模板压实紧实工艺在水平分型脱箱射压造型线上的应用陈巧华图.docx
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模板压实紧实工艺在水平分型脱箱射压造型线上的应用陈巧华图
模板压实紧实工艺在水平分型脱箱射压造型线上的应用
陈巧华,王孟苏
(无锡市华佩机械制造有限公司,江苏无锡214024
摘要:
简要介绍了脱箱造型技术的特点及其发展历史,分析了压板压实对砂型紧实过程的影响,认为该造型工艺存在的主要问题是不能使较高尺寸砂箱的型砂紧实度达到均匀化。
根据“射砂+模板反压”工艺试验获得的工艺参数设计制造了以“射砂+模板反压”工艺为特征的新型水平分型脱箱造型线。
生产应用表明:
该造型线可以用来生产形状复杂、具有深凹和高砂胎的铸型,铸型表面紧实度高且均匀,因而可以获得尺寸精度高、表面质量好且一致性好的铸件。
关键词:
模板压实;水平分型;紧实度
中图分类号:
TG231.6文献标识码:
A文章编号:
1003-8345(201201-0065-08
DOI:
10.3969/j.issn.1003-8345.2012.01.013
ApplicationofPatternPlateSqueezingProcessonHorizontalPartingandFlask-Striped
Shooting-SqueezingMoldingLine
CHENQiao-hua,WANGMeng-su
(WuxiHuapeiMachineBuildingCo.Ltd.,Wuxi214024,China
Abstract:
Thetechnicalfeaturesanddevelopmenthistoryoftheflask-stripedmoldingtechniquewasbrieflyintroduced;theinfluenceofpressingplatepressingonthecompactingprocessofthesandmoldwasanalyzed;themainproblemwithabove-mentionedmoldingprocesswasconsideredasthattheuniformcompactnesscouldn'tbeachievedwhenmoldingwithrelativelyhighflasks.Basedontheprocessparametersobtainedinthe"sandshooting+patternplatereversepressing"processtest,anewtypeofhorizontalpartingandflask-stripedmoldinglinewiththe"sandshooting+patternplatereversepressing"processasitsfeaturewasdesignedandmanufactured.Theproductiveapplicationshowedthatthistypeofmoldinglinecouldbeusedtoproduceshape-complicatedmoldwithdeepconcavecavityandhighcod,andthesurfacecompactnessoftheobtainedmoldwashighanduniformthatmadeitpossibletoobtaincastingswithhighdimensionaccuracy,highsurfacequalityandhighconsistency.
Keywords:
patternplatecompacting;horizontalparting;compactness
目前,中、小铸铁件占铸铁件产量的绝大多数,湿型粘土砂造型仍是生产中小铸铁件最主要的工艺方法。
由于无箱(垂直分型和脱箱造型(水平分型线没有大量的、消耗性的砂箱及众多的辅机,且具有便于自动化、投资少、生产效率高、工作可靠性高等优点,因而在国内外竞相被采用,得到了迅速的发展,成为生产中、小铸铁件的首选造型设备。
1脱箱造型技术的特点及其发展历史回顾
脱箱造型工艺过程就是通过某种造型方法使造好的无砂箱的砂型具有较高的紧实度和强度,能在搬运转送过程中不损坏,更主要的是在浇注时型腔表面能抵抗住高温铁液的冲刷和铁液静压力及膨胀力,不致产生型壁移动或变形而影响铸件的尺寸精度。
要满足上述要求应具备两个基本要素:
一是所用的型砂应具有良好的可紧实性及紧实后具有足够的强度;二是快捷的型砂填充+高压压实。
收稿日期:
2011-03-02修定日期:
2011-10-22
作者简介:
陈巧华(1965.5-,江苏靖江人,毕业于江苏工学院铸造工艺及设备专业,工程师,现主要从事企业管理和经营工作。
装备技术EquipmentTechnology
