ML系列冷芯機射砂單元的改進和應用

程可飛，陳志杰，姚 紅

（一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南 洛陽 471000）

隨著我國鑄造行業(yè)的快速發(fā)展，冷芯技術(shù)以其固化快、強度高、自動化程度高等優(yōu)點得到了市場的認可，被廣泛應用于缸體、缸蓋、曲軸箱、傳動箱等鑄件的批量生產(chǎn)[1]。目前，不少機型均含有獨立射砂筒（又稱：射筒內(nèi)襯），其制作材料和使用壽命以及清理工作都增加了使用成本和工作強度，另外配套使用的射砂蝶閥也存在價格高、壽命短等問題。針對這些問題，就以較高市場占有率的蘇州明志M L系列和德國L a e m p e.的L F系列冷芯機進行了改進和試用。

1 原射砂單元簡介

1.1 結(jié)構(gòu)簡介

射砂單元分為送砂機構(gòu)和射砂機構(gòu)兩部分，主要包含上機架、射砂閥、送砂門、氣包、射頭及射砂筒等，采用氣控比例閥控制射砂壓力，壓力在0MPa～0.6 MPa內(nèi)連續(xù)可調(diào)；射砂板被真空吸附在射頭下平面并配有氣動保險銷機構(gòu)；射腔內(nèi)裝有特制的玻璃鋼襯筒，輕巧結(jié)實以便于清理；砂斗上方配置砂料位檢測儀，可與混砂機信號連接，機構(gòu)簡圖如圖1所示：

圖1 原射砂單元

1.2 工作原理

射砂單元就是通過壓縮空氣把混砂機混制好的樹脂砂經(jīng)射砂腔、射板、射頭、射嘴射入芯盒成型的裝置。當要砂信號過來后，相應電磁閥接通氣路，打開送砂門，芯砂送入射砂腔，然后關閉送砂門。當要射砂時，關閉射砂腔排氣閥（兩個），打開射砂角閥（兩個），氣包的壓縮空氣直接吹入射砂腔，射滿芯盒，然后關閉射砂角閥，打開射砂腔排氣閥，排出余氣，完成射砂。

1.3 存在的問題

1）篩網(wǎng)粘堵：射砂筒上的篩網(wǎng)（圖1中6）起著阻擋砂子隨余氣排出的作用，因砂子表面帶有樹脂，容易粘附在網(wǎng)孔上堵塞氣路，影響生產(chǎn)；

2）操作費力：受設備結(jié)構(gòu)所限，不能直接對排氣篩網(wǎng)清理，需要3個人一起配合拆出射砂桶方可進行；

3）影響質(zhì)量：射砂桶兩端靠橡膠帶進行密封，拆裝時容易錯位擠壓，造成密封不嚴而射砂不實，影響砂芯質(zhì)量，甚至直接產(chǎn)生廢芯；

4）故障率高：原射砂筒有3個氣缸鎖緊裝置，并有感應開關，任何一個動作不到位，都會引起系統(tǒng)故障報警；另外，氣動蝶閥（圖1中7）也容易出現(xiàn)開閉不到位，反饋信號異常而引起系統(tǒng)報故障停機；

5）使用成本高：受射砂容量和射砂腔空間所限，射砂桶壁厚較薄，并且輕脆，在拆卸時容易開裂而報廢，并且價格較高（本單位用的是玻璃鋼材質(zhì)，輪廓尺寸：534mm×1010mm，材料費、加工費共計：4400元 /個）；另外氣動蝶閥（7）也不耐用，容易磨損跑砂，嚴重時直接沖破上部軟連接。蝶閥價格（國產(chǎn)：4000/套，進口：1萬元 /套）；

6）工作狀態(tài)不穩(wěn)：受射腔空間所限，排氣閥（圖1中4）不能使用常見的標準件角座閥來代替，只能非標制作，并定做膜片，使用性能不穩(wěn)且不易檢修。

2 射砂單元的優(yōu)化與應用

通過對存在問題的分析研究制定了相應的改造措施。

2.1 加砂蝶閥的優(yōu)化及應用

通過查詢國外相關管道閥門系列產(chǎn)品，了解到有一種稱之為“膨脹蝶閥”的產(chǎn)品，其執(zhí)行器結(jié)構(gòu)外觀與國內(nèi)普通蝶閥一樣，不同的是蝶閥閥體上多一路氣道，能使蝶閥密封圈向里縮進，增強密封效果。但是價格昂貴，一套近3萬元。決定參照進口膨脹蝶閥的機構(gòu)，對現(xiàn)有國產(chǎn)普通氣動蝶閥進行改造。

2.1.1 改造方案[2-3]

在閥體內(nèi)圈車出一道溝槽作為輔助氣道，然后從輔助氣道向外加工出四個通氣絲孔，外接氣管，從而使閥體與密封圈結(jié)合部位增加一路輔助氣道，簡要示意如圖2、圖3所示：

