GF連續(xù)通過式拋丸機(jī)堵件、卡件問題研究及改善

黃 樺，陳之偉，榮玉良，李景鋒，秦海波，趙群憲，路鵬程，劉 彬，姜志偉

（上海通用東岳動(dòng)力總成有限公司鑄鍛技術(shù)與質(zhì)量部，山東煙臺(tái) 264006）

我公司采用兩箱濕砂型大批量鑄造的方式生產(chǎn)曲軸、凸輪軸等汽車鑄造零部件產(chǎn)品，后續(xù)清理工位采用GF連續(xù)通過式拋丸機(jī)將鑄件表面黏附的砂子或鐵銹清除干凈，并在拋丸機(jī)前面工位設(shè)置分件機(jī)分離鑄件和澆注系統(tǒng)。連續(xù)通過式拋丸機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，清理小型鑄件表面干凈徹底，缺點(diǎn)是由于其結(jié)構(gòu)的原因，易造成堵件、卡件問題。

近兩年，隨著公司曲軸和凸輪軸等小件產(chǎn)品產(chǎn)量的激增，鑄造車間設(shè)備老化磨損嚴(yán)重，連續(xù)式拋丸機(jī)卡件和堵件問題頻繁發(fā)生，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40 min～1 h不等，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，一旦發(fā)生卡件和堵件問題，人員需要進(jìn)入拋丸機(jī)排查和清除存在安全隱患，問題亟待解決。

1 連續(xù)通過式拋丸機(jī)和曲軸凸輪軸分件機(jī)結(jié)構(gòu)及原理圖

圖1 為我廠小件線的工藝流程簡(jiǎn)圖[1]。

圖1 小件造型線工藝流程簡(jiǎn)圖

圖2 是我公司小件清理主要設(shè)備和工具。

圖2 小件清理線主要設(shè)備和工具

1.1 小件清理線GF連續(xù)通過式拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)及原理圖

1.1.1 連續(xù)通過式的結(jié)構(gòu)

采用GF公司型號(hào)為DT 14-650連續(xù)拋丸機(jī)將曲軸、凸輪軸鑄件表面黏附的砂子或鐵銹清除干凈，其工作流程如圖3所示：

圖3 連續(xù)式拋丸機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作流程簡(jiǎn)圖

1.1.2 GF連續(xù)通過式拋丸機(jī)的工作流程及重要參數(shù)

鑄件通過振動(dòng)給料器進(jìn)入拋丸室，拋丸室頂部有高速鋼丸拋出，打到拋丸室內(nèi)的鑄件上，將其表面砂子打掉。同時(shí)，通過拋丸室的不斷擺動(dòng)帶動(dòng)鑄件翻滾，使鑄件各部位均能被鋼丸拋干凈。拋丸后的鑄件通過振動(dòng)卸料器離開拋丸機(jī)。

設(shè)備主要參數(shù)：

a）允許通過的鑄件最大尺寸：長(zhǎng)×寬×高：680 mm×500 mm×350 mm；b）允許通過的鑄件最大重量：150 kg；c）拋頭尺寸及數(shù)量：φ500 mm，6個(gè)；d）拋頭速度：2600 r/min；

e）鋼丸通過速度：2700 kg/min；

f）允許通過的鑄件最高溫度：150℃；

g）鋼丸直徑：φ1.4 mm；

h）拋丸能力：14 t/h.

1.2 小件清理線曲軸、凸輪軸分件機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.2.1 分件機(jī)結(jié)構(gòu)

分件機(jī)用于將鑄件的內(nèi)澆道、出氣端同鑄件分離，并將長(zhǎng)澆道分開，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 小件清理線曲軸、凸輪軸分件機(jī)結(jié)構(gòu)

1.2.2 設(shè)備工作流程和主要參數(shù)

將分件機(jī)的分離爪放進(jìn)鑄件與澆冒口之間，按住操縱器上的前進(jìn)鍵，在液壓缸的推動(dòng)下，分離爪張開，將內(nèi)澆道或出氣端同鑄件分離；分件完畢后按住操縱器上的后退鍵，分離爪閉合，完成一次循環(huán)。

設(shè)備主要參數(shù)：

液壓缸壓力：700 kg/cm2；輸出：10.4 l/55 kg/cm2；1.9 l/700 kg/cm2.

分離爪產(chǎn)生的力：推力：350 kN；拉力：240 kN.

