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）

隨著我國鑄造行業的快速發展，冷芯技術以其固化快、強度高、自動化程度高等優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[1]。目前，不少機型均含有獨立射砂筒（又稱：射筒內襯），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 結構簡介

射砂單元分為送砂機構和射砂機構兩部分，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內連續可調；射砂板被真空吸附在射頭下平面并配有氣動保險銷機構；射腔內裝有特制的玻璃鋼襯筒，輕巧結實以便于清理；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）篩網粘堵：射砂筒上的篩網（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，容易粘附在網孔上堵塞氣路，影響生產；

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

3）影響質量：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，影響砂芯質量，甚至直接產生廢芯；

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，都會引起系統故障報警；另外，氣動蝶閥（圖1中7）也容易出現開閉不到位，反饋信號異常而引起系統報故障停機；

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，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：4000/套，進口：1萬元 /套）；

6）工作狀態不穩：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，使用性能不穩且不易檢修。

2 射砂單元的優化與應用

通過對存在問題的分析研究制定了相應的改造措施。

2.1 加砂蝶閥的優化及應用

通過查詢國外相關管道閥門系列產品，了解到有一種稱之為“膨脹蝶閥”的產品，其執行器結構外觀與國內普通蝶閥一樣，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，對現有國產普通氣動蝶閥進行改造。

2.1.1 改造方案[2-3]

在閥體內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 改造的優點

由于閥體內側加工有槽，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 新射砂機構優化與應用

2.2.1 改進措施研究

在對射砂單元的射砂結構經過現場查看測量后，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，又能避免射砂網被砂粘結。

新設計的射砂機構[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，排氣口和射砂網均實現了位置上移，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，所以大大降低生產成本。

圖4 新射砂機構結構剖面圖

提高設備產能：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品，改造后一次成型。

降低故障率：改造后的膨脹蝶閥的狀態信號穩定，同時又不需要了射砂筒鎖緊感應，系統故障報警次數大大減小。

便于操作和維護：由于射腔排氣閥和射砂網均移至上部，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 射砂機構改造現場對比圖

2.2.4 效果對比

經過半年的現場使用，新改進的射砂單元加砂機構與射砂機構具備良好的穩定性及密封性能，半年內未發現密封不嚴、跑砂、結構磨損等問題，性價比遠遠高于原結構，新舊結構性能對照見表1.

表1 射砂單元新舊結構性能實驗對照表

5 小 結

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

經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，還節約了生產成本、提高了生產效率，降低了操作和維護難度。

［1］李文珍.現代造型制芯技術研究與發展趨勢［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.