軋輥磨床類床身的工藝工裝優(yōu)化

馬麗飛，向新強(qiáng)

(貴陽(yáng)險(xiǎn)峰機(jī)床有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州 貴陽(yáng) 550003)

對(duì)于軋輥磨床，床身是機(jī)床的基本部件，床身的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，因此對(duì)鑄造生產(chǎn)和鑄件的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，即要以較少的能耗，較低的造型、造芯和清理的工作量，滿足生態(tài)環(huán)境污染排放的要求，更要生產(chǎn)出表面和內(nèi)部質(zhì)量好、尺寸精度高的優(yōu)質(zhì)鑄件。

1 原粘土砂床身鑄造工藝分析

原有床身工藝是劈模造型即組芯造型，如工藝示意圖1：由配箱平板、立壁甲和立壁乙、蓋箱和相應(yīng)的底板坭芯、側(cè)立壁坭芯、肚內(nèi)坭芯等配箱拼裝而成。從圖中可以看出立壁甲乙均為搗砂立壁，其分劈線與配箱平板的子口平齊，位置是固定不變的，側(cè)立壁坭芯厚度尺寸E也隨床身寬度尺寸F變化，床身寬度尺寸越大側(cè)立壁坭芯厚度E越小，反之厚度E越大；原粘土砂工藝時(shí)為了保證砂型的強(qiáng)度，立壁的高度尺寸H設(shè)計(jì)得較大，底板坭芯高度h2較大。由于側(cè)立壁坭芯厚度E和底板坭芯高度h2較大，造成坭芯的用砂量大。并且由于原床身工藝參數(shù)不一樣，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的工裝的規(guī)格種類較多且缺乏通用性。

圖1 工藝示意圖1

根據(jù)原粘土砂工藝分析，原工藝存在下列不足：1)底板坭芯的高度h2和側(cè)立壁坭芯的厚度E過(guò)大，造成坭芯用砂量過(guò)大；2)立壁乙為搗砂立壁只能使用一次；3)床身的加工余量偏大；4)原工裝品種過(guò)多，通用性差。為了保證床身質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)效率和便于生產(chǎn)管理，必須把床身粘土砂工藝進(jìn)行工藝優(yōu)化，轉(zhuǎn)換成樹脂砂工藝。減少吃砂量，降低砂鐵比，減少鑄件的加工余量，達(dá)到節(jié)約金屬材料和機(jī)加工工時(shí)的目的。工裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)將立壁乙面設(shè)計(jì)為不搗砂立壁，減少工裝的使用種類，提高通用性，減少樹脂砂用量。

2 鑄造工藝改進(jìn)

2.1 床身樹脂砂工藝參數(shù)的確定

2.1.1 收縮率

樹脂砂具有強(qiáng)度好、變形小、潰散性好等因素，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明其收縮率要比粘土砂大，一般為1.0%～1.2%，床身的工藝采用1.0%，但床身的肚內(nèi)坭芯在配箱時(shí)容易產(chǎn)生累計(jì)誤差，其在床身長(zhǎng)度方向的收縮率定為0.5%，這樣能保證配箱后的壁厚均勻滿足圖紙要求。

2.1.2 膨脹負(fù)數(shù)，分型負(fù)數(shù)，加工余量

粘土砂造型時(shí)坭芯在摏制和烘烤過(guò)程中四周都要脹大，膨脹會(huì)造成坭芯尺寸增大而使鑄件壁厚減薄，為了保證鑄件壁厚不變?cè)谛竞兄谱鲿r(shí)將增大的尺寸減去，此減去的尺寸為膨脹負(fù)數(shù)。樹脂砂生產(chǎn)后根據(jù)其特點(diǎn)是強(qiáng)度好、變形小，制作坭芯時(shí)芯盒不會(huì)漲箱，對(duì)樹脂砂而言應(yīng)取消坭芯的膨脹負(fù)數(shù)。

粘土砂時(shí)床身蓋箱面的加工余量為20 mm并且未設(shè)置分型負(fù)數(shù)，因?yàn)樵煨秃婵旧w箱后產(chǎn)生膨脹和變形，造成分型面不平整，澆注出來(lái)的床身也不平整，鑄件生產(chǎn)出來(lái)后加工余量達(dá)到30 mm左右，造成金屬和加工浪費(fèi)大。 樹脂砂鑄件尺寸精度較粘土砂時(shí)提高2～3級(jí)，因此可以減少加工余量，一般比粘土砂木模減少20%～50%，床身新工藝增加分型負(fù)數(shù)，床身蓋箱面的加工余量改為10 mm，兩側(cè)加工余量由16 mm改為10 mm。

