負壓制芯機的設(shè)計與試驗

負壓制芯機的設(shè)計與試驗

4負壓制芯機的充填單用小型芯的生產(chǎn)方法主要包括芯盒和有機硬砂機，以及必要的緊實生產(chǎn)方法。其生產(chǎn)條件差,型芯質(zhì)量不易保證。因此,采用了負壓制芯機,以真空吸引填充芯砂的方法,將全部作業(yè)過程機械化,高質(zhì)量地進行大、中型型芯的制造。負壓制芯機采用自硬砂工藝制芯時,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。其最大的特點是進一步提高了砂的填充性。當吸引壓力由原有的26.7kPa(200Torr)提至1.33kPa(10Torr)時,作為輔助手段,同時使木芯盒在振動狀態(tài)下進行芯砂的填充,將得到更加滿意的填充效果。圖20是根據(jù)負壓和加振動雙重作用下,確認芯砂填充效果的試驗裝置。為方便觀察砂的填充動態(tài),整個裝置都由透明的有機玻璃管和板材制作。上部的儲砂斗下方配置填充砂的圓筒形內(nèi)腔,儲砂斗中央連接有導管,芯砂通過中央導管,從下部吸入圓筒內(nèi),經(jīng)振動而填充、緊實。當負壓和振動變化時,填充砂的重量也隨之增減。僅用負壓填充砂時,負壓在0.53～26.7kPa(4～200Torr)時,整個內(nèi)腔填充砂子。隨著負壓的提高,砂的填充量也隨之增加。但是,在53.2kPa(400Torr)時,內(nèi)腔中僅填充了一半的砂量。如僅在振動狀態(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。當負壓為0.53kPa(4Torr)并同時附加振動時,隨激振力的增加,填充性變得越來越好。負壓制芯機的外觀見圖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,砂的填充量可達到120kg。機器工作時,將芯盒定位于儲砂斗的下方,按下自動啟動鍵即開始工作。首先振動平臺上升、混砂機啟動、混好的芯砂儲存于砂斗之后,砂斗下降直至壓住芯盒,芯盒隨著振動臺產(chǎn)生振動,使芯盒內(nèi)減壓,打開砂斗的閘門,瞬時將芯砂填充入芯盒內(nèi)。由上可知,負壓制芯機具有如下特點:a.能自動地填充芯砂,生產(chǎn)高品質(zhì)的復雜形狀的型芯。b.因砂的填充時間是以秒為單位(50kg重的型芯約1s),提高了生產(chǎn)率。c.可將分割制作的復雜型芯做成整體。d.與利用壓縮空氣吹入或強力振動相比,砂的填充狀態(tài)顯得較為柔順,能夠?qū)⑿竟?、冷鐵、發(fā)熱套管正確地定位于型芯內(nèi)。e.不會發(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)簡化。5專利權(quán)的儲備1987年西班牙LORAMENDI公司開發(fā)了Key-Core系統(tǒng)全自動制芯設(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),進一步實現(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)動機缸體等鑄件的型芯生產(chǎn)。5.1.1Key-Core系統(tǒng)的特點系統(tǒng)特點詳見表7。5.1.2Key-Core系統(tǒng)的工作順序標準工作程序如圖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)。b.吹凈系統(tǒng)的第1次夾具后,曲軸箱和端部型芯準備在夾具中接合。c.曲軸箱型芯組準備與水套芯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公司的全自動制芯機的規(guī)格和技術(shù)性能詳見表8、表9。Key-Core系統(tǒng)1992年購進用于生產(chǎn)直列4缸發(fā)動機缸體型芯。設(shè)備:SHAC-60L/CF制芯機、第1次組芯用Key-Core系統(tǒng)夾具、機械手操縱裝置、涂料罐、第2次組芯用Key-Core系統(tǒng)夾具、機械手。組合型芯的生產(chǎn)率為65～75組/h。用制芯機分別制造4個曲軸箱和2個端部型芯,然后用手控機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)程序由涂料機械手將此組型芯送入涂料罐進行浸涂、干燥(圖23d)。6工業(yè)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展趨勢目前制芯機仍以殼芯機為主流,但從工藝技術(shù)和環(huán)境保護方面評價,制芯機技術(shù)尚需進一步改進和發(fā)展(含樹脂覆膜砂的改良)。6.1殼型制芯機的研制優(yōu)點:a.干態(tài)的RCS(樹脂覆膜砂)具有良好的流動性和填充性。b.干態(tài)的RCS能制成中空型芯。缺點:a.RCS因是加熱硬化,所以對操作者、芯盒、機器必須采取防(隔)熱措施。b.RCS加熱硬化時,會產(chǎn)生有害氣體和煙塵,工作環(huán)境受到污染。由上可見,殼型制芯機尚需從以下幾個方面予以改進:▲進一步提高芯砂的填充性能?！M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?！喕竞懈鼡Q手段?！岣邫C器的自動化水平?！鴳?yīng)進一步加強環(huán)境保護措施,使環(huán)境不受污染。環(huán)境保護應(yīng)和自動化相結(jié)合,既省力又改善工作環(huán)境。當前則應(yīng)加強制芯機的通風除塵和密閉式自動化操作。6.2未來開發(fā)的研究課程6.2.1燃氣加熱調(diào)節(jié)芯盒設(shè)計的好壞,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氣加熱。電加熱由于可根據(jù)型芯形狀增減加熱器,所以便于進行溫度調(diào)節(jié)和芯盒的更換,但制造費用和運行成本都較高。因此,應(yīng)用燃氣加熱的方法較為普及,但機器周圍的環(huán)境溫度較高,工作條件惡化。應(yīng)用燃氣加熱時,燃氣和空氣混合后供給噴嘴,在其端部點火加熱,通過調(diào)整混合氣量控制溫度。如在燃氣和空氣的配管上安裝電磁閥,根據(jù)設(shè)在芯盒中的溫度傳感器設(shè)定的溫度,控制氣量而達到控制溫度的目的。但是,當火焰強弱切換時,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(實心),此時能得到較好的填充性能。相應(yīng)地有時間繼電器、料位計或測力傳感器等計測儀器控制砂量,其中以測力傳感器自動控制砂量較好,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價格較貴;鑄造時氣孔缺陷的防止;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?排砂時間有一定的限制,否則影響中空比。▲使用強力振動子時,環(huán)境噪聲大。②今后對策a.搖動排砂法根據(jù)不同的型芯形狀,將搖動角度調(diào)整到超過180°以上,反復地進行正、反轉(zhuǎn)搖動排砂,去除多余的砂。b.底吹射砂法應(yīng)用底吹式殼芯機的主要特點如下:▲沒有散落砂(射砂口沒有微量散落砂);▲沒有反轉(zhuǎn)機構(gòu);▲可以裝配吸引機構(gòu);▲填充性好。底吹式殼芯機工作時,吹砂頭前進、壓緊、上升、射砂、排氣(在芯盒保壓時,型芯的壁厚取決于等待排砂時間)。排氣時,芯盒內(nèi)的砂與空氣壓力一起向外運動,所以砂在此力和引力的雙重作用下進行排砂。6.2.3芯盒的裝卸和快速操縱機構(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(標準)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對策以上問題在大阪シエル公司生產(chǎn)的OZ系列的制芯機中已經(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構(gòu)。b.滑柱式自動送進、退出裝置。c.定位銷端部手柄式快速操縱機構(gòu)。由于這些裝置的開發(fā),進一步