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2012/1现代铸铁
现代铸铁2012/1
垂直分型无箱造型和水平分型脱箱造型的基本造型方法采用的均是:
射砂填充(预紧实+高压压实;目前这两种造型方法除了在分型面有垂直分型和水平分型之别外,更关键的是在对型砂加压压实的方式上有着根本的区别。
以下对两种不同的加压方式进行一些分析。
1.1
垂直分型无箱挤压造型技术的发展及特点无箱射压造型机是1957年丹麦技术大学VA杰普森教授发明的,1959年获得专利授权,由丹麦迪砂公司进行了设计制造,1960年进行了实验,1964年丹麦迪砂公司开始出售产品,现已广泛应用于世界各国的铸件生产中,其基本造型过程如图1、图2所示。
图1为早期的加压方式,正压板向砂型内压实,分型面及型腔紧实度高而均匀,反压板(旋转后固定不动一面则稍差,砂块越厚则这种差别越大。
图2为改进后的加压方式,双面挤压可以使整个砂型获得均匀的高紧实度。
垂直无箱挤压造型线除了具有结构简单、生产效率高、占地面积小等特点外,与传统造型方法相比,其最大的特点在于采用模板压实砂型的
工艺,使型腔表面紧实度均匀,从而使生产出的铸件尺寸精度高、表面质量好,所以得到了广泛的应用。
1.2
水平分型脱箱造型技术的发展及历史回顾相对于垂直分型无箱造型技术而言,水平分型脱箱造型具有铸造工艺适应范围更广,特别是对于结构形状复杂、
砂芯较多的铸件来说,其下芯更为方便,而且水平分型的工艺为广大铸造工作者所熟悉,因而水平分型脱箱造型技术得到更广泛的应用,成为最有发展前途的造型设备之一。
在美国,水平分型脱箱造型机最早出现在1964年,
以美国亨特自动机公司生产的HMP系列为代表,采用重力加砂、中压压实(近年来已改用高压压实成为美国国内主流的水平分型脱箱造型线之一;与此同时,以美国B&P公司为代表的“顶射(上箱+侧射(下箱”再加压实的水平分型脱箱造型机也得到了迅速的发展,其中该公司生产的TBM系列水平分型脱箱造型机采用上、
下砂箱夹紧模板一同翻转90°,从顶部向旋转后的上、下砂箱内射砂,与水平侧射相比,改善了射砂时型砂分布的均匀性,然后从水平方向分别以压板向模板方向进行压实(见图3,然后再反向翻转90°恢复到水平位置、分型、下芯、脱箱,此种造型技术近年来得到较为广泛的采用。
在欧洲,1974年以联邦德国BMD公司为代表,推出了Formatic系列水平分型脱箱造型机,其加砂方式为“顶射+底射”,然后再以压板进行高压压实,国内也有不少用户购买采用。
日本通过从欧美引进技术,在消化吸收的基础上改进、完善和创新,从上世纪七十年代中后期开始生产水平分型脱箱造型机,得到了快速发
图1反压板摆动固定,正压板运动挤压
Fig.1Fixingbyreversepressingplate,squeezingby
positivepressingplate
射砂压实
图2正、反压板相向挤压
Fig.2
Face-to-facesqueezingbypositivepressingplateandreversepressingplate
图3压板向模板压实
Fig.3
Compactingofpressingplatetowardspatternplate
上砂箱
浇口棒上挤压板
下砂箱
下挤压板
模板
装备技术
EquipmentTechnology
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展,并大力开拓了国际市场。
上述各国生产的水平脱箱造型线,不论是何种加砂方式,都会采用压板从砂型背面向模板(模型分型面方向施压,进行最终的紧实成型,其紧实度分布是从砂型背面向分型面方向递减的,其型腔及分型面紧实度分布不如垂直分型模板压实的合理。
丹麦迪砂公司于1981年将其垂直分型“模板压实”紧砂工艺应用到水平造型机上,采用“真空吸砂+模板压实”的新技术(图4,这是一次重大的技术创新,其砂型紧实度分布均匀,型腔表面硬度可达到90以上,代表产品有DISA-FORMA3030、DISA-FORMA4040两个型号。
上世纪80年代中后期我国有数家企业购买了DISA-FORMA3030(砂型尺寸720×560×130~250/130~250mm造型线,其价格甚巨,但因缺乏配件等原因,目前基本处于停产或半停产状态。
这种造型线虽然没有得到大范围较好的应用,但其采用真空负压吸砂+模板反压紧实工艺的效果却得到了普遍的认同。
我国从上世纪70年代初就开始了水平分型脱箱造型技术的开发研究,如济南铸锻机械研究所、上海机械制造工艺研究所、有关高等院校、保定铸机厂、苏州铸机厂、青岛第二铸机厂等进行了设计研发,仿制各种水平分型脱箱造型机(线,有些曾达到小批量生产,但因种种原因都没有坚持下来,造成目前国内水平分型脱箱造型线市场基本为国外产品所占领。
对此现象,我国铸造业界应该深刻反思!
