盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝研究及工裝設(shè)計

孫寶君，王金朋

（1.中國北車齊軌裝備有限責(zé)任公司熱工藝部，黑龍江 齊齊哈爾 161002；2.牡丹江金緣鉤緩制造有限公司，黑龍江 牡丹江 157013）

為了進(jìn)一步提高新造貨車轉(zhuǎn)向架搖枕和側(cè)架的可靠性，實現(xiàn)鐵道部運輸局裝備部提出的“提高搖枕、側(cè)架制造工藝水平”的攻關(guān)目標(biāo)，我公司根據(jù)運裝貨車 [2006]10號、[2006]400號、[2007]100號文件的要求，于2006年5月開始開發(fā)研制適用于搖枕、側(cè)架的整體芯生產(chǎn)工藝，目標(biāo)是將原工藝中搖枕、側(cè)架內(nèi)腔分別由6塊和12塊砂芯組成，改為由一個整體砂芯形成，從而徹底解決搖枕、側(cè)架內(nèi)腔重要部位存在的披縫、臺階等缺陷，進(jìn)一步提高搖枕、側(cè)架可靠性，使行車安全得到更好的保障。

根據(jù)以上內(nèi)容，我公司于2006年8月開始了搖枕、側(cè)架整體芯的可行性研究工作，并制定了多種手工芯盒進(jìn)行芯砂工藝和整體芯工藝的試驗研究。先后進(jìn)行了酯硬化水玻璃砂工藝、堿性酚醛自硬樹脂砂工藝、C O2硬化堿性酚醛樹脂砂等芯砂工藝方案試驗；同時進(jìn)行了上平面壓實工藝、上下兩片組芯工藝、盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝等制芯工藝方案試驗，通過反復(fù)研討論證，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及成本等綜合影響因素，最終搖枕、側(cè)架整體芯均采用盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝。在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了適用于生產(chǎn)線的工藝流程方案研究及專用生產(chǎn)線工藝裝備的設(shè)計及制造。用制芯線完成盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝已于2007年5月20日成功應(yīng)用于K 6搖枕、側(cè)架整體芯的生產(chǎn)中，并于2007年6月22日順利通過鐵道部運輸局裝備部專家組的工藝評估，并申請了國家專利。

1 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝流程研究

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝基本原理是工藝流程的設(shè)計依據(jù)，通過工藝流程中每一步驟，來保證該工藝在生產(chǎn)實際中應(yīng)用和貫徹。即工藝流程是工藝原理能夠順利實施的過程控制。

1.1 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝的基本原理[1]

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝的基本原理是采用射芯工藝的生產(chǎn)原理，與射芯不同之處為盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝是在芯盒內(nèi)先填砂后合模（射芯工藝是先合模后填砂）。利用尚未硬化的下半芯盒內(nèi)芯砂水玻璃的粘性，并通過自動合芯機(jī)的液壓系統(tǒng)在合芯過程中實現(xiàn)上下兩半芯盒內(nèi)芯砂及預(yù)制砂臺之間相互擠壓。同時利用鎖芯銷對芯砂的鎖緊作用，使已經(jīng)硬化的上半芯盒內(nèi)的芯砂與未硬化的下半芯盒內(nèi)的芯砂相粘合。成型工藝原理如圖1所示。

圖1 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝原理圖

1.2 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝的生產(chǎn)工藝流程[1]

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。該工藝具體操作步驟為：

步驟S 01，將冷鐵、芯鐵擺放至工藝要求的位置，然后啟動混砂機(jī)向上半芯盒內(nèi)填砂。

圖2 搖枕、側(cè)架盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝流程圖

步驟S 02，等待在上半芯盒內(nèi)的芯砂硬化。

步驟S 03，判斷上半芯盒內(nèi)的芯砂是否硬化達(dá)到工作需要；若是，則進(jìn)入步驟S 04；若否，則返回步驟S 02.