2 拋丸機(jī)堵件卡件原因分析

連續(xù)通過式拋丸機(jī)堵件卡件主要分為以下幾種原因：

1）由于跑火和分型面結(jié)合不嚴(yán)等原因造成的細(xì)鐵片及型板上設(shè)置的排氣片進(jìn)入鐵水后形成細(xì)長(zhǎng)鐵片，卡在拋丸機(jī)鱗板孔洞內(nèi)，造成曲軸、凸輪軸等鑄件被插在孔洞內(nèi)的排氣片鐵片卡住無法繼續(xù)再前進(jìn)堵在拋丸機(jī)內(nèi)部形成堵件；排氣片進(jìn)鐵水的原因分析見圖5魚骨圖分析，圖6為曲軸和凸輪軸型板上的排氣片進(jìn)入鐵水卡在拋丸機(jī)鱗板孔內(nèi)形成堵件；

2）拋丸機(jī)內(nèi)鱗板上孔洞磨損變大，鑄件上狹小的溢流冒口易堵塞在孔洞內(nèi)（如圖7所示）；

3）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，過長(zhǎng)和過大容易堵塞在拋丸機(jī)內(nèi)（如圖8所示）。

3 拋丸機(jī)堵件卡件應(yīng)對(duì)措施

3.1 排氣片跑鐵水改善

針對(duì)排氣片跑鐵水形成的堵件和卡件主要采用了三種措施進(jìn)行改進(jìn)。

3.1.1 型板上排氣片結(jié)構(gòu)改進(jìn)

圖9 ，圖10為兩側(cè)的排氣片及排氣片在砂型上

圖5 廢型跑火和排氣片跑鐵水原因分析

圖6 曲軸和凸輪軸型板上的排氣片進(jìn)入鐵水卡在拋丸機(jī)鱗板孔內(nèi)形成堵件

圖7 拋丸機(jī)鱗板上的孔磨損后卡上了鑄件的狹小部位形成卡件

圖8 長(zhǎng)而大的澆注系統(tǒng)在拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件

的情況，從圖10可以看出一旦上下砂箱合模不嚴(yán)或者砂箱邊緣砂型疏松，本來不該進(jìn)入鐵水只是用于排掉澆注后氣體的排氣片內(nèi)進(jìn)入了鐵水，形成細(xì)長(zhǎng)鐵片進(jìn)入拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件和卡件，圖11，圖12為排氣片改進(jìn)方法，如圖11所示：排氣片靠近鑄件前端縮短1 mm～2 mm，端部形狀修為半圓形，保持防壓環(huán)和排氣道間距離能夠≥5 mm.兩側(cè)排氣片修改方法如圖12，靠近螺栓處的排氣道從對(duì)齊溢流冒口處前端部位加工掉并用鉚釘固定住；其余靠近模塊處的排氣道部分增加拔模斜度打磨成梯形（30°），靠近模塊端部鉚釘部分排氣道長(zhǎng)度去除，重新用鉚釘固定。

圖9 排氣片在型板上的分布情況

圖10 排氣片造型后在砂型上的分布情況

3.1.2 型板上螺釘結(jié)構(gòu)改進(jìn)[2]

圖11 排氣片靠近鑄件端部縮短1 mm～2 mm

圖12 兩側(cè)排氣片改進(jìn)方法

把30 mm厚度的上下型板四個(gè)角的凸起螺栓更改為頭部直徑φ20 mm沉頭螺釘，防止砂箱四個(gè)角因螺釘凸起造型時(shí)此處砂型疏松造成跑火加劇邊緣排氣片跑鐵水的情況發(fā)生，見圖13型板上螺釘結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。

圖13 型板上螺釘結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1.3 型板托框上銷套結(jié)構(gòu)改進(jìn)[3]

經(jīng)過長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，在造型過程中型板托框和砂箱配合過程中圓銷側(cè)易下不到位形成墊箱。改進(jìn)前型板托框上圓定位銷導(dǎo)向長(zhǎng)度為25 mm，圓定位銷直徑φ38 mm，如圖4所示，銷套容易下不到位形成墊箱，易造成跑火和排氣片跑鐵水。改進(jìn)后縮短定位部分長(zhǎng)度，延長(zhǎng)導(dǎo)向長(zhǎng)度至45 mm，圓定位銷直徑為φ38 mm，增加銷套間的配合間隙，從而防止分型面跑火和排氣片內(nèi)走鐵水。圖15為更改后定位圓銷結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸。

