鑄鋼件的樹(shù)脂自硬砂造型及制芯線工藝分析

鑄鋼件的樹(shù)脂自硬砂造型及制芯線工藝分析

鐵路車(chē)輛的快速啟動(dòng)要求列車(chē)架具有良好的動(dòng)態(tài)性能。其中之一是主缸的主要部件，即扶枕和側(cè)架的尺寸精度應(yīng)非常高。我廠原有工藝是水玻璃砂震擊緊實(shí),起模后吹CO2硬化的造型工藝和起模后烘干爐硬化的制芯工藝,生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度低為了滿足鐵路貨車(chē)提速的要求,對(duì)第1鑄鋼車(chē)間的造型工部和制芯工部進(jìn)行了技術(shù)改造。1.1生產(chǎn)計(jì)劃年產(chǎn)鐵路貨車(chē)8000輛,折合鑄件20000t。1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)箱形鑄件名稱(chēng):搖枕、側(cè)架,材質(zhì):碳鋼和低合金鋼,尺寸:2310mm×607mm×425mm～2438mm×484mm×460mm,質(zhì)量:355～780kg,結(jié)構(gòu)形狀:箱形結(jié)構(gòu)薄壁件,平均壁厚:16～20mm,生產(chǎn)批量:大批量生產(chǎn)。1.3砂造型、制芯工藝鑄件不經(jīng)機(jī)械加工,其尺寸要通過(guò)20多個(gè)樣板量規(guī)檢查。因此,選擇的工藝必須能充分保證鑄件的尺寸精度。在技術(shù)論證、考察和工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇了樹(shù)脂自硬砂造型、制芯工藝。砂型尺寸:2450mm×1400mm×260/260mm～2800mm×1600mm×300/500mm,全年砂型數(shù)量:27000整型。砂芯尺寸:600mm×470mm×60mm～1250mm×370mm×40mm,全年砂芯數(shù)量:280000個(gè)。考慮到砂型尺寸大、砂型薄、易斷裂及樹(shù)脂自硬砂原材料費(fèi)用高和箱形薄壁鑄鋼件易產(chǎn)生熱裂缺陷,決定對(duì)大批量生產(chǎn)采用砂箱造型工藝,對(duì)單件生產(chǎn)采用無(wú)砂箱造型工藝。1.4設(shè)備選擇和機(jī)械化程度的確定1.5工藝對(duì)設(shè)備的要求1.5.1修芯線設(shè)計(jì)造型線要適應(yīng)有箱和無(wú)箱造型工藝要求。造型、制芯線要設(shè)置:擺放活塊、冷芯鐵、耐火澆注系統(tǒng)、保溫冒口套工位;取出活塊工位;修型修芯工位;擺放外澆口杯工位。1.5.2全尾砂的性能及預(yù)熱爐的作用(1)砂箱、模板、芯盒加熱爐在冬季使用貫通式電熱風(fēng)爐,100～120℃的氣流將冷的砂箱、模板和芯盒加熱到30℃。既保證了硬化時(shí)間,提高了砂型砂芯表面品質(zhì),又防止了砂箱與型砂的接觸強(qiáng)度低,致使砂型脫箱。(2)混砂機(jī)在冬季,將新砂、再生砂、樹(shù)脂和固化劑等原材料加熱后加入混砂機(jī),以保證硬化速度;加入混砂機(jī)混砂臂的液料,當(dāng)砂流的頭砂到達(dá)噴嘴時(shí),噴嘴自動(dòng)噴出液料,當(dāng)砂流的尾砂到達(dá)噴嘴時(shí),噴嘴自動(dòng)停止噴液料,以保證頭砂尾砂的性能均一;混砂機(jī)的電控系統(tǒng)預(yù)存3個(gè)型砂配方,可隨時(shí)改變新、舊砂的比例和液料的加入量;混砂機(jī)混砂臂的排砂口設(shè)置閘門(mén),頭砂在排出前,在排砂口停留2～3s,使頭砂得到充分的混合;在混砂臂上的液料噴嘴周?chē)?