2模板反压紧实工艺技术在我国的研究与发展
2.1压板压实对造型紧实过程的影响
有实验研究表明,采用平板压头从砂型背面向模板(模型分型面方向压实砂型存在以下问题:
(1用平压头进行压实时,只是在砂型低矮的情况下砂型内各部的紧实度才是比较均匀的;如果砂箱比较高时,只有靠近压头的型砂紧实度是高而均匀的,而靠近模板分型面的型砂紧实度就达不到工艺要求(见图5、图6。
造成这一现象的主要原因是,在压实过程中,由于砂粒与砂箱壁和模型之间的摩擦力、砂粒之间的粘结力、相互啮合产生的压力传递阻滞,导致压力损失,不能达到砂型下部。
这种硬度分布情况对于装有模型的型板分型面及型腔表面紧实度要求显然是不符的,试验表明当深凹比≥0.8时,模型底面靠近分型面处的紧实度就难以得到保证。
(a上、下型同时真空吸入型砂(b模板压入上、下砂箱
图4真空吸砂+模板压实Fig.4Vacuumabsorbingsandandpatternplatecompacting
图5平压头造型试验
Fig.5Trialofmoldingwithflatpressinghead
压头
填砂框
砂箱
模型
模板
H
Bmin
H
图6不同砂箱高度时,砂型内紧实度变化的情况
Fig.6Variationofsandmoldcompactnesswhen
usingflaskwithdifferentheight
1.01.11.21.31.41.5δ
400
360
320
280
240
200
160
120
80
40
H=400mm
H=250mm
H=120mm
砂
箱
高
度/
m
m
紧实度/g·cm-3
装备技术EquipmentTechnology
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(2如图6所示,提高压实比压可以使模板分型面及模型侧面紧实度达到工艺要求,但会造成靠近压板的砂型背面紧实度过高,而使型砂的透气性降低,铸件容易产生气孔,显然不是解决问题的根本办法(见图7
。
(3由图8可见,当砂型中有较高的模型,而且在压头的压缩量相同的情况下,就会造成型腔内紧实度分布很不均匀,这是因为砂型内不同区域的压缩比不同。
模型四周压缩比为h/H,模型顶面的压缩比为h/H-m,
显然h/H-m>h/H,因此模型顶面的型砂紧实度迅速增高,m值越大,紧实度增长越快。
当紧实度增大到一定程度,对压头产生阻抗力,阻碍压头运动,使压力不能向下继续施压时,就造成δ1区域和模板分型面及其附近模型周边的型砂紧实度很低而达不到工艺要求。
这种情况限制了生产尺寸较高的铸件。
从上述分析和实际应用中都可以看出,采用
压板从砂型背面施压压实方法是不够合理的。
2.2模板反压紧实砂型工艺技术的可行性分析
与试验
2.2.1模板压实工艺可行性分析
鉴于采用压板压实造型紧砂过程中存在的问题,考虑如果反过来在压实时压板不动,而是将模板和模型向砂箱内压实(见图9,情况又会是怎样的呢?