2.1.3 澆注系統(tǒng)設(shè)置

由文獻(xiàn)[1]可知高溫下樹脂砂砂型、砂芯易潰散，耐鐵液沖刷的性能差，且型(芯)發(fā)氣量大，澆注時(shí)貫徹平穩(wěn)、大流量、連續(xù)不斷、嚴(yán)格擋渣。澆注系統(tǒng)設(shè)置時(shí)應(yīng)遵循“快速澆注、平穩(wěn)充型、排氣通暢”的原則，才能保證金屬液體平穩(wěn)、連續(xù)不斷充滿型腔，并能阻止熔渣和氣體卷入型腔，從而避免鑄件產(chǎn)生氣孔、渣孔等缺陷。床身工藝的澆注都是從兩端進(jìn)水，采用半封閉式：∑F直∶∑F橫∶∑F內(nèi)=(1.15～1.2)∶(1.2～1.4)∶1；為避免高溫鐵水長(zhǎng)期沖刷澆道產(chǎn)生砂孔等缺陷，采用陶瓷管替代床身兩端悶頭芯盒內(nèi)的澆口坭芯，直接用陶管預(yù)埋后造型，方便造型，防止砂孔等缺陷產(chǎn)生。

2.1.4 反變形量(彎水)

鑄造床身時(shí)，由于冷卻速度不均勻，冷卻后常出現(xiàn)變形，所以在制作模型時(shí)，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向做出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形量被反變形量抵消，這種在模樣上做出的反變形量稱作彎水。由于樹脂砂具有良好的透氣性和高溫澆注后的潰散性，其反變形量應(yīng)比粘土砂時(shí)小，一般按1.0%～1.5%取值。

2.2 工裝改進(jìn)

2.2.1 軋輥磨床的床身分為工件和砂輪床身，原工藝立壁乙面的分劈線都是一致的。工件床身是有床頭的，床頭的寬度尺寸比床尾的大(如工藝示意圖2)，樹脂砂新工藝后工件床身的分壁線除床頭立壁乙1不變外，床尾按示意圖2的E2改進(jìn)，減少側(cè)立壁坭芯的厚度，床尾的設(shè)計(jì)為不搗砂立壁；砂輪床身立壁乙面全部按不搗砂立壁設(shè)計(jì)。

圖2 工藝示意圖2

2.2.2 立壁設(shè)計(jì)。根據(jù)床身的高度尺寸，在保證底板坭芯砂型有足夠的強(qiáng)度下，其底板高度尺寸h2的吃砂量控制在150～200 mm左右。綜合以上因素，立壁甲、乙兩面新工裝的尺寸H優(yōu)化新設(shè)計(jì)880 mm和730 mm兩種，保留規(guī)格910 mm的立壁甲工裝，甲面立壁厚度尺寸均設(shè)計(jì)為300 mm(見工藝示意圖1)。對(duì)于高度h1在500 mm(含500 mm)以下的用730 mm的立壁，高度500～680 mm的用880 mm的立壁，高度680 mm以上的立壁甲用910 mm的，立壁乙用880 mm的，將平板用30 mm高止口墊平即可。

2.2.3 根據(jù)鑄造手冊(cè)[2]立壁砂箱采用整鑄式，材質(zhì)HT250，設(shè)計(jì)的原則首先應(yīng)滿足鑄件工藝流程中生產(chǎn)要求，具備造型、定位、合型、搬運(yùn)等功能結(jié)構(gòu)；在具有足夠強(qiáng)度、剛度、方便使用的條件下，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單；其設(shè)計(jì)時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化設(shè)計(jì)，參照粘土砂時(shí)的砂箱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。立壁甲的結(jié)構(gòu)如圖3，這時(shí)端頭的立壁另一側(cè)與之方向相反，中段的立壁設(shè)計(jì)時(shí)不要設(shè)計(jì)箱耳，形狀按Q-Q剖視圖設(shè)計(jì)，不要右端的“200”尺寸形狀，箱檔的間距放大50～80 mm即可。

圖3 立壁甲

2.2.4 立壁乙面的工裝根據(jù)床身的脂砂新工藝要求重新設(shè)計(jì)，除了工件床身系列立壁乙1設(shè)計(jì)為搗砂立壁外其余全部按不搗砂立壁設(shè)計(jì)，取代了原來(lái)的立壁乙面搗砂立壁，可以不需造型就可以直接重復(fù)使用。結(jié)構(gòu)在保證強(qiáng)度、剛度的條件下，采用框架形式，四周外框壁厚為40～50 mm，中間筋板壁厚為40 mm，因?yàn)樵摿⒈诓恍柙煨停畎寮皟?nèi)壁不需要設(shè)計(jì)斜度，箱帶布置采用“井”字型，在兩端頭靠鐵平悶頭處的立壁設(shè)計(jì)鎖箱的箱耳，中段立壁不設(shè)計(jì)箱耳，在分型面設(shè)計(jì)4個(gè)方孔為配箱起吊孔。根據(jù)工藝示意圖2工件床身樹脂砂工藝立壁乙1與乙2之間分劈線不是一個(gè)平面，將立壁之間的連接孔設(shè)計(jì)為腰圓孔以便于配箱立壁不同面時(shí)也可以移位將立壁鎖緊。