設(shè)置壓縮空氣噴嘴,使液料以霧狀形式加入,使型砂混得更均勻,噴嘴更清潔;在混砂臂上設(shè)置清洗劑噴嘴,每個(gè)工作周期結(jié)束后,對(duì)混砂臂進(jìn)行清洗。(3)震實(shí)臺(tái)自動(dòng)控制振實(shí)時(shí)間,振擊力和振實(shí)時(shí)間可根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)整。(4)翻轉(zhuǎn)起模機(jī)起模前模板被振擊,要慢速起模,設(shè)置起模完成與否的監(jiān)控系統(tǒng)。(5)砂型、砂芯預(yù)熱爐貫通式電熱風(fēng)爐,熱風(fēng)溫度在120～180℃之間可調(diào)。預(yù)熱爐的作用:一是進(jìn)一步增加砂型、砂芯的強(qiáng)度;二是增加涂料對(duì)砂型、砂芯的附著力;三是降低涂料對(duì)砂型、砂芯的浸滲深度。(6)涂料淋涂機(jī)將砂型夾緊翻轉(zhuǎn)90°、120°進(jìn)行淋涂。在涂料槽內(nèi),設(shè)置過(guò)濾網(wǎng),保證噴嘴不堵塞和涂層表面光潔;設(shè)置攪拌裝置,使涂料不沉淀;設(shè)置加熱裝置,使涂料粘度穩(wěn)定。涂料淋涂后,用壓縮空氣吹平涂料堆積區(qū),使涂層厚度均勻。(7)涂料干燥爐貫通式電熱風(fēng)爐,烘干水基涂料,熱風(fēng)溫度180～250℃,熱風(fēng)速度25～30m/s,烘干時(shí)間20min,烘干后涂層水分<0.2%。(8)自動(dòng)合箱機(jī)設(shè)置承載下箱的浮動(dòng)臺(tái),使上、下砂型在合箱過(guò)程中,砂銷(xiāo)與型的凹孔接觸時(shí),自動(dòng)補(bǔ)償上、下砂型中心的微量錯(cuò)位,確保合箱精度。(9)防止抬箱措施在上、下砂箱的凸耳之間,用楔形卡具卡緊上、下砂箱。1.6平面布置和工藝1.6.1扁平布局由于間歇供應(yīng)鋼液和鑄鋼件冷卻時(shí)間長(zhǎng),所以生產(chǎn)線采用開(kāi)放式布置。采用橋式起重機(jī)吊掛底注式澆包澆注。平面布置,見(jiàn)圖1。1.6.2回位及模板過(guò)程在準(zhǔn)備工位,砂箱放在模板上,放置冷鐵、活塊、耐火澆注系統(tǒng)和保溫冒口等——進(jìn)入加熱爐加熱——從加熱爐出來(lái),模板、砂箱停留在振實(shí)臺(tái)上,連續(xù)式混砂機(jī)將砂箱填滿砂,振實(shí)臺(tái)振實(shí)——砂型進(jìn)入硬化工位——砂型進(jìn)入翻轉(zhuǎn)起模機(jī),被夾緊翻轉(zhuǎn)180°,模板振動(dòng)慢速上升起模——取出活塊,翻轉(zhuǎn)起模機(jī)回轉(zhuǎn)180°,模板離開(kāi)翻轉(zhuǎn)起模機(jī),返回到準(zhǔn)備工位——砂型在預(yù)熱爐前一工位,被檢查與修型——進(jìn)入預(yù)熱爐——砂型進(jìn)入涂料站,被夾緊翻轉(zhuǎn)90°,淋涂料,再翻轉(zhuǎn)到120°,傾倒出型腔中堆積的涂料,并用壓縮空氣吹平涂料,砂型回位——進(jìn)入涂料干燥爐——下芯——在2工位的合箱機(jī)中,下型進(jìn)入工位1,被定位,機(jī)械手抓起放在浮動(dòng)臺(tái)上(工位2),上型進(jìn)入工位1,被定位,機(jī)械手抓起,并翻轉(zhuǎn)180°,放外澆口杯放。