搖枕制芯工藝及下芯工藝改進

王小娟

（寧波全力機械有限公司，浙江寧波 315712）

某公司生產(chǎn)的搖枕為出口產(chǎn)品，采用“B+”級鋼鑄造，它是鐵路貨車最關(guān)鍵的零部件之一，其質(zhì)量好壞直接影響到行車安全。一個好的鑄造工藝對保證產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，而好的工藝裝備是好的工藝實現(xiàn)的前提。

在傳統(tǒng)鑄造工藝中，搖枕的斜楔芯是分成4個單獨的砂芯（圖1）。此工藝的砂芯自由度大，雖然在制芯和下芯時方便，但由于砂芯芯頭與外模芯座有間隙，在下芯時偏移方向隨機性較大，斜楔中心距和同端兩側(cè)斜楔對縱向中心平面對稱度控制有難度，即便是采用下芯樣板來控制也會有操作誤差，而且彈簧面是由外模制出，會造成彈簧面變形。采用改進后的工藝（圖2），同端兩側(cè)斜楔芯連為一體，形成一個局部整體芯，下芯時兩側(cè)斜楔同步性好，斜楔的相對位置精度不需要用樣板來控制，而是靠芯盒制作精度來控制，并且彈簧面由砂芯制出，保證了彈簧面不變形。更為重要的是此搖枕下部彈簧面與斜面交接的圓弧段為重要部位，不允許因為有缺陷而修補，制芯時可以通過各種方式來解決此處的缺陷。改進后的工藝，由于砂芯體積和質(zhì)量都比較大，制芯和下芯都不便，為此我們設(shè)計了翻轉(zhuǎn)和下芯吊具（圖 3）。

圖1 傳統(tǒng)鑄造工藝

圖2 改進后的工藝

圖3 翻轉(zhuǎn)和下芯吊具

此套斜楔芯冷芯盒是在Z8480B射芯機上一次成型的，模具由上下芯盒、前后左右抽塊組成。采用油缸抽芯，管路接口必須密封，油路線一目了然，前后一路，左右一路。在型腔內(nèi)合理布置射嘴孔、上下頂桿孔及排氣塞。此套工裝目前在該公司使用效果較好，運用此套工裝制作的砂芯及下芯精度達到工藝設(shè)計要求，尺寸控制較好。

搖枕均為箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔多筋板，且側(cè)面有工藝孔。傳統(tǒng)工藝內(nèi)腔砂芯一般由多段、多層、多個砂芯組成，下芯過程中和下芯后，砂芯起吊不平穩(wěn)，下芯難到位，且調(diào)整困難，使砂芯之間接合處產(chǎn)生錯位、披縫、氣孔等鑄造缺陷，使工人清砂困難，內(nèi)腔夾砂無法清除，增強了工人的勞動難度，工作效率低，影響鑄件的質(zhì)量。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)客戶要求設(shè)計制造出搖枕內(nèi)腔砂芯整體射芯模具，且將側(cè)工藝孔補砂芯與整體芯相連，可以實現(xiàn)鑄件關(guān)鍵部位（搖枕的A、B部位）內(nèi)腔砂芯無分段，及擴展區(qū)域的形狀完整，避免在搖枕關(guān)鍵部位因砂芯分段而出現(xiàn)披縫、臺階等缺陷；利用自帶的側(cè)面補砂芯支撐整體芯，實現(xiàn)了搖枕無芯撐生產(chǎn)。這種模具為一體式射芯盒模具，模具由上下芯盒、射砂和頂芯機構(gòu)組成，制作模具時合理布置射砂嘴、上下頂芯桿及排氣塞，在必要位置加上成型冷鐵及圓鋼冷鐵，在芯盒內(nèi)腔布置間距為40mm～60mm的冷卻工藝薄筋，使砂芯一次成型且完好無損，有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量，無需多套模具的組合，使生產(chǎn)出的鑄件內(nèi)腔光滑、平整、無缺陷，有效地避免了因砂芯間多肉、大面積裂縫引發(fā)的裂紋傾向，尺寸均勻準確，便于清理，同時提高了砂芯的強度和模具的使用壽命，使用壽命達六萬次左右。

雖然消除了分芯帶來的質(zhì)量隱患，但由于整體芯輪廓尺寸較大，下芯時不易保證砂芯平衡，在下芯時，如果不是所有芯頭同時下入砂型，很容易產(chǎn)生砂芯與芯頭間、砂芯與砂型間的磕碰，導(dǎo)致鑄件內(nèi)外表面夾砂等缺陷，不利于提高鑄件的表面質(zhì)量。同時由于芯頭存在間隙，也會導(dǎo)致砂芯偏向某一側(cè)造成鑄件壁厚不均，從而影響鑄件的尺寸精度。為此我們利用三維軟件計算出砂芯的重心，設(shè)計出搖枕整體芯手工下芯的吊具，同時預(yù)留了機器手下芯時所用的夾持面。經(jīng)過在生產(chǎn)現(xiàn)場實際使用，手工下芯吊具能夠?qū)崿F(xiàn)砂芯吊運的平穩(wěn)和下芯安全。

中間段整體芯和吊具如圖4。

圖4 整體芯和吊具

手工下芯吊具雖然能滿足砂芯吊運和下芯，但效率較低，下芯精度要受到人為因素的影響。因此，為提高生產(chǎn)效率和下芯精度，搖枕整體芯采用機械手下芯工藝，我們聯(lián)合機器人公司對整體芯夾持面進行合理設(shè)計，在保證整體芯脫模順利的前提下，減少夾持面的角度，實現(xiàn)機械手夾持和打開順暢。同時，為保證機器人夾持定位準確，在砂型和整體芯砂上分別設(shè)置了機器人掃描孔，進行識別和定位。由于機器人系統(tǒng)定位精度高，砂芯自動抓取平穩(wěn)，整個動作依次結(jié)束，下芯準確可靠且無人工干預(yù)，具有工藝尺寸穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量好的特點，大大地提升了搖枕制造技術(shù)水平，還進一步提高了搖枕生產(chǎn)效率，保證了客戶的需求量，對強化產(chǎn)品質(zhì)量，更好地保證行車安全具有積極作用；同時對提高工序的自動化程度，降低勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境起到良好的作用，深受工人們歡迎。

圖5 機器人夾具夾持整體芯

目前，該工藝已經(jīng)能夠滿足該產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)出的鑄件尺寸符合圖紙要求，并且通過了動、靜載荷試驗等，各種檢測結(jié)果均符合產(chǎn)品技術(shù)條件及達到各相關(guān)標準的要求，得到了國外客戶的肯定，從而為下步的批量生產(chǎn)做好了技術(shù)和工裝準備。

[1]王志剛.鑄鋼件搖枕側(cè)架整體芯下芯工藝實踐[J].鑄造技術(shù)，2010(8)：61～64.

[2]劉勝田.整體芯技術(shù)應(yīng)用于鐵路貨車搖枕的工藝研究[J].金屬加工：熱加工，2008(15)：15～19.

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