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    震壓式造型機的起模機構與改進

    文章出處:原創 編輯:拋丸機發表時間:2015-4-12 13:24:34 瀏覽人數:633,1,0
    摘要:介紹了震壓式造型機常用的幾種起模機構及起模方式,分析了這幾種起模機構的特點和不足之處,并提出了幾種改進的方法,經實踐應用后獲得了良好的使用效果。

    什么是造型機:
       震壓式造型機是一種依靠震擊緊實和低壓壓實砂型的造型機械,生產的砂型質量穩定并有較高的精度和剛度,尤其是采用氣動微震式震擊機構的震壓造型機的型面利用率在75%~ 80%左右,生產的砂型硬度(B型硬度計)可達75~ 85,具有較高的造型速度和較低的勞動強度。因此,震壓式造型機雖然存在著效率低、噪音大、操作工人勞動強度高、不能滿足現代化生產發展的缺點,但該機經濟效益高、投資少、上馬快,而且結構簡單、操作維修方便、靈活性大、適應性廣,能滿足絕大多數造型工藝的要求及各種批量的生產,在我國的中、小型鑄造車間得到了廣泛的應用。

    1、震壓式造型機起模機構的主要方式及結構:
       震壓式造型機的起模機構是由起模缸帶動頂桿(頂框)或邊輥道來實現起模動作的,按起模方式不同可分為頂箱起模和回程起模兩種,兩者具有自身的特點,可適應不同場合、不同類型造型機的起模要求。

    1.1、頂箱起模方式:
       頂箱起模是指模板固定在造型機工作臺面上,具有緩沖同步機構的頂升裝置(頂桿或頂框)舉升砂箱起模。采用頂箱起模方式起模前壓頭轉出,只要起模機構具有足夠的起模行程并保證兩側頂桿的同步性,再根據需要針對某些形狀復雜或拔模斜度較小的砂型設置漏模板,采用頂箱漏模起模,即可滿足所有砂型的起模要求。頂箱起模方式結構簡單,生產率較高、使用范圍廣,可適用于各種場合。

       頂箱起模時最重要的是保證頂桿(頂框)平穩起模的同步性,因此通常采用單缸起模、剛性聯接,也有采用雙缸、連桿、同步軸起模的。單缸頂箱起模的主要結構形式有四種:①叉式頂箱起模,②杠桿式頂箱起模,③杠桿叉式頂箱起模,④環形活塞頂箱起模,可以適應不同型號造型機的要求。

    1.1.1、叉式頂箱起模機構:
       采用叉式頂箱起模的代表機型Z145A造型機,其起模機構由氣壓油起模缸、起模頂桿、同步架、限位器等組成;圖1為Z145A造型機起模機構。
    圖1 Z145A起模機構
    圖1 Z145A起模機構
    氣壓油起模缸動作原理見圖2。起模時,壓縮空氣進入缸的上腔,作用在缸內的油液上,迫使油從中間隔板的節流孔5流入下腔,推動起模缸緩慢上升,實現平穩起模;爻虝r,上腔排氣,起模缸下落,迫使下腔的油除從節流孔5回油外,還從活塞中間的單向閥回油,起模缸快速下降。起模速度和起模行程可進行調節,起模速度可調整調節螺釘(圖1 “Ⅱ”放大圖)來控制通道的大小;而起模行程決定于模型高度,通過改變機身內部限位器的位置來調節。為了適應不同規格的砂箱,頂桿可在一定范圍內調節(見圖3)。松開螺釘6,使頂桿支架2借助外支架3繞小軸5轉動,或松開螺釘7,使頂桿支架2沿外支架3移動以調整四個頂桿間的距離;頂桿的調節范圍如圖3陰影范圍所示。
    圖2 起模缸工作簡圖
    圖2 起模缸工作簡圖