步驟S 04，將填滿芯砂的上半芯盒轉(zhuǎn)至合芯機(jī)上與下半芯盒相對的位置。

步驟S 05，將冷鐵、芯鐵擺放至工藝要求的位置，然后啟動混砂機(jī)向下半芯盒填砂。該步驟與步驟S 04同時進(jìn)行。

步驟S 06，將裝滿芯砂的上半芯盒采用合芯機(jī)組合到裝滿芯砂的下半芯盒。該步驟必須與步驟S 05緊密銜接，這是由于此處需要利用尚未硬化的下半芯盒內(nèi)芯砂的水玻璃黏結(jié)劑的粘性，通過擠壓、鎖芯銷的鎖緊作用，與上半芯盒內(nèi)的芯砂相粘合，實現(xiàn)了上、下兩半芯盒內(nèi)芯砂的自粘合。如果下半芯盒內(nèi)的芯砂硬化，則不能完成。這樣則避免砂芯出現(xiàn)披縫，并且無需粘合芯段和打磨，提高了生產(chǎn)效率。

步驟S 07，取下上半芯盒。

步驟S 08，等待在下半芯盒內(nèi)的芯砂硬化。

步驟S 09，判斷下半芯盒內(nèi)的芯砂是否硬化達(dá)到工作需要；若是，則進(jìn)入步驟S 10；若否，則返回步驟S 08.

步驟S 10，整體砂芯芯盒移動到起模工位。

步驟S 11，整體砂芯起模。

由于上砂芯的芯盒已經(jīng)取下，因此，該步驟實際只需要取下下砂芯芯盒，然后采用專用的吊具將整體砂芯吊出。

步驟S 12，刷涂料并將砂芯烘干后下入型腔。

2 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝專用制芯線及工藝裝備

將盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝應(yīng)用于實際生產(chǎn)，還需要繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計與之配套的專用生產(chǎn)線和工藝裝備，來完成工藝流程每一步驟中的各項工作，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、及方便操作等因素，所設(shè)計的制芯線主要分為填砂工位、翻轉(zhuǎn)合芯工位、起芯工位、刷涂工位、烘干工位等5個工位。

2.1 填砂工位

在填砂工位完成上、下芯盒填砂；如圖3、圖4.在正常的生產(chǎn)節(jié)奏中完成下芯盒填砂后，迅速與上芯盒合芯如圖4，與此同時前一輥道上芯盒活塊歸位組合，繼續(xù)進(jìn)行上芯盒填砂如圖3，完成下一輪上芯盒冷芯鐵擺放及填砂。從而實現(xiàn)上芯盒夾緊、翻轉(zhuǎn)與下芯盒填砂同時進(jìn)行；合芯與上芯盒活塊起模及歸位同時進(jìn)行。

圖3 上芯盒填砂

圖4 下芯盒填砂

1）設(shè)備功能

1臺15 t連續(xù)式混砂機(jī)，運轉(zhuǎn)輥道。功能要求為混砂機(jī)原砂及液料定量準(zhǔn)確并可隨天氣溫度和濕度調(diào)節(jié)，來控制芯砂的硬化時間；運轉(zhuǎn)輥道運行平穩(wěn)，對工裝及砂芯無沖擊。

2）工裝設(shè)計

搖枕、側(cè)架芯盒設(shè)計采用上下芯盒分別填砂，可滿足擺放冷、芯鐵等工藝措施的實施；活塊設(shè)計時考慮舂砂方向，避免橫向彎角影響芯砂緊實度。

2.2 翻轉(zhuǎn)合芯工位

在翻轉(zhuǎn)合芯工位依次利用翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)完成上芯盒夾緊、起升、翻轉(zhuǎn)、移動至下芯盒上方、擠壓合芯、上芯盒脫盒及上芯盒回位等工作如圖5.上芯盒回位后上芯盒與下芯盒連帶整體砂芯連續(xù)移動兩個輥道位，進(jìn)行上芯盒起活塊，并組合至上芯盒，進(jìn)行下一輪上芯盒填砂。

圖5 翻轉(zhuǎn)合芯

1）設(shè)備功能

1臺翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)，浮動輥道。功能要求為翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)橫向及縱向定位，起升、移動、翻轉(zhuǎn)運行平穩(wěn)。浮動輥道具有360°順滑移動功能，使芯盒底板在浮動平臺固定后，能夠在合芯時沿芯盒定位銷自動對中。

2）工裝設(shè)計

整體芯芯盒設(shè)計時為起模方便上芯盒采用芯盒外框脫落式結(jié)構(gòu)，以方便砂芯及活塊翻轉(zhuǎn)后整體脫出；在上芯盒兩端設(shè)置翻轉(zhuǎn)夾持孔和定位銷孔，用于芯盒合芯定位。砂芯外形輪廓全部由活塊組成，活塊采用鑄鋁材質(zhì)，芯盒外框采用Q T 400-15材質(zhì)。芯盒設(shè)計見圖6.

