盒內擠壓鎖芯成型工藝研究及工裝設計

孫寶君，王金朋

（1.中國北車齊軌裝備有限責任公司熱工藝部，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）

為了進一步提高新造貨車轉向架搖枕和側架的可靠性，實現鐵道部運輸局裝備部提出的“提高搖枕、側架制造工藝水平”的攻關目標，我公司根據運裝貨車 [2006]10號、[2006]400號、[2007]100號文件的要求，于2006年5月開始開發研制適用于搖枕、側架的整體芯生產工藝，目標是將原工藝中搖枕、側架內腔分別由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、側架內腔重要部位存在的披縫、臺階等缺陷，進一步提高搖枕、側架可靠性，使行車安全得到更好的保障。

根據以上內容，我公司于2006年8月開始了搖枕、側架整體芯的可行性研究工作，并制定了多種手工芯盒進行芯砂工藝和整體芯工藝的試驗研究。先后進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；同時進行了上平面壓實工藝、上下兩片組芯工藝、盒內擠壓鎖芯成型工藝等制芯工藝方案試驗，通過反復研討論證，結合產品質量、生產效率以及成本等綜合影響因素，最終搖枕、側架整體芯均采用盒內擠壓鎖芯成型工藝。在此基礎上，又進行了適用于生產線的工藝流程方案研究及專用生產線工藝裝備的設計及制造。用制芯線完成盒內擠壓鎖芯成型工藝已于2007年5月20日成功應用于K 6搖枕、側架整體芯的生產中，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 盒內擠壓鎖芯成型工藝流程研究

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

1.1 盒內擠壓鎖芯成型工藝的基本原理[1]

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

圖1 盒內擠壓鎖芯成型工藝原理圖

1.2 盒內擠壓鎖芯成型工藝的生產工藝流程[1]

盒內擠壓鎖芯成型工藝生產工藝流程如圖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，然后啟動混砂機向上半芯盒內填砂。

圖2 搖枕、側架盒內擠壓鎖芯成型工藝流程圖

步驟S 02，等待在上半芯盒內的芯砂硬化。

步驟S 03，判斷上半芯盒內的芯砂是否硬化達到工作需要；若是，則進入步驟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至合芯機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，然后啟動混砂機向下半芯盒填砂。該步驟與步驟S 04同時進行。

步驟S 06，將裝滿芯砂的上半芯盒采用合芯機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芯砂的水玻璃黏結劑的粘性，通過擠壓、鎖芯銷的鎖緊作用，與上半芯盒內的芯砂相粘合，實現了上、下兩半芯盒內芯砂的自粘合。如果下半芯盒內的芯砂硬化，則不能完成。這樣則避免砂芯出現披縫，并且無需粘合芯段和打磨，提高了生產效率。

步驟S 07，取下上半芯盒。

步驟S 08，等待在下半芯盒內的芯砂硬化。

步驟S 09，判斷下半芯盒內的芯砂是否硬化達到工作需要；若是，則進入步驟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 盒內擠壓鎖芯成型工藝專用制芯線及工藝裝備

將盒內擠壓鎖芯成型工藝應用于實際生產，還需要繼續進行開發設計與之配套的專用生產線和工藝裝備，來完成工藝流程每一步驟中的各項工作，結合產品質量、生產效率、及方便操作等因素，所設計的制芯線主要分為填砂工位、翻轉合芯工位、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.在正常的生產節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，繼續進行上芯盒填砂如圖3，完成下一輪上芯盒冷芯鐵擺放及填砂。從而實現上芯盒夾緊、翻轉與下芯盒填砂同時進行；合芯與上芯盒活塊起模及歸位同時進行。

圖3 上芯盒填砂

圖4 下芯盒填砂

1）設備功能

1臺15 t連續式混砂機，運轉輥道。功能要求為混砂機原砂及液料定量準確并可隨天氣溫度和濕度調節，來控制芯砂的硬化時間；運轉輥道運行平穩，對工裝及砂芯無沖擊。

2）工裝設計

搖枕、側架芯盒設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 翻轉合芯工位

在翻轉合芯工位依次利用翻轉合芯機完成上芯盒夾緊、起升、翻轉、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移動兩個輥道位，進行上芯盒起活塊，并組合至上芯盒，進行下一輪上芯盒填砂。

圖5 翻轉合芯

1）設備功能

1臺翻轉合芯機，浮動輥道。功能要求為翻轉合芯機能夠實現橫向及縱向定位，起升、移動、翻轉運行平穩。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）工裝設計

整體芯芯盒設計時為起模方便上芯盒采用芯盒外框脫落式結構，以方便砂芯及活塊翻轉后整體脫出；在上芯盒兩端設置翻轉夾持孔和定位銷孔，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，芯盒外框采用Q T 400-15材質。芯盒設計見圖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。在下一輥道位進行冷芯鐵擺放。

圖7 起芯

圖8 起活塊

1）設備功能

利用2臺單梁吊分別進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實現起模和吊運時節奏變換，利于砂芯的平穩起模。

2）工裝設計

整體芯下芯盒設計時采用芯盒外框抬出式結構，利于整體砂芯起模和吊運；側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，芯盒外框采用Q T 400-15材質，芯盒設計見圖9.

搖枕、側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軟接觸，壓力可通過調壓閥門隨時調節，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30°，進行底面刷涂料?；匚缓笤趯Ｓ秒S型托芯板上定位安放，進行上面、側面刷涂料，進入烘干工位如圖11。

1）設備功能

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窯輥道，能夠雙向運行；下層輥道為芯板返回輥道。

2）工裝設計

隨型托芯板利用彈簧支撐座對整體芯懸臂部位進行支撐，彈簧選擇壓力為搖枕16 kg，側架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運行情況進行了工藝驗收，整體運行情況良好，其中翻轉合芯機運行平穩，合芯情況良好；浮動平臺、運轉小車、輥道運轉順暢，定位夾緊裝置符合要求；自動運轉程序設計合理，能夠保證工藝流程的順利完成，符合工藝要求。

工裝制作完成后進行了投產驗證，經對產品劃線、解剖以及樣板檢查，產品各部尺寸合格，工裝合格，符合安全生產要求，可投入批量生產。吊具設計結構合理，使用效果良好，經強度校核符合安全生產要求。

3 結論

盒內擠壓鎖芯成型工藝流程及其制芯線和工裝設計合理，經生產驗證能夠滿足工藝要求和生產使用要求。砂芯質量穩定、裝備運行平穩，生產效率高，已達到每月500輛份搖枕、側架整體芯的生產能力。生產的K 6搖枕、側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.盒內擠壓鎖芯成型工藝［J］.鑄造設備與工藝，2010（6）：21-24.