       叉式頂箱起模機構適應于小型造型機,選用該機構的還有蘇州鑄造機械廠生產的Z145B、Z145C造型機和青島新東公司生產的FD- 3B、FD- 1A造型機(該機起模缸采用氣缸)等。
     圖3 Z145A頂桿調節
    1.1.2、杠桿式頂箱起模機構:
       采用杠桿式頂箱起模的代表機型為Z148H四立柱造型機,德國ARPA造型機也采用該機構(其杠桿位于壓實缸下方)。Z148H造型機起模機構如圖4所示,起模臂支點置于中部,起模缸和固定連桿布置在兩側;起模時,活塞桿推動
     圖4 Z148H起模機構
     圖4 Z148H起模機構
    起模軸,通過起模臂的杠桿作用帶動固定連桿上升。固定連桿的底部設有軸承,可在起模臂的槽內移動,起模橫梁與固定連桿緊固,其上設有導向桿,起模頂框安裝在起模橫梁上。

    1.1.3、杠桿叉式項箱起模機構:
       杠桿叉式頂箱起模機構綜合了杠桿式起模機構和叉式起模機構的特點,其代表機型為Z146造型機。Z146造型機起模機構如圖5所示,起模桿支點置于立柱外部,起模時由油缸操縱上下運動;左、右起模桿頭部固定著起模叉,起模叉在左、右起模塊中移動,起模塊與導向桿緊固,導向桿上方固定著起模橫梁,其上裝有起模頂桿。
    圖5 Z146起模機構
    1.1.4、環形活塞頂箱起模機構:
       采用環形活塞頂箱起模方式的機型有ZB148A造型機和Z148C造型機等。圖6為ZB148A造型機起模機構示意圖,環形起;钊6位于壓實氣缸7和壓實活塞3之間;震擊后進行壓實時,起;钊c壓實活塞一起上升、下降,起;钊麅乳_有通氣道,以控制起模機構的升降。
     圖6 ZB148A造型機微震壓實機構及頂桿起模機構示意圖
     圖6 ZB148A造型機微震壓實機構及頂桿起模機構示意圖

    1.1.5、雙缸同步軸頂箱起模機構:
       雙缸起模通常用于大、中型造型機上以提供較大的起模力,采用該機構的機型有生產的Z148E、Z148J造型機和Z147A造型機等。Z147A造型機起模機構示意圖如圖7所示,起模時兩側起模缸推動起橫梁上的頂桿上升,起模的同步性由連桿和同步軸來保證;Z148E、Z148J造型機則另設有一氣壓油缸,使得兩側起模缸以油為工作介質,提高了起模時的平穩性。
    圖7 Z147A起模機構
    1.2、回程起模方式及其起模機構:
       回程起模是指造型機工作臺帶著砂型(砂箱)緩慢下降,先將砂型(砂箱)置于固定的中間邊輥道(或頂桿)上,起模后工作臺帶著模板快速下降;多應用于氣動微震式震擊機構的震壓式造型機,其起模工藝性要優于頂箱起模,但對砂箱定位要求嚴格;爻唐鹉7绞狡鹉r壓頭不轉出,不能滿足高砂箱或凹凸懸殊較復雜砂型的起模要求,但其結構簡單、生產效率高,尤其適應組線大批量生產。
    圖8 四立柱造型機回程起模機構
       圖8所示為組線生產的四立柱移動定量斗壓頭震壓式造型機采用的起模機構,當砂箱進入邊輥道后,由定位機構對其準確定位,實現回程起模。
     圖9 砂箱定位機構
       圖9為定位機構簡圖,此機構安裝在邊輥道架的兩側,左右各一個。靜止時,定位轉臂3在彈簧7彈力的作用下繞A點逆時針旋轉后與垂直方向有6°夾角。由螺栓M12× 35與定位轉壁接觸起限位作用。砂箱進來時,定位轉臂在砂箱沖力的作用下繞A點作順時針旋轉,當內六角螺栓M8× 22撞到限位螺栓M12× 60后,便成圖示位置。為防止砂箱向進來方向反彈回去,在砂箱另一端裝有止回機構(見圖)這樣能使砂箱正確定位。接砂時型板框上的定位銷插入砂箱的銷套并托起砂箱,這時定位轉臂在彈簧7的作用下繞轉軸4旋轉,又恢復到靜止位置。當造型完畢,回程起模時砂箱便擱在定位頭1上,由于定位頭下設有彈簧5,因此在砂箱重力的作用下,砂箱便下降到與砂箱邊輥道同一水平高度,由推(拉)桿把砂箱送入下道工序。這種起模機構結構簡單、實用可靠,但邊輥輪經使用摩損后,各輥輪邊不在同一直線上,造成起模不精確,應定期予以更換。

