁的抗拉强度（HT250≥250MPa，HT350≥350MPa）、硬度（HB180-240），需符合行业标准（如 GB/T 9439）。

二、关键工艺控制要点（设备之外的核心技术）

1. 泡沫模样工艺：低发气、高强度

• 材料选择：优先使用 STMMA 共聚料（发气量比 EPS 低 30%，高温强度高），避免浇注时泡沫剧烈分解产生大量气体导致气孔。
• 模样干燥：成型后的泡沫模样需在 “干燥房”（温度 25-35℃，湿度≤60%）放置 24-48h，去除内部水分（水分会增加发气量），大型件需分层放置，避免自重导致变形。

2. 干砂造型工艺：负压稳定、紧实均匀

• 砂粒选择：选用圆形或近圆形的石英砂（角形砂流动性差，易导致局部不紧实），含泥量≤0.5%（避免堵塞真空孔）。
• 负压控制：造型时真空度≥-0.08MPa，浇注过程中需保持真空度稳定（波动≤±0.005MPa），若真空度骤降，需立即停止浇注，排查是否有砂箱漏气或泡沫模样破裂。

3. 熔炼与浇注工艺：铁水适配、稳流充型

• 铁水成分：控制碳当量 CE=3.8-4.0%（保证铁水流动性，避免大型件冷隔），Mn 含量 0.6-1.0%（提高强度），S 含量≤0.10%（避免生成 FeS 导致热裂）。
• 浇注温度：比传统砂型铸造高 30-50℃（因干砂散热快），通常为 1480-1520℃，浇注时间需匹配铸件体积（如 10t 铸件浇注时间≥5min），避免局部铁水降温过快。
• 充型方式：采用 “底注式充型”（铁水从铸件底部缓慢上升），避免 “顶注式” 导致的泡沫冲击和气体卷入，内浇道截面积需放大（比传统砂型大 20-30%），减少充型阻力。

4. 冷却与后处理工艺：防裂、去应力

• 冷却控制：大型件浇注后需在砂箱内保温冷却（保温时间≥24h），随砂箱缓慢降温至 400℃以下再落砂，避免铸件因内外温差过大产生裂纹。
• 去应力处理：重要铸件（如机床床身、轧机机架）需进行 “人工时效处理”（加热至 550-600℃，保温 4-8h，随炉冷却），消除铸造内应力，避免后续加工或使用中变形。

三、行业适配场景

上述设备和工艺主要适配大型灰铁铸件（重量≥1t，尺寸≥1m），如机床床身、工程机械底盘、冶金设备机架、大型泵体等，需根据铸件具体尺寸（如 10m 级高炉炉壳）调整设备规格（如更大的成型机、砂箱、熔炼炉），并强化工艺过程中的自动化监控（如用 PLC 系统控制真空度、浇注温度），减少人为误差。

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