大型机床机床劈箱造型工艺设计

大型机床机床劈箱造型工艺设计

砂浆机械的造型方法是将原来的砂浆机分为几个以上的中砂室，配以模型形状，并以可靠的定位装置连接到中间的框架。可以说,劈箱造型就是吸取了古老的活箱造型(抽芯模)与模板造型的优点而又弥补了2者不足。劈箱造型特别适用于大批量生产的、具有复杂内腔结构的中、大型铸件。与整箱造型相比,劈箱造型有以下优点:(2)造型、合箱操作方便:由于劈箱后砂箱高度低,造型和合箱都较方便,而且为使用机械工具创造了条件;(3)易于保证铸件品质:由于劈箱造型模型高度低,所以起模误差小,易于保证铸件尺寸;又由于在合箱前是在敞箱条件下装配砂芯,砂芯位置易调整,若砂型内有浮砂等异物亦可在合箱前及时清除。目前,劈箱造型工艺在大型柴油机体、机床床身及床头箱铸件的生产中,都得到了应用,并取得了较好的效果。但劈箱造型工艺设计及工装设计较复杂,并对保证铸件品质至关重要。本文以机床床身为例,介绍了劈箱造型工艺设计中的一些主要原则。1扫码方法根据铸件的结构形式、外形尺寸和复杂程度,可以采用以下几种劈箱造型形式:(1)单劈式(具有1个劈箱面);(2)双劈式(具有2个劈箱面);(3)多劈式(具有多个劈箱面)。在上述的劈箱形式中,根据铸件的结构形式,还可采用有上箱和无上箱(用盖芯)、有底箱和无底箱(用底芯及定位板)劈箱造型。在机床床身中,一般采用无盖箱、无底箱、双劈式的劈箱造型工艺。2外模与外廓的定位劈箱面位置影响制模、造型操作及工装制造的难易程度,从而影响铸件生产的成本、效率和品质。选择劈箱面时应考虑:(1)尽量使劈箱面为平面,这样工艺装备结构简单、易于加工,操作方便,定位也比较准确;(2)当外壁交界处有圆角过渡或较深内凹时,劈箱面则应选在外壁内侧(如图1(a)),亦即外模包圆角;而当铸件外廓交界处无圆角无渡、无内凹结构时,劈箱面可选在铸件主要轮廓外壁的外侧(如图1(b))所示,这样可简化模板、方便操作;(3)劈箱面选择要考虑浇注系统的设置,尽量使劈箱面与浇注系统的位置重合。浇注系统一般固定在外模(如图1(a))或底芯上(如图1(b)),这种布置可使底芯与定位板保持平齐,便于测量和调整;(4)劈箱面的选择应方便砂芯装配及合箱操作,尽量不要使劈箱侧砂型与砂芯产生搓砂。3砂型的设计劈箱造型将原来的整体砂箱分为2个以上的砂箱来造型,相应的模样也要分成几部分,在不同的模板上进行造型,合箱时又要将多个砂型装配成完整的砂型并保证其与内腔砂芯的正确位置。这就要求劈箱造型必须有可靠的定位方式及装置。3.1不同私家车的山定位块布置床身铸件一般采用靠山定位块定位,其形式是在相邻2直角边上布置3个靠山定位块(见图2)。定位块高出模板面60～120mm,造型时砂箱与模板及3个定位块靠紧后即可保证其与模板的固定位置(相当于机械加工中工件的6点定位。)3.2砂型与砂芯位置的正确定位合箱定位位置最好与造型定位位置一致以减少误差(如图2、3所示)。合箱时要保证砂型间以及砂型与砂芯位置的正确,如图3所示。底芯(导轨芯)位置靠定位板定位,而要保证砂型与底芯正确位置就必须保证砂型与定位板的正确位置。砂型间的正确位置也要由可靠的定位装置保证。为此,合箱前一定要正确安装定位块、定位板,合箱时只要砂箱靠紧定位块、定位板即可。3.3砂箱模板安装有限元模型模型、模板间的定位形式与砂箱、模板间的定位形式有关,当砂箱模板间采用靠山定位块定位时,模型应以靠山定位块为基础,如图2所示,尺寸L1、L2为模型在模板上的基本定位尺寸。4改善下砂箱、堵头箱劈箱造型中砂芯不仅可以形成内腔,而且还可以部分代替砂箱。例如,以导轨芯(底芯)代替下砂箱,以盖芯代替上砂箱,以堵头芯代替堵头箱(如图4所示)。内腔芯的分芯原则与整箱造型基本相同但更灵活,而导轨芯、堵头芯和盖芯则要考虑更多的相关问题,分述如下:4.1浇注系统设置床身铸件的导轨芯主要作用是代替底箱。装配导轨芯时靠定位板定位。当采用底雨淋式浇注系统时,导轨芯的芯头尺寸还应考虑浇注系统的设置(如图1(a));而对不设置底雨淋式浇注系统的导轨芯,芯头尺寸可短些,但也不能过短,以防定位板在浇注时过热变形。