2.3 起芯工位

在此工位完成下芯盒外框抬出、利用專用氣囊吊具完成整體砂芯起模、起活塊、活塊和外框組裝如圖7、圖8。在下一輥道位進(jìn)行冷芯鐵擺放。

圖7 起芯

圖8 起活塊

1）設(shè)備功能

利用2臺單梁吊分別進(jìn)行芯盒外框抬出和砂芯起模，其中起模單梁吊選用雙速電機(jī)實現(xiàn)起模和吊運時節(jié)奏變換，利于砂芯的平穩(wěn)起模。

2）工裝設(shè)計

整體芯下芯盒設(shè)計時采用芯盒外框抬出式結(jié)構(gòu)，利于整體砂芯起模和吊運；側(cè)架彎角處防裂拉筋和散熱片由活塊帶出，減小起模時的附著力。下芯盒兩端設(shè)置吊軸和定位銷孔，用于芯盒外框抬出和回位時定位。砂芯外形輪廓全部由活塊組成，活塊采用鑄鋁材質(zhì)，芯盒外框采用Q T 400-15材質(zhì)，芯盒設(shè)計見圖9.

搖枕、側(cè)架起模均使用專用氣囊吊具。氣囊采用聚氯乙烯軟管，附著于隨型圓弧托架上，用壓縮空氣對聚氯乙烯軟管充氣后在吊具托架與砂芯之間形成壓縮氣囊，吊具和砂芯之間實現(xiàn)軟接觸，壓力可通過調(diào)壓閥門隨時調(diào)節(jié)，砂芯起模及吊運時破損率小且操作方便，原理見圖10.氣壓選擇0.3 MPa～0.4 MPa，負(fù)載極限230kg.

圖10 氣囊吊具原理圖

2.4 刷涂及烘干工位

整體砂芯起模后利用氣囊吊具翻轉(zhuǎn)30°，進(jìn)行底面刷涂料?；匚缓笤趯Ｓ秒S型托芯板上定位安放，進(jìn)行上面、側(cè)面刷涂料，進(jìn)入烘干工位如圖11。

1）設(shè)備功能

烘干窯，雙層輥道。烘干窯可控溫度范圍80℃～200℃，使用溫度140℃～160℃.雙層輥道上層輥道為進(jìn)窯輥道，能夠雙向運行；下層輥道為芯板返回輥道。

2）工裝設(shè)計

隨型托芯板利用彈簧支撐座對整體芯懸臂部位進(jìn)行支撐，彈簧選擇壓力為搖枕16 kg，側(cè)架7.5 kg，見圖12.

圖11 刷涂料及砂芯烘干

2.5 制芯線工藝驗收及工裝驗證

制芯線落成后對其運行情況及單機(jī)運行情況進(jìn)行了工藝驗收，整體運行情況良好，其中翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)運行平穩(wěn)，合芯情況良好；浮動平臺、運轉(zhuǎn)小車、輥道運轉(zhuǎn)順暢，定位夾緊裝置符合要求；自動運轉(zhuǎn)程序設(shè)計合理，能夠保證工藝流程的順利完成，符合工藝要求。

工裝制作完成后進(jìn)行了投產(chǎn)驗證，經(jīng)對產(chǎn)品劃線、解剖以及樣板檢查，產(chǎn)品各部尺寸合格，工裝合格，符合安全生產(chǎn)要求，可投入批量生產(chǎn)。吊具設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，使用效果良好，經(jīng)強(qiáng)度校核符合安全生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝流程及其制芯線和工裝設(shè)計合理，經(jīng)生產(chǎn)驗證能夠滿足工藝要求和生產(chǎn)使用要求。砂芯質(zhì)量穩(wěn)定、裝備運行平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高，已達(dá)到每月500輛份搖枕、側(cè)架整體芯的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)的K 6搖枕、側(cè)架整體芯符合整體芯概念，即表面無臺階、披縫，光滑平順的一體砂芯。

［1］郝施奇.盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（6）：21-24.