由于加压面是模板和模型,这样做的结果是
模板及模型的附近可获得较高而均匀的紧实度,砂型的背面紧实度相对较低、透气性较好,铸件不易产生气孔。
对于较高的模型来说,压实砂型时虽然模型顶面的压缩比要大于模板周边的压缩比,但由于模板和模型是同时运动压入砂型的,在模型顶面压实的同时,模板与模型的四周
也会得到相同的压缩量,只要选择好模型顶面与周边合适的压缩量,就可以保证分型面与模型四周侧面达到工艺要求,只不过模型顶面的紧实度更高一些而已。
2.2.2模板压实工艺试验
为了验证模板反压紧实工艺的效果和获取造型机设计需要的工艺参数,笔者公司与东南大学合作进行了一系列的试验。
试验装置由一台试验机及一组凸形层叠阶梯和凹穴形层叠阶梯两种模样组成(见图10。
试验采用射砂预紧实+模板反压工艺,砂箱尺寸为400×300×180mm,砂型压实后的高度约为135mm。
试验用型砂性能:
湿压强度为0.12~
0.15MPa,
紧实率为35%~37%,含水量3%~3.2%。
试验中观察改变射砂压力、压实比压、压实方式(压板压实或模板反压、模型高度、模型间
图7比压大小对紧实度分布的影响
Fig.7Influenceofspecificpressureoncompactness
distribution
0.9
1.11.31.5
320240160800
砂箱高度/mm
紧实度/g·cm
-3
1
234
5
6
7
1、Pk=1kg/cm22、Pk=2kg/cm23、Pk=3kg/cm24、Pk=4kg/cm2
5、Pk=5kg/cm26、Pk=6kg/cm27、Pk=7kg/cm2(Pk为紧砂比压
图8压实型砂紧实度不均匀性的分析
Fig.8
Analysisofnon-uniformityofcompactedsand
压实前
压实后
hH
m
δ0
δ1
δ2
h—压缩量;H0—压实前砂型高度;H—压实后砂型高度
(H0-h模板模型砂箱脱箱板
hH0
m
δ1
δ1
δ2H
δ1
图9模板压实法示意
Fig.9Sketchofpatternplatecompactingprocess
装备技术
EquipmentTechnology
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距、排气面积大小、增设排气塞效果,以及型砂性能等因素对紧实效果的影响。
通过上述一系列工艺试验,获得了以下重要工艺参数[1],
为新型造型机提供了设计依据。
(1当射砂的主要工艺参数为射砂压力0.2~0.25MPa、紧实率35%~37%、含水量3%~3.2%时,射砂后的平均紧实度为1.2~1.25g/cm3,分型面硬度可达45~50。
(2在上述条件下,当模样深凹比H/B=
1.43~1.49(式中H为模样高度,
B为模样间最小距离,压实比压为0.8MPa时,用模板压实后,
分型面硬度>85,型腔侧壁硬度可达77~82,能满足铸型工艺要求。
(3采用合理增设排气塞,对改善侧射“背影
区”、“深凹吊砂区”预紧实效果明显;在深凹比H/B=1.8的情况下,
采用深凹部加排气塞,再经模板反压压实,侧壁和深凹底部硬度≥80,分型面硬度达到90左右。
3新型水平脱箱造型机的工作原理
“射砂+模板反压”
[2]
在工艺试验获取的工艺参数基础上设计制造了新型水平脱箱造型机(图11,其工作过程如下:
(a模板进入,同时推出上一循环造好的砂型。
(b模板框与下砂箱同时上升,并由上下限位机构对模板框与上下砂箱之间进行限位,使模板框与上下砂箱之间保持所需的砂型压缩量,此时模板框分别进入上、
下砂箱内一小段,使模板框与上下砂箱之间形成封闭的空间。
(c上、下射砂机构分别向上、下砂箱内射
图10层叠阶梯试验模块
Fig.10
Test-usedlayer-builtsteppattern
300
116射砂方向
400
AA
B
B
12040
120
90
9030
30
300A
CD
E
F
B
A-A
B-B
图11新型脱箱造型机工作原理图
Fig.11Drawingsshowingworkingprincipleofnewtypeflask-stripedmoldingmachine
上箱压实行程A
