负压制芯机的设计与试验

负压制芯机的设计与试验

4负压制芯机的充填单用小型芯的生产方法主要包括芯盒和有机硬砂机，以及必要的紧实生产方法。其生产条件差,型芯质量不易保证。因此,采用了负压制芯机,以真空吸引填充芯砂的方法,将全部作业过程机械化,高质量地进行大、中型型芯的制造。负压制芯机采用自硬砂工艺制芯时,配置了排气塞,以更有效地保证芯砂的填充,并解决气体消耗过大的问题。其最大的特点是进一步提高了砂的填充性。当吸引压力由原有的26.7kPa(200Torr)提至1.33kPa(10Torr)时,作为辅助手段,同时使木芯盒在振动状态下进行芯砂的填充,将得到更加满意的填充效果。图20是根据负压和加振动双重作用下,确认芯砂填充效果的试验装置。为方便观察砂的填充动态,整个装置都由透明的有机玻璃管和板材制作。上部的储砂斗下方配置填充砂的圆筒形内腔,储砂斗中央连接有导管,芯砂通过中央导管,从下部吸入圆筒内,经振动而填充、紧实。当负压和振动变化时,填充砂的重量也随之增减。仅用负压填充砂时,负压在0.53～26.7kPa(4～200Torr)时,整个内腔填充砂子。随着负压的提高,砂的填充量也随之增加。但是,在53.2kPa(400Torr)时,内腔中仅填充了一半的砂量。如仅在振动状态下填充,随着加振力的增加,砂填充量也增多,但仅限于填充了某些部分内腔。当负压为0.53kPa(4Torr)并同时附加振动时,随激振力的增加,填充性变得越来越好。负压制芯机的外观见图21,其规格、性能详见表6。用的最大木质芯盒尺寸为1000mm×1000mm×1000mm,砂的填充量可达到120kg。机器工作时,将芯盒定位于储砂斗的下方,按下自动启动键即开始工作。首先振动平台上升、混砂机启动、混好的芯砂储存于砂斗之后,砂斗下降直至压住芯盒,芯盒随着振动台产生振动,使芯盒内减压,打开砂斗的闸门,瞬时将芯砂填充入芯盒内。由上可知,负压制芯机具有如下特点:a.能自动地填充芯砂,生产高品质的复杂形状的型芯。b.因砂的填充时间是以秒为单位(50kg重的型芯约1s),提高了生产率。c.可将分割制作的复杂型芯做成整体。d.与利用压缩空气吹入或强力振动相比,砂的填充状态显得较为柔顺,能够将芯骨、冷铁、发热套管正确地定位于型芯内。e.不会发生砂的吹出、臭气泄漏、噪声等环境污染问题。f.可以使用木质芯盒。g.取消了芯盒的夹紧装置,使设备结构简化。5专利权的储备1987年西班牙LORAMENDI公司开发了Key-Core系统全自动制芯设备,并取得专利权。1990年起日本フントリ-サ-ビス公司成为该产品日本地区总代理。由于该系统的开发,进一步实现了缸体铸件的薄壁和轻量化,提高了铸件的尺寸精度,削减了去毛刺的费用,降低了废品率,从而全面地提高了铸件的质量。5.1y-co系统特点一般地讲,铸造工厂中型芯的组装几乎都采用粘结剂或螺栓的方法进行,而该系统则可不用粘结剂,利用分块型芯的凸凹锁紧进行组装。它是目前制造高尺寸精度铸件型芯的最有效系统,主要用于发动机缸体等铸件的型芯生产。5.1.1Key-Core系统的特点系统特点详见表7。5.1.2Key-Core系统的工作顺序标准工作程序如图22所示。a.曲轴箱①～④和端部⑤～⑥型芯配置于Key-Core系统夹具中(▲印记表示座标)。b.吹净系统的第1次夹具后,曲轴箱和端部型芯准备在夹具中接合。c.曲轴箱型芯组准备与水套芯⑦和平头芯⑧接合。全部型芯定位于系统第2次夹具内,经吹净后,在第2次Key-Core系统夹具中进行接合。d.利用第1和第2次的系统夹具,完成整体组芯。5.2带组合型芯的制造LORAMENDI公司的全自动制芯机的规格和技术性能详见表8、表9。Key-Core系统1992年购进用于生产直列4缸发动机缸体型芯。设备:SHAC-60L/CF制芯机、第1次组芯用Key-Core系统夹具、机械手操纵装置、涂料罐、第2次组芯用Key-Core系统夹具、机械手。组合型芯的生产率为65～75组/h。