2.2.5 前面立壁的寬度尺寸已經(jīng)確定為880 mm和730 mm兩種，根據(jù)床身新工藝要求立壁乙的厚度尺寸按示意圖4的M-M所示位置1、2、3設(shè)計(jì)，每一檔間距是100 mm，立壁乙880工藝要求按位置2設(shè)計(jì)其厚度尺寸是平板的止口寬度300 mm加100 mm即厚度是400 mm； 立壁乙730工藝要求按位置3設(shè)計(jì)其厚度尺寸是平板的止口寬度300 mm加200 mm即厚度是500 mm；因此優(yōu)化后為880 mm×400 mm和730 mm×500 mm兩種，長(zhǎng)度尺寸按3 m、2 m、1 m設(shè)計(jì)。

圖4 配箱示意圖

2.2.6 靠底面設(shè)計(jì)一條“A×30” 的缺口，此缺口的作用是生產(chǎn)寬度尺寸較小的床身時(shí)立壁乙可以向平板中心移動(dòng)(圖3)，而不受配箱平板止口的限制，以便于減少側(cè)立壁坭芯的厚度E尺寸。優(yōu)化床身工藝后規(guī)定立壁乙向配箱平板中心移動(dòng)距離按“100 mm”“200 mm”兩個(gè)檔設(shè)計(jì)。高度730 mm尺寸“A”設(shè)計(jì)為“220 mm”，可保證立壁乙向平板中心移動(dòng)的最大距離為200 mm，可以生產(chǎn)三種不同規(guī)格的床身(見床身配箱示意圖4的位置1、2、3處)；高度880 mm規(guī)格的立壁乙尺寸“A”設(shè)計(jì)為“120 mm”，其移動(dòng)距離為100 mm，可以生產(chǎn)兩種不同規(guī)格的床身。

2.2.7 配箱時(shí)必須保證配箱平板的箱耳與蓋箱的箱耳尺寸位置一致，保證螺桿能將蓋箱鎖緊在配箱平板上。當(dāng)立壁乙處于位置2或3時(shí)，為了防止立壁乙配箱超出配箱平板時(shí)不影響蓋箱鎖箱，因此在立壁乙靠外側(cè)必須按配箱平板的箱耳位置尺寸要求設(shè)計(jì)缺口，即圖5中的“500 mm×200 mm”，以保證配箱時(shí)蓋箱同配箱平板螺桿連接不被擋住。這種新設(shè)計(jì)的可移動(dòng)不搗砂立壁乙完全能滿足生產(chǎn)多種寬度規(guī)格的床身，并且取代原來(lái)的搗砂立壁，造型時(shí)不用搗砂可以重復(fù)使用，這樣不僅節(jié)約了樹脂砂用量還可以降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率(圖3和圖4)。

圖5 不搗砂立壁乙

2.2.8 綜合上述，床身的工裝種類優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)格為：立壁甲面規(guī)格定為L(zhǎng)×880 mm×300 mm、L×730 mm×300 mm兩種，保留原來(lái)的L×910 mm×300 mm的規(guī)格；立壁乙面立壁規(guī)格定為L(zhǎng)×880 mm×400 mm、L×730 mm×500 mm兩種，其中長(zhǎng)度L按1 m、2 m、3 m設(shè)計(jì)。原來(lái)寬度為“910 mm”的立壁生產(chǎn)床身時(shí)可以與規(guī)格“880 mm”的立壁乙配套使用，配箱時(shí)只要將其底面30 mm厚缺口和配箱平板的止口用30 mm厚的鐵板墊平，就能與其配套使用，從而達(dá)到工裝通用的目的。

3 應(yīng)用效果

軋輥磨床床身工藝及工裝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)后具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)工藝改進(jìn)和新工裝投產(chǎn)后能滿足軋輥磨床各類床身生產(chǎn)的工藝要求，生產(chǎn)出來(lái)的軋輥磨床類床身的外觀質(zhì)量要比原粘土砂時(shí)尺寸精度提高2～3級(jí)，表面粗糙度提高1～2級(jí)，很好的保證了軋輥磨床床身的鑄造質(zhì)量和品質(zhì)。

2)靠側(cè)立壁乙面用可以移動(dòng)的不填砂立壁，減少側(cè)立壁坭芯厚度E和底板坭芯高度h后，平均每臺(tái)床身可節(jié)約8 t樹脂砂的用量，大大降低了生產(chǎn)成本。

3)使用新設(shè)計(jì)的工裝規(guī)范和減少了工裝的使用種類，提高了工裝的通用性，減少吃砂量，降低砂鐵比，提高了生產(chǎn)效率。