消失模鋁合金GK振實臺及配合砂箱的改進設(shè)計

姜飛，程戰(zhàn)鋒

（陜西法士特汽車傳動集團鑄造分公司，陜西 寶雞 722409）

近些年來，消失模鑄造工藝發(fā)展迅速，相應(yīng)的生產(chǎn)線設(shè)備也較為成熟，振實臺是造型生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響著產(chǎn)品的變形、滲鐵(鋁)的廢品率。

圖1

圖2

1 生產(chǎn)線改造前振實臺及砂箱狀況介紹及對產(chǎn)品的致廢情況

公司原消失?；诣F生產(chǎn)線選用的是美國General Kinematics公司(以下簡稱GK公司)HDCT型振實臺，及內(nèi)徑800mm×800mm×1200mm的 方形砂箱，底部為抽真空室，深度120mm(如圖1)。消失?；诣F模型涂料強度相對大一些，振實臺對鑄件變形的致廢率約為5%～8%；生產(chǎn)線改造為消失模鋁合金工藝后，為滿足模型在不抽真空的條件下，保證透氣性等的工藝要求，涂料厚度變薄，強度降低，原振實臺對鑄件致廢率最高可達到18%，反復(fù)多次調(diào)節(jié)激振力、頻率及加砂量等工藝參數(shù)，效果甚微。

原振實臺俯視圖見（圖2），主要現(xiàn)象為：振動造型過程中，偏心塊設(shè)定為40%，振動頻率設(shè)定 為 1000～1500r/min， 砂 箱 跳動較大，模型出現(xiàn)規(guī)律性傾倒，砂子向東偏移，砂箱上端振幅過大，砂子緊實度差；偏心塊調(diào)整高于40%，跳動更大，無法使用；偏心塊設(shè)定低于40%，振動頻率1000～1800r/min，砂箱跳動稍變小，但激振力偏小，型砂緊實度不能達到要求，造型效率也相應(yīng)降低。

原全線150臺砂箱，部分砂箱振幅不一致，偏大或者偏小，檢查未發(fā)現(xiàn)明顯變形脫焊等故障，追蹤產(chǎn)品，全部制廢。

2 解讀故障現(xiàn)象，分析原因

（1）振實臺面為正方形，臺面固定3個支柱，激振力由支柱傳遞給與其配合的砂箱，最后傳遞至砂箱內(nèi)砂子和消失模模型。3個支柱中心連接線組成一個等腰三角形，東側(cè)支柱為三角形頂點。所以，振實臺產(chǎn)生向上的激振力的合力中心線應(yīng)該是通過等腰三角形的重心的垂直線，即圖1的實心圓圈處。與臺面的重心線偏差100mm。

砂箱底部為800mm×800mm的正方形，底部固定3個錐形法蘭，放置在振實臺3個頂柱上。方形砂箱的重心線與振實臺重心線重合。

此類型振實臺特點為砂箱不卡緊，而是與頂柱相對交替運動來實現(xiàn)3維振動。當向上的激振力與向下的重力也就是反作用力，兩個力的中心不在同一線上時，產(chǎn)生兩點支撐的一側(cè)對于砂箱的作用力相比較大。東西兩側(cè)砂箱受力不平衡，導(dǎo)致砂子緊實度不一致，模型偏倒，砂面不平等現(xiàn)象。我們嘗試將兩側(cè)振動點擊偏心塊分別調(diào)整不同角度來達到力的平衡，但由于本身150臺砂箱一致性差，多次調(diào)整后，結(jié)果無明顯規(guī)律性。

（2）3個支柱與砂箱配合位置問題。砂箱內(nèi)砂子所受到的激振力來源于底部及側(cè)面?zhèn)鬟f。振實臺3個頂柱最外沿均未接觸到砂箱側(cè)面，所以側(cè)面所受力需從底面?zhèn)鬟f，且底面真空室鋼板僅為8mm，剛性差。砂箱內(nèi)砂子受力不均導(dǎo)致模型內(nèi)外擠壓變形。

（3）力的傳遞效率。振實臺3頂柱原設(shè)計為空心厚壁管。砂箱底面為真空室。根據(jù)北京某振動設(shè)備制作廠家實驗證明，空心物體對力的傳遞影響很大。

（4）砂箱受力點在底部，越靠上端，振幅越大，振動時間過長，會導(dǎo)致已經(jīng)振實的砂子又變松散，控制難度大。

（5）對150個砂箱稱重發(fā)現(xiàn)，最大與最小重量偏差超過60公斤，現(xiàn)有振實臺激振力固定的情況下，由于砂箱重量不一致，對振動有一定影響。

（6）砂箱箱體為正方形，底部支撐為三點?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)下，3點支撐永遠無法平分正方形，箱內(nèi)4個邊受力不能達到平衡。

3 根據(jù)分析及實驗結(jié)果，制定對策，重新改進設(shè)計

經(jīng)過觀察分析，及在同設(shè)備使用廠家觀察交流，對振實臺改進如下。

（1）3個支柱相對位置變動，將原等腰三角形改為等邊三角形，中心與振實臺面中心重合。

（2）支柱由原來的空心管，改為實心鋼材加工。

砂箱重新設(shè)計加工，改進如下（如圖3、圖4）。

（1）砂箱由方形改進為圓筒形，去除原真空室，底板更換為25mm厚度鋼板，整體剛性更好，振動不易變形；25mm鋼板激振力傳遞損失小。

（2）重新確定底部支撐法蘭位置，3個法蘭中心放置在砂箱圓筒圓弧上，使砂箱側(cè)壁直接受力傳遞給側(cè)面砂子，減少激振力損失。支撐點將砂箱整體3等分，實現(xiàn)受力平衡。

（3）降低砂箱高度，由1300mm縮短至1000mm，上端砂子緊實度有所好轉(zhuǎn)。

（4）砂箱各個部件加工精度要求提高，確保150個最終重量偏差在10kg以內(nèi)。

圖3

圖4 砂箱底部

圖5 砂箱底部支撐法蘭

4 使用效果驗證

改進后的砂箱及振實臺投入使用1月，觀察砂箱底部法蘭（如圖4）及振實臺頂柱耐磨尼龍塊，3個位置磨損均勻。單個法蘭（圖5）碰撞面(內(nèi)錐面)磨損相對均勻。

改進后振動電機偏心塊角度保持40%，但頻率可提高調(diào)整至1800～2000r/min，振動較之前平穩(wěn)很多。僅在空箱時稍有跳動，加砂后振動平穩(wěn)，砂子無翻浪現(xiàn)象。通過對振實臺各項工藝參數(shù)重新調(diào)整后，變形致廢率最好降低至1%，穩(wěn)定在3%以內(nèi)。