圖2 蝶閥閥體改造后剖面圖

圖3 蝶閥閥體改造后實物圖

這樣在進行射砂工序時，外加氣路接通，使蝶閥密封圈向里膨脹，抱緊蝶閥閥板。需要注意的是，外接的氣管不要與蝶閥執(zhí)行器氣路串通，要走單線，并在射砂后延時2 s～3 s再關閉氣路。

2.1.2 改造的優(yōu)點

由于閥體內(nèi)側(cè)加工有槽，閥板在開閉時，摩擦壓力減小，容易到位感應，同時由于實現(xiàn)了密封圈膨脹功能，蝶閥耐用性增強，并且不易跑砂；另外改造費用也較低。

2.2 新射砂機構(gòu)優(yōu)化與應用

2.2.1 改進措施研究

在對射砂單元的射砂結(jié)構(gòu)經(jīng)過現(xiàn)場查看測量后，決定把射腔排氣口由中部移至頂部，同時把排氣過程中擋砂的射砂網(wǎng)也相應往上移，這樣取消原有的射砂筒部件的同時，又能避免射砂網(wǎng)被砂粘結(jié)。

新設計的射砂機構(gòu)[4]如圖4所示：頂部排氣孔蓋法蘭與氣動蝶閥直接相連，底部法蘭與連接原射砂筒的機床基座相連，去掉原射砂筒，用絲堵密封原來射砂腔中部的兩個排氣閥接口，排氣口和射砂網(wǎng)均實現(xiàn)了位置上移，排氣閥安裝在排氣孔處，氣包吹氣氣路接通到進氣孔處。

2.2.2 工作原理

把新射砂機構(gòu)安裝于蝶閥下部，使原砂門蝶閥的位置提高，并用螺釘法蘭緊固（如圖5）。送砂時，芯砂通過導砂筒2直接落入射砂腔，射砂時，送砂蝶閥密封圈膨脹，排氣閥關閉，氣包角閥打開射砂，然后開啟排氣閥排出余氣，完成射砂。

2.2.3 改造后優(yōu)點

降低使用成本：取消定制的射砂筒和排氣閥，又提高了蝶閥的耐用可靠性，所以大大降低生產(chǎn)成本。

圖4 新射砂機構(gòu)結(jié)構(gòu)剖面圖

提高設備產(chǎn)能：由于取消了射砂腔里的射砂筒，射砂容量增加了近25%，對于原先需要二次射砂的產(chǎn)品，改造后一次成型。

降低故障率：改造后的膨脹蝶閥的狀態(tài)信號穩(wěn)定，同時又不需要了射砂筒鎖緊感應，系統(tǒng)故障報警次數(shù)大大減小。

便于操作和維護：由于射腔排氣閥和射砂網(wǎng)均移至上部，這樣既能便于檢修排氣閥，又能減少清理射砂網(wǎng)的工作，大大降低了工作勞動強度。

改造投資回報快：整套僅需投入8000元，3個月即可收回成本。

圖5 射砂機構(gòu)改造現(xiàn)場對比圖

2.2.4 效果對比

經(jīng)過半年的現(xiàn)場使用，新改進的射砂單元加砂機構(gòu)與射砂機構(gòu)具備良好的穩(wěn)定性及密封性能，半年內(nèi)未發(fā)現(xiàn)密封不嚴、跑砂、結(jié)構(gòu)磨損等問題，性價比遠遠高于原結(jié)構(gòu)，新舊結(jié)構(gòu)性能對照見表1.

表1 射砂單元新舊結(jié)構(gòu)性能實驗對照表

5 小 結(jié)

通過對射砂單元加砂機構(gòu)與射砂機構(gòu)的原結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)的不合理現(xiàn)象進行深入的理論分析，找出了兩種機構(gòu)的不合理之處的根本性原因，并提出了對兩種機構(gòu)的改進措施，同時詳細的闡述了對新機構(gòu)的優(yōu)化、研發(fā)過程，以及后期的實驗結(jié)果，論證了新結(jié)構(gòu)的合理性。

經(jīng)過一年來的實際試用，達到了預期目標，不僅徹底解決了射砂筒制作材料和使用壽命的矛盾，還節(jié)約了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，降低了操作和維護難度。

［1］李文珍.現(xiàn)代造型制芯技術(shù)研究與發(fā)展趨勢［J］.鑄造設備研究，2003（6）：3-4.

［2］成大先，機械設計手冊［M］.第5版.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

［3］孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.第6版.北京：高等教育出版社，2001.

［4］陸玉，何在洲，佟延偉.機械設計課程設計［M］.第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［5］吉祖明.胺法冷芯盒制芯車間的工藝設計［J］.鑄造設備研究，2009（5）：17-22.