用制芯机分别制造4个曲轴箱和2个端部型芯,然后用手控机械手从芯盒中取出全部型芯(图23a)排成一列。将这些型芯通过同样形状的模板孔,去除型芯分型面的毛刺(图23b)。手控机械手将这些型芯定位于Key-Core系统的定位夹具中(同样的定位夹具装设在2个Key-Core系统中)(图23c),将此夹具在水平面方向回转180°,送到Key-Core系统内,射砂、充气于曲轴箱和端部型芯的中空部分,使型芯接合成一体。根据程序由涂料机械手将此组型芯送入涂料罐进行浸涂、干燥(图23d)。6工业设备技术的发展趋势目前制芯机仍以壳芯机为主流,但从工艺技术和环境保护方面评价,制芯机技术尚需进一步改进和发展(含树脂覆膜砂的改良)。6.1壳型制芯机的研制优点:a.干态的RCS(树脂覆膜砂)具有良好的流动性和填充性。b.干态的RCS能制成中空型芯。缺点:a.RCS因是加热硬化,所以对操作者、芯盒、机器必须采取防(隔)热措施。b.RCS加热硬化时,会产生有害气体和烟尘,工作环境受到污染。由上可见,壳型制芯机尚需从以下几个方面予以改进:▲进一步提高芯砂的填充性能。▲进一步提高型芯的中空化水平,生产芯壁尽可能薄的中空型芯。▲简化芯盒更换手段。▲提高机器的自动化水平。▲应进一步加强环境保护措施,使环境不受污染。环境保护应和自动化相结合,既省力又改善工作环境。当前则应加强制芯机的通风除尘和密闭式自动化操作。6.2未来开发的研究课程6.2.1燃气加热调节芯盒设计的好坏,排气结构是否合理,是影响芯砂填充性能的一个很重要方面。①芯盒的加热温度要均匀(防止芯盒的热变形)目前,加热方法有电加热和燃气加热。电加热由于可根据型芯形状增减加热器,所以便于进行温度调节和芯盒的更换,但制造费用和运行成本都较高。因此,应用燃气加热的方法较为普及,但机器周围的环境温度较高,工作条件恶化。应用燃气加热时,燃气和空气混合后供给喷嘴,在其端部点火加热,通过调整混合气量控制温度。如在燃气和空气的配管上安装电磁阀,根据设在芯盒中的温度传感器设定的温度,控制气量而达到控制温度的目的。但是,当火焰强弱切换时,易灭火。因此,大阪シエル公司开发了藏于旁通回路中的特殊电磁阀,防止了灭火现象。②应根据型芯的种类,自动调节砂斗中的砂量砂斗中的砂量因型芯不同而有异,推荐的砂量为芯子重量的2～3倍(实心),此时能得到较好的填充性能。相应地有时间继电器、料位计或测力传感器等计测仪器控制砂量,其中以测力传感器自动控制砂量较好,根据不同的型芯作相应调整,且正确无误,可同时满足其填充性和中空化的要求。6.2.2底吹射砂法的优点①在中空化方面目前尚未解决的问题:与其它方法相比,RCS价格较贵;铸造时气孔缺陷的防止;铝铸件用型芯要求有良好的溃散性。因此,必须解决以下所列的问题:▲形状复杂的型芯(例如射砂口小、翘曲度大等)。▲不能承受液态金属的压力和某些情况下金属液易渗入型芯中。▲射砂后,排砂时间有一定的限制,否则影响中空比。▲使用强力振动子时,环境噪声大。②今后对策a.摇动排砂法根据不同的型芯形状,将摇动角度调整到超过180°以上,反复地进行正、反转摇动排砂,去除多余的砂。b.底吹射砂法应用底吹式壳芯机的主要特点如下:▲没有散落砂(射砂口没有微量散落砂);▲没有反转机构;▲可以装配吸引机构;▲填充性好。底吹式壳芯机工作时,吹砂头前进、压紧、上升、射砂、排气(在芯盒保压时,型芯的壁厚取决于等待排砂时间)。排气时,芯盒内的砂与空气压力一起向外运动,所以砂在此力和引力的双重作用下进行排砂。6.2.3芯盒的装卸和快速操纵机构①目前的主要问题a.因型芯形状不一,芯盒尺寸尚不能规格(标准)化。b.使用螺栓装配芯盒,则加热后芯盒拆卸困难。c.因芯盒重量大且是热态,较难用人工更换。②对策以上问题在大阪シエル公司生产的OZ系列的制芯机中已经得到解决。a.芯盒和吹砂板的装卸应用手柄式快速操纵机构。b.滑柱式自动送进、退出装置。c.定位销端部手柄式快速操纵机构。由于这些装置的开发,进一步