負(fù)壓制芯機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

負(fù)壓制芯機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

4負(fù)壓制芯機(jī)的充填單用小型芯的生產(chǎn)方法主要包括芯盒和有機(jī)硬砂機(jī)，以及必要的緊實(shí)生產(chǎn)方法。其生產(chǎn)條件差,型芯質(zhì)量不易保證。因此,采用了負(fù)壓制芯機(jī),以真空吸引填充芯砂的方法,將全部作業(yè)過程機(jī)械化,高質(zhì)量地進(jìn)行大、中型型芯的制造。負(fù)壓制芯機(jī)采用自硬砂工藝制芯時(shí),配置了排氣塞,以更有效地保證芯砂的填充,并解決氣體消耗過大的問題。其最大的特點(diǎn)是進(jìn)一步提高了砂的填充性。當(dāng)吸引壓力由原有的26.7kPa(200Torr)提至1.33kPa(10Torr)時(shí),作為輔助手段,同時(shí)使木芯盒在振動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行芯砂的填充,將得到更加滿意的填充效果。圖20是根據(jù)負(fù)壓和加振動(dòng)雙重作用下,確認(rèn)芯砂填充效果的試驗(yàn)裝置。為方便觀察砂的填充動(dòng)態(tài),整個(gè)裝置都由透明的有機(jī)玻璃管和板材制作。上部的儲(chǔ)砂斗下方配置填充砂的圓筒形內(nèi)腔,儲(chǔ)砂斗中央連接有導(dǎo)管,芯砂通過中央導(dǎo)管,從下部吸入圓筒內(nèi),經(jīng)振動(dòng)而填充、緊實(shí)。當(dāng)負(fù)壓和振動(dòng)變化時(shí),填充砂的重量也隨之增減。僅用負(fù)壓填充砂時(shí),負(fù)壓在0.53～26.7kPa(4～200Torr)時(shí),整個(gè)內(nèi)腔填充砂子。隨著負(fù)壓的提高,砂的填充量也隨之增加。但是,在53.2kPa(400Torr)時(shí),內(nèi)腔中僅填充了一半的砂量。如僅在振動(dòng)狀態(tài)下填充,隨著加振力的增加,砂填充量也增多,但僅限于填充了某些部分內(nèi)腔。當(dāng)負(fù)壓為0.53kPa(4Torr)并同時(shí)附加振動(dòng)時(shí),隨激振力的增加,填充性變得越來越好。負(fù)壓制芯機(jī)的外觀見圖21,其規(guī)格、性能詳見表6。用的最大木質(zhì)芯盒尺寸為1000mm×1000mm×1000mm,砂的填充量可達(dá)到120kg。機(jī)器工作時(shí),將芯盒定位于儲(chǔ)砂斗的下方,按下自動(dòng)啟動(dòng)鍵即開始工作。首先振動(dòng)平臺(tái)上升、混砂機(jī)啟動(dòng)、混好的芯砂儲(chǔ)存于砂斗之后,砂斗下降直至壓住芯盒,芯盒隨著振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生振動(dòng),使芯盒內(nèi)減壓,打開砂斗的閘門,瞬時(shí)將芯砂填充入芯盒內(nèi)。由上可知,負(fù)壓制芯機(jī)具有如下特點(diǎn):a.能自動(dòng)地填充芯砂,生產(chǎn)高品質(zhì)的復(fù)雜形狀的型芯。b.因砂的填充時(shí)間是以秒為單位(50kg重的型芯約1s),提高了生產(chǎn)率。c.可將分割制作的復(fù)雜型芯做成整體。d.與利用壓縮空氣吹入或強(qiáng)力振動(dòng)相比,砂的填充狀態(tài)顯得較為柔順,能夠?qū)⑿竟恰⒗滂F、發(fā)熱套管正確地定位于型芯內(nèi)。e.不會(huì)發(fā)生砂的吹出、臭氣泄漏、噪聲等環(huán)境污染問題。f.可以使用木質(zhì)芯盒。g.取消了芯盒的夾緊裝置,使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。5專利權(quán)的儲(chǔ)備1987年西班牙LORAMENDI公司開發(fā)了Key-Core系統(tǒng)全自動(dòng)制芯設(shè)備,并取得專利權(quán)。1990年起日本フントリ-サ-ビス公司成為該產(chǎn)品日本地區(qū)總代理。