3.1.4 驗(yàn)證方法

通過起模和合箱檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：合箱嚴(yán)實(shí)，砂型完整，改進(jìn)后砂箱邊角無疏松，排氣片跑鐵水和砂箱跑火現(xiàn)象消除。我廠為大批量生產(chǎn)，因?yàn)楦倪M(jìn)排氣結(jié)構(gòu)可能引起曲軸批量氣孔問題，為此，在改進(jìn)前采用了MAGMA凝固模擬軟件模擬了各型腔氣壓情況，分析此處改進(jìn)后出現(xiàn)氣孔缺陷的區(qū)域，見圖16，通過凝固模擬發(fā)現(xiàn)1#和4#模腔型腔里的氣體壓力＜130 kPa，型腔排氣通暢，沒有憋氣，排氣片即使不與大氣貫通也不會(huì)形成氣孔，排氣片更改和取消不會(huì)造成氣孔的風(fēng)險(xiǎn)。2#，3#模腔型腔里的氣體壓力＞130 k Pa，排氣片更改和取消可能有造成批量氣孔的風(fēng)險(xiǎn)。

圖14 更改前定位圓銷結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸更改后定位圓銷結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸

圖15 型板托框上銷套結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.2 拋丸機(jī)方面的改進(jìn)

針對(duì)拋丸機(jī)內(nèi)鱗板上孔磨損過大，造成曲軸、凸輪軸等鑄件被插在孔洞內(nèi)形成堵件的問題，通過減小鱗板孔洞大小、更換新的鱗板和相應(yīng)易插入鱗板空洞內(nèi)的鑄件及澆注系統(tǒng)部位適度增加尺寸來進(jìn)行了有效解決。

3.3 曲軸澆注系統(tǒng)分件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

圖16 MAGMA凝固模擬軟件模擬型腔氣壓分布情況

如圖17所示，改進(jìn)前的橫澆道為長(zhǎng)平直結(jié)構(gòu)，小件分件機(jī)分件困難，為避免其在拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件需要專門把長(zhǎng)的澆注系統(tǒng)（見圖1改進(jìn)前澆注系統(tǒng)）從輸送鱗板和拋丸機(jī)內(nèi)勾選出來，拋丸后找外部廠家進(jìn)行澆注系統(tǒng)破碎后才能放進(jìn)熔化爐前料坑中形成回爐料，該過程需要消耗很大的成本。

通過計(jì)算澆注系統(tǒng)各截面積比率，把曲軸下模位置最長(zhǎng)的橫澆道進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)點(diǎn)有3處見圖17 b）圖所示：①增加3個(gè)分件卡塊方便分件機(jī)分離爪插入進(jìn)行分件；②原來的澆道更改為堤壩式使橫澆道在減少厚度的情況下截面積不改變；③堤壩最底部增設(shè)R3的斷口（左右兩側(cè)各一個(gè)）形成斷裂源使分件機(jī)分件時(shí)更容易，且不易形成分件時(shí)崩件。針對(duì)改進(jìn)同樣采用了MAGMA凝固模擬軟件判斷是否會(huì)引起氣孔等缺陷出現(xiàn)[6]，模擬結(jié)果顯示改進(jìn)后澆注系統(tǒng)的充型和凝固過程正常，無形成氣孔和縮孔等缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，通過實(shí)際生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后澆注系統(tǒng)很容易被分件成功，鑄件質(zhì)量未受到影響，成功消除了由澆注系統(tǒng)造成的堵件問題，并且澆注系統(tǒng)可以成功被分件機(jī)分成幾段（見圖18所示），不再需要委外進(jìn)行破碎，大大節(jié)省了費(fèi)用。

圖17 曲軸澆注系統(tǒng)分件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

圖18 改進(jìn)后澆注系統(tǒng)易于被分開成小塊，不易在拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件

4 結(jié)論

1）通過改進(jìn)型板上排氣片結(jié)構(gòu)、螺釘連接結(jié)構(gòu)，型板托框上銷套結(jié)構(gòu)來徹底消除排氣片跑鐵水形成的拋丸機(jī)堵件問題。

2）通過改進(jìn)拋丸機(jī)內(nèi)部鱗板結(jié)構(gòu)和更換新的鱗板來解決GF連續(xù)式拋丸機(jī)的卡件問題。

3）通過改進(jìn)曲軸鑄件的澆注系統(tǒng)的分件結(jié)構(gòu)來解決由澆注系統(tǒng)造成的堵件問題。

通過上述改進(jìn)徹底消除了GF連續(xù)式拋丸機(jī)堵件卡件問題，達(dá)到了消除安全隱患，有效地降本增效的目的，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，

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