摘 要：在采用GF連續式拋丸機清理和去除曲軸、凸輪軸等鑄件表面黏附的砂子和鐵銹的過(guò)程中，卡件和堵件問(wèn)題是高頻率發(fā)生問(wèn)題，