       圖10為另一種較常用的砂箱定位機構,此機構靠彈簧7的壓力將定位輪1頂入砂箱兩邊的半圓形缺口進行定位,通過調整螺釘3可調整定位輪1頂入砂箱的深度。定位體2的材料采用鑄鋼。
    圖10 砂箱定位機構
       回程起模懸臂式造型機的起模機構通常采用與圖7所示的雙缸同步軸頂桿起模機構相同的結構,對起模的同步性要求較低,但對工作臺下降的速度控制要求較高。

    2、幾種起模結構的不足之處:
       在使用中發現回程起模造型機采用的兩種起模機構能夠較好地滿足生產要求,但頂箱起模造型機的幾種起模機構卻存在不足之處,在生產中暴露出不少問題:
       a.叉式頂箱起模機構中起模缸位于機身內,起模頂桿、同步架與起模缸都是剛性連接,具有結構緊湊、工作環境好、同步性佳的優點;但在實際使用中也存在運行欠平穩等問題。另外Z145系列造型機起模缸采用氣壓油的工作方式,氣體作用在油面上,氣、油的直接觸,造成油易氧化而縮短使用時間,在排氣時又有大量油液被氣體帶走,既浪費油且污染環境,甚至會帶來火災隱患,而FD- 1A、FD- 3B造型機的起模缸直接以壓縮空氣為工作介質,但氣體可壓縮性的特點又導致了起模缸運行不平穩的缺點;因此現有起模缸的工作方式難以滿足需要。
       b.杠桿式和杠桿叉式頂箱起模機構也存在著起模缸的工作方式問題,此外這兩種起模機構裝配復雜,要求有較高的裝配精度,在裝配時還需注意以下幾點:(1)起模桿(起模臂)裝配時,要保證與其端部相配合的兩側軸承的中心在同一軸線上且水平,不能有翹曲;否則起模時中心較高一側的起模頂桿會出現動作滯后,造成起模不同步;(2)Z146造型機起模缸活塞桿與起模桿連結的銷軸孔的軸線(Z148H造型機起模軸與起模臂連結的銷軸孔的軸線)一定與兩側軸承的中心軸線平行;(3)兩側軸承導向槽一定要保證在同一水平上,由導向槽保證軸承的同步性;這也給維修和保養帶來了不便。
       c.環形活塞頂箱起模機構具有結構緊湊、剛性好、同步性佳、起模力大的優點,是中、小型震壓式造型機一種較為理想的起模機構;但該機構在使用中也存在壓實缸體開口處的帆布防塵罩容易破損,型砂進入缸體內后壓實活塞容易磨損,從而造成起模無力的嚴重后果,需要解決該開口的密封防塵問題。
       d.雙缸同步軸起模的同步性僅靠連桿和同步軸來保證,要求同步軸具有足夠的剛性;使用效果并不理想,尤其是兩側頂桿負荷不均勻的情況下更難以保證同步性,只適應于回程起模同步性要求較低的場合。