根据生产经验,一般为200～260mm;导轨芯的宽度一般与劈箱面对应,这样利于简化工装及操作过程;导轨芯长度不宜过长,沿长度方向的分芯位置一般要设在反变形量的拐点处(如图4)。4.2ldp的设置床身类铸件的2侧一般用堵头芯、堵头板代替砂箱。堵头芯的尺寸和结构应满足:(1)要有足够的芯头长度(即厚度)以保证砂芯装配的稳定性;(2)床身铸件的分直浇道一般都经过堵头芯,因此分芯时要考虑分直浇道的设置要求,保证其有足够的空间及与横浇道的连接;(3)2个堵头芯的端面确定了床身铸件2端面的位置,所以定位要可靠;(4)为了防止浇注时跑火应考虑增加砂箱的通用性,在堵头芯后面留有一定的空间(一般为100mm左右),待装配好堵头芯后填入砂子(如图3、4所示。)根据以上要求,堵头芯的厚度一般选取在300～350mm。为了保证铸件总长度尺寸,设计时取定位板的总长与铸件总长相等(包括缩尺),装配堵头芯时使之与定位板端面靠紧即可,如图4所示。4.3内腔芯的选取盖芯的主要作用是代替盖箱,有时可用盖芯连接几个型腔的内腔芯(根据芯盒尺寸及芯盒料是否方便抽取而定),盖芯的厚度一般为200mm左右;盖芯与侧砂箱间的间隙和导轨芯与侧砂箱间的间隙一致。5铭文系统5.1浇注系统设计由于劈箱造型主要用于重要的中、大型铸件,这些铸件质量大、内腔复杂、品质要求高,因此,对浇注系统的设计提出了较高的要求:(1)保证金属液连续、平稳、均匀地充满型腔;(2)有利于防止卷入杂质和气体,并有利于挡渣和排气;(3)能适当地调节铸件各部分的冷却速度并能对热节部分进行有效补缩。5.2浇注系统设计床身类铸件在劈箱造型工艺中常采用阶梯式、底雨淋式及分层浇注式等形式的浇注系统。图2工艺中为底雨淋式加阶梯式复合浇注系统。底雨淋式浇注系统一般用于较长的床身铸件,分直浇道及内浇道一般设置在侧砂箱上,浇注时金属液由下部导轨面处的内浇口均匀、分散地上返,这种浇注系统充型平稳、有利于杂质和气体的排出,并有利于去除浇注系统。但如果金属液全部由下部厚大导轨处引入,不利于对导轨处的补缩,并容易造成铸件整体产生较大的热应力,加剧弯曲变形。所以,生产上往往采用阶梯式加底雨淋式相配合的浇注系统以有效地调节各部分的温度和冷速。5.3灌溉(1)u2004锚点的阀值设计阻流断面积可用以下经验公式:F=kG件−−√F=kG件式中G件——铸件质量;k——经验系数。当铸件平均壁厚16～30mm时可取0.6另外,也可查阅有关手册和图表确定。无论是计算值还是查阅值都可根据具体生产情况加以调整。(2)浇注系统设计对于底雨淋式浇注系统,阻流断面一般设在横浇道,生产上常采用以下比例:F内∶F横∶F直=1∶(0.6∼0.8)∶1.2F内∶F横∶F直=1∶(0.6∼0.8)∶1.2按上式设计的浇注系统,在横浇道以上是封闭的,以下是开放的。在浇注过程中,直浇道和横浇道保持充满,可起到挡渣作用;横浇道以下缓流开放,金属液可保持平稳充型。(3)外浇道效果不理想由于底雨淋式浇注系统的内浇道是开放的,挡渣主要依靠外浇道,有时其效果并不理想。为了进一步提高浇注系统的挡渣能力,可以在横浇道和分直浇道的2个末端设置集渣包(如图2所示。)6其他工艺参数6.1外壁外侧砂型与整箱造型相比,劈箱造型工装的加工精度高,一般取较小的分型负数。另外,在留分型负数时还应注意以下几点:(1)用盖芯代替盖箱时,上下分型面不留负数;(2)当劈箱面在铸件外壁内侧时(如图1(a)),分型负数留在外侧砂型上;当劈箱面在铸件外壁外侧时(如图1(b)),以调整间隙的方式代替负数;(3)采用流态自硬砂时,分型负数相对较小。6.2适当反变形量的设置床身铸件的导轨处截面尺寸一般比平均壁厚要大,特别是当采用底雨淋式浇注系统时,浇注后导轨处冷却速度较慢,最终产生拉应力从而导致压缩变形、而薄壁部分产生拉伸变形,整体上体现为弯曲变形。因此,为了保证铸件尺寸精度,应在铸件变形相反的方向设置正确的反变形量。床身厚度差越大,长度越大,高度越小则铸件变形量越大,工艺上的反变形量就应越大。床身类铸件一般按每米长度取1.5～3mm。反变形量的形式有三角形和梯形2种(如图5所示)。反变形量的大小和形状要标注