上型移至工位2,下降合箱——砂型運(yùn)到澆注冷卻線,打緊箱夾,澆注冷卻后,人工拆卸箱夾——鑄型自動(dòng)運(yùn)到落砂機(jī)旁,依次吊起上箱、鑄件、下箱,放在落砂機(jī)上,落砂后——將空箱吊放在澆注托板上,隨端頭運(yùn)輸車(chē)返回造型線。制芯線工藝流程接近于造型線。1.6.3砂再生砂將造型、制芯線單獨(dú)布置在1個(gè)封閉廠房?jī)?nèi),有利于冬季采暖;與澆注、落砂和砂再生分開(kāi),避免煙塵和噪音對(duì)造型、制芯線的環(huán)境、操作人員和設(shè)備的影響;將砂再生和砂儲(chǔ)存布置在落砂與造型、制芯線之間,使得舊砂運(yùn)輸距離最短;造型線與制芯線平行布置,使得砂芯運(yùn)輸距離最短。1.7芯軸的主要技術(shù)2砂采處理2.1工藝選擇采用了落砂破碎機(jī)和氣流沖擊干法再生機(jī)的再生工藝。選用了密相氣力輸送的砂運(yùn)輸設(shè)備。2.2粗再生砂倉(cāng)砂砂粒的運(yùn)輸、分級(jí)、冷卻器的安裝鑄型在落砂破碎機(jī)上落砂,落砂破碎機(jī)結(jié)構(gòu)分3層,1層?xùn)鸥駥㈣T型落砂,使塊度<《100mm的砂塊落入第2層。第2層是沖有《6mm孔的鋼板,砂塊在其上振動(dòng),相互之間搓擦,使剝離下來(lái)的砂粒落入第3層。第3層用于儲(chǔ)存與運(yùn)輸舊砂;從落砂破碎機(jī)下來(lái)的砂,經(jīng)過(guò)初次篩分、冷卻,被壓送到粗再生砂倉(cāng)。再次冷卻,使砂溫度<100℃,為保護(hù)壓送設(shè)備正常工作;從粗再生砂倉(cāng)取出的砂被再生機(jī)再生,再生機(jī)垂直布置,1層是氣流沖擊再生與風(fēng)選,去掉粉塵和微粒。2層是篩分裝置,3層是緩沖斗,4層是冷卻器。再生的的砂被壓送到精再生砂倉(cāng)備用。2.3再生性率和氣力輸送系統(tǒng)生產(chǎn)率落砂破碎機(jī)柵格尺寸3600mm×2500mm落砂破碎機(jī)承載力20t再生機(jī)生產(chǎn)率30t/h氣力輸送系統(tǒng)生產(chǎn)率30t/h3降低樹(shù)脂耗量,減輕鑄造熱裂傾向(1)造型、制芯線于1999年6月用于生產(chǎn),所產(chǎn)鑄件已裝車(chē)使用。經(jīng)過(guò)1年多運(yùn)轉(zhuǎn)證明,所選工藝及設(shè)備合理,生產(chǎn)的鑄件達(dá)到了品質(zhì)要求。(2)采用砂箱造型,有效地防止了砂型的斷裂,達(dá)到了降低樹(shù)脂耗量,減輕鑄件熱裂傾向的目的。使得舊砂再生容易,再生砂品質(zhì)更好。(3)與水玻璃砂工藝相比,樹(shù)脂自硬砂工藝生產(chǎn)的鑄件,尺寸精度由CT11～CT12級(jí)提高到CT8～CT9級(jí),表面粗糙度由>50μm降低到25μm～50μm,質(zhì)量減少了4%;燃料和動(dòng)能消耗少,廢砂和污水排放少;改善了造型、制芯的工作環(huán)境,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率;原材料費(fèi)用和鑄件熱裂傾向均低于水玻璃砂工藝。1續(xù)式混砂機(jī)由于