(a下箱压实行程
B
(b(c(d(e
(f(g(h(i
装备技术
EquipmentTechnology
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装备技术EquipmentTechnology砂。
(d)模板框(装有上模板和下模板)———先将模板框压入上砂箱压实上砂型,并保持模板框位置不动,然后下砂箱上升压向装有下模板的模板框压实下砂型。
(e)脱模———模板框与下砂箱同时向下回落,先上箱脱模,然后模板框停止下落,下砂箱继续下落,实现下箱脱模。
(f)模板框退出,下砂箱B(上一循环已完成下芯的砂型)穿梭进入合箱造型工位,砂箱A穿梭出机外下芯。
(g)下砂箱B上升合型,下砂箱A可继续下芯。
(h)上砂箱脱箱。
(i)下砂箱B下降,同时脱出合型后的上下砂型。
然后转至下一个循环。
形安装在下模板上;同时在上型板深凹的吊砂腔底部和下模板凸出的模样背后,型砂不易射到的“背影区”的模板分型面上,都可以方便地安装适“气砂流”通过这些排气当数量的排气塞,高速的塞的“排气引导”作用,将型砂“引导”到模样的“背影区”和“深凹腔”部位,高速气流通过排气塞“模板框”的空腔,从“模板框”侧迅速通畅地经过面的孔排入大气,被“引导”来的型砂就可以较好“背影区”或模型上的“深凹”部位,从而改地填充提高了这些区域型砂的填充效果,获得较高善、的预紧实度(见图12a)。
试验证明当深凹比为增设排气塞后再经模板反压压实,比不设1.8时,排气塞其硬度可提高5~8单位,最终硬度可达到80单位左右。
与通常的压板从砂型的背面向型板分型面压实不同,所谓模板反压就是在压实时压板保持不动,而模板和其上的模样向砂箱内压入(见图)。
这样在射砂预紧实的基础上,由于施压面12b是模板和其上的模样,因而模样附近的型腔和分型面就可以获得高而均匀的紧实度。
飞轮壳铸型上型吊砂底面的硬度≥85,上型分型面硬度达到下型分型面硬度87~90,底部由于压缩比92~94,较高,硬度≥94,铸出的铸件尺寸精确、表面光洁。
还应提出的是,由于上型凹腔底部均布排气塞,不仅使凹腔部分的型砂预紧实效果良好,而且在起模时,由于大气通过排气塞及时填充吊砂起模后的空腔,避免了由于吊砂与凹腔底部在起“真空”使吊砂起模困难以致断模过程中形成的裂的问题,在造型过程中吊砂都能很顺利地吊出)。
(型砂湿压强度应≥1.2kg/cm24射砂预紧实+模板反压紧实机理及其效果射砂预紧实+模板反压紧实机理如图12所示。
以柴油机飞轮壳为例,“射砂+模板反压”造下射型工艺的特点可以分析如下:
首先通过上、砂机构分别向上、下砂箱内射入型砂,两个射砂机构是独立的,可以根据上、下模型的特点,通过调节上、下射砂机构不同的射砂压力和射砂时间,分别使上、下砂型得到预期的砂型预紧实效下模果;由于采用模板反压工艺结构的需要,上、型是用两块单面模板通过定位销精确地安装在一个箱形的“模板框”内,飞轮壳上型的凹腔可以方便地凹入“模板框”内形成吊砂,而飞轮壳的外模板反压压实上压板上砂箱模板框上压板上砂须不动模板向上运动压实上上砂箱内的砂型下排气塞下砂箱下压板(a)下压板(b)模板压实上砂型后保持不动,下砂箱向上运动,下砂箱内型砂被模板反压压实。
上下脱箱、合型后图12射砂预紧实+模板反压紧实机理Fig.12Mechanismofsandshootingpre-compaction+patternplatereversepressingcompaction70现代铸铁2012/1
EquipmentTechnology装备技术总结上述分析,气流射砂预紧实+模板反压紧实工艺有以下优点:
)铸型型腔表面紧实度高且均匀,能更好(1“膨胀力”,尤其对在凝固过程地承受浇注铁液的产生石墨化膨胀的球墨铸铁件而言,有利于防止产生内部缩孔、缩松。
(2)生产的铸件尺寸精度高、表面质量好且一致性好。
(3)与采用传统紧实工艺方法相比,可以生产形状更为复杂、具有高深吊砂或砂胎的铸件,应用面更为广泛。
(4)分型面及型腔紧实度高,并逐步向砂型背面递减,与传统的压板压实相比铸
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