由于該系統(tǒng)的開發(fā),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了缸體鑄件的薄壁和輕量化,提高了鑄件的尺寸精度,削減了去毛刺的費(fèi)用,降低了廢品率,從而全面地提高了鑄件的質(zhì)量。5.1y-co系統(tǒng)特點(diǎn)一般地講,鑄造工廠中型芯的組裝幾乎都采用粘結(jié)劑或螺栓的方法進(jìn)行,而該系統(tǒng)則可不用粘結(jié)劑,利用分塊型芯的凸凹鎖緊進(jìn)行組裝。它是目前制造高尺寸精度鑄件型芯的最有效系統(tǒng),主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等鑄件的型芯生產(chǎn)。5.1.1Key-Core系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)詳見表7。5.1.2Key-Core系統(tǒng)的工作順序標(biāo)準(zhǔn)工作程序如圖22所示。a.曲軸箱①～④和端部⑤～⑥型芯配置于Key-Core系統(tǒng)夾具中(▲印記表示座標(biāo))。b.吹凈系統(tǒng)的第1次夾具后,曲軸箱和端部型芯準(zhǔn)備在夾具中接合。c.曲軸箱型芯組準(zhǔn)備與水套芯⑦和平頭芯⑧接合。全部型芯定位于系統(tǒng)第2次夾具內(nèi),經(jīng)吹凈后,在第2次Key-Core系統(tǒng)夾具中進(jìn)行接合。d.利用第1和第2次的系統(tǒng)夾具,完成整體組芯。5.2帶組合型芯的制造LORAMENDI公司的全自動(dòng)制芯機(jī)的規(guī)格和技術(shù)性能詳見表8、表9。Key-Core系統(tǒng)1992年購(gòu)進(jìn)用于生產(chǎn)直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體型芯。設(shè)備:SHAC-60L/CF制芯機(jī)、第1次組芯用Key-Core系統(tǒng)夾具、機(jī)械手操縱裝置、涂料罐、第2次組芯用Key-Core系統(tǒng)夾具、機(jī)械手。組合型芯的生產(chǎn)率為65～75組/h。用制芯機(jī)分別制造4個(gè)曲軸箱和2個(gè)端部型芯,然后用手控機(jī)械手從芯盒中取出全部型芯(圖23a)排成一列。將這些型芯通過同樣形狀的模板孔,去除型芯分型面的毛刺(圖23b)。手控機(jī)械手將這些型芯定位于Key-Core系統(tǒng)的定位夾具中(同樣的定位夾具裝設(shè)在2個(gè)Key-Core系統(tǒng)中)(圖23c),將此夾具在水平面方向回轉(zhuǎn)180°,送到Key-Core系統(tǒng)內(nèi),射砂、充氣于曲軸箱和端部型芯的中空部分,使型芯接合成一體。根據(jù)程序由涂料機(jī)械手將此組型芯送入涂料罐進(jìn)行浸涂、干燥(圖23d)。6工業(yè)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前制芯機(jī)仍以殼芯機(jī)為主流,但從工藝技術(shù)和環(huán)境保護(hù)方面評(píng)價(jià),制芯機(jī)技術(shù)尚需進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展(含樹脂覆膜砂的改良)。6.1殼型制芯機(jī)的研制優(yōu)點(diǎn):a.干態(tài)的RCS(樹脂覆膜砂)具有良好的流動(dòng)性和填充性。b.干態(tài)的RCS能制成中空型芯。缺點(diǎn):a.RCS因是加熱硬化,所以對(duì)操作者、芯盒、機(jī)器必須采取防(隔)熱措施。b.RCS加熱硬化時(shí),會(huì)產(chǎn)生有害氣體和煙塵,工作環(huán)境受到污染。由上可見,殼型制芯機(jī)尚需從以下幾個(gè)方面予以改進(jìn):▲進(jìn)一步提高芯砂的填充性能?！M(jìn)一步提高型芯的中空化水平,生產(chǎn)芯壁盡可能薄的中空型芯。▲簡(jiǎn)化芯盒更換手段?！岣邫C(jī)器的自動(dòng)化水平?！鴳?yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)措施,使環(huán)境不受污染。環(huán)境保護(hù)應(yīng)和自動(dòng)化相結(jié)合,既省力又改善工作環(huán)境。當(dāng)前則應(yīng)加強(qiáng)制芯機(jī)的通風(fēng)除塵和密閉式自動(dòng)化操作。6.2未來開發(fā)的研究課程6.2.1燃?xì)饧訜嵴{(diào)節(jié)芯盒設(shè)計(jì)的好壞,排氣結(jié)構(gòu)是否合理,是影響芯砂填充性能的一個(gè)很重要方面。①芯盒的加熱溫度要均勻(防止芯盒的熱變形)目前,加熱方法有電加熱和燃?xì)饧訜?。電加熱由于可根?jù)型芯形狀增減加熱器,所以便于進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和芯盒的更換,但制造費(fèi)用和運(yùn)行成本都較高。因此,應(yīng)用燃?xì)饧訜岬姆椒ㄝ^為普及,但機(jī)器周圍的環(huán)境溫度較高,工作條件惡化。應(yīng)用燃?xì)饧訜釙r(shí),燃?xì)夂涂諝饣旌虾蠊┙o噴嘴,在其端部點(diǎn)火加熱,通過調(diào)整混合氣量控制溫度。如在燃?xì)夂涂諝獾呐涔苌习惭b電磁閥,根據(jù)設(shè)在芯盒中的溫度傳感器設(shè)定的溫度,控制氣量而達(dá)到控制溫度的目的。但是,當(dāng)火焰強(qiáng)弱切換時(shí),易滅火。因此,大阪シエル公司開發(fā)了藏于旁通回路中的特殊電磁閥,防止了滅火現(xiàn)象。②應(yīng)根據(jù)型芯的種類,自動(dòng)調(diào)節(jié)砂斗中的砂量砂斗中的砂量因型芯不同而有異,推薦的砂量為芯子重量的2～3倍(實(shí)心),此時(shí)能得到較好的填充性能。相應(yīng)地有時(shí)間繼電器、料位計(jì)或測(cè)力傳感器等計(jì)測(cè)儀器控制砂量,其中以測(cè)力傳感器自動(dòng)控制砂量較好,根據(jù)不同的型芯作相應(yīng)調(diào)整,且正確無誤,可同時(shí)滿足其填充性和中空化的要求。6.2.2底吹射砂法的優(yōu)點(diǎn)①在中空化方面目前尚未解決的問題:與其它方法相比,RCS價(jià)格較貴;鑄造時(shí)氣孔缺陷的防止;鋁鑄件用型芯要求有良好的潰散性。因此,必須解決以下所列的問題:▲形狀復(fù)雜的型芯(例如射砂口小、翹曲度大等)?！荒艹惺芤簯B(tài)金屬的壓力和某些情況下金屬液易滲入型芯中?！渖昂?排砂時(shí)間有一定的限制,否則影響中空比。▲使用強(qiáng)力振動(dòng)子時(shí),環(huán)境噪聲大。②今后對(duì)策a.搖動(dòng)排砂法根據(jù)不同的型芯形狀,將搖動(dòng)角度調(diào)整到超過180°以上,反復(fù)地進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)搖動(dòng)排砂,去除多余的砂。b.底吹射砂法應(yīng)用底吹式殼芯機(jī)的主要特點(diǎn)如下:▲沒有散落砂(射砂口沒有微量散落砂);▲沒有反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);▲可以裝配吸引機(jī)構(gòu);▲填充性好。底吹式殼芯機(jī)工作時(shí),吹砂頭前進(jìn)、壓緊、上升、射砂、排氣(在芯盒保壓時(shí),型芯的壁厚取決于等待排砂時(shí)間)。排氣時(shí),芯盒內(nèi)的砂與空氣壓力一起向外運(yùn)動(dòng),所以砂在此力和引力的雙重作用下進(jìn)行排砂。6.2.3芯盒的裝卸和快速操縱機(jī)構(gòu)①目前的主要問題a.因型芯形狀不一,芯盒尺寸尚不能規(guī)格(標(biāo)準(zhǔn))化。b.使用螺栓裝配芯盒,則加熱后芯盒拆卸困難。c.因芯盒重量大且是熱態(tài),較難用人工更換。②對(duì)策以上問題在大阪シエル公司生產(chǎn)的OZ系列的制芯機(jī)中已經(jīng)得到解決。a.芯盒和吹砂板的裝卸應(yīng)用手柄式快速操縱機(jī)構(gòu)。b.滑柱式自動(dòng)送進(jìn)、退出裝置。c.定位銷端部手柄式快速操縱機(jī)構(gòu)。由于這些裝置的開發(fā),進(jìn)一步