    3、幾種改進的頂箱起模結構:
       針對現有叉式頂箱起模機構的特點及存在的問題,我廠的Z146L造型機采用了圖11所示的氣推處用蓋板密封起來,頂桿、起模橫梁通過起模托架與起;钊麑崿F連接,起模托架與起;钊麅仍O有氣道,以控制起模機構的上升、下降,解決了壓實缸體開口處的密封防塵問題。我廠的Z148M造型機采用該機構后,工作穩定,用戶在使用數年后未出現過起模無力的情況。
       雙缸頂箱起模機構具有起模力大、結構簡單的優點,另外安裝、維修、保養也非常方便;但原有的雙缸同步軸起模機構的同步性卻難以滿足使用要求。針對這一缺點,下述兩種雙缸起模機構采用了不同的同步氣路來實現頂桿的同步頂箱:
       a.同步缸推動的雙缸頂箱起模機構:工作原理如圖13所示。同步缸實質上是一個串聯的氣壓油定量缸,其A- A截面和B- B截面面積相等。起模時,兩個進氣口進氣,從兩個出油口出來的就是等流量的液壓油,在分別推動兩側相同截面的起模缸,即可完成起模動作并保證頂桿的同步性;返回時,起模缸進氣口進氣,活塞下壓通過液壓油迫使同步缸的活塞返回到原位。同步缸上的兩個活塞由一根活塞桿串聯起來,兩處出油口的工作壓力均為進氣壓力P,起模缸的工作壓力并未降低,可產生較大的起模力。
    圖13 同步缸推動的雙缸頂箱起模機構

       b.相互串接的雙缸頂箱起模機構,其工作原理如圖14所示。該機構將兩側起模缸串接起來,以液壓油為工作介質,并保證主動缸的A- A截面和從動缸的B- B截面面積相等。起模時,主動缸進氣推動活塞上升迫使上腔油進入從動缸下腔推動從動缸活塞上升完成起模動作;因為A- A截面和B- B截面面積相等,所以能夠保證兩側頂桿的同步頂箱。返回時,從動缸上腔進氣推動活塞下壓迫使油進入主動缸上腔推動主動缸活塞返回原位。但兩缸串聯后,起模時的工作壓力僅相當于進氣壓力的一半即0.5 P,起模力大大下降,因此主動缸又串聯了一行程為30 mm的增壓缸(見圖14),使得起模初始30mm行程內的起模力增加了一倍,用以克服砂型的附著力和靜摩擦力,滿足大砂箱的起模要求。
    圖14 相互串接的雙缸頂箱起模機構

    兩種起模機構的起模缸均以液壓油為工作介質,來保證起模時運行的平穩性和調速要求;但經過一段時間使用后,起模缸中的壓縮空氣就會由活塞與缸體的配合面進入油腔中,使油液乳化和形成氣墊,導致氣、油混合,從而造成起模不同步的嚴重后果。因此起模缸采用了圖15的結構以解決氣、油的混合問題:在活塞的中部開一個環形槽體,槽體內裝有導套(由兩個半圓環組成)后仍有間隙,再在槽體和空心活塞桿之間開2~ 3個通氣孔,活塞桿的端部裝有銅基粉末冶金塊。當氣體企圖經過活塞進入油腔時,必須通過活塞中部的槽體,因此氣體被引入空心活塞桿內,最后從銅基粉末冶金塊排入大氣,從而避免氣體進入油腔內;反之,油液企圖通過活塞進入氣腔內時,也會被引入空心活塞桿內,儲存到一定數量后,打開銅基粉末冶金塊,將油液排除。機構另設有補油裝置,在二位二通截止閥的控制下當造型機不工作時由儲油罐補償油缸的漏油。
     圖15 氣推油缸的油、氣隔離措施
    4、結束語:
       起模是造型過程的重要工序,是造型成功與否的主要因素,要求其具有運行平穩、高精度、高效率、操作簡單、可靠性高的特點;隨著鑄造裝備技術的不斷發展,將會有更多種類、更好性能的起模機構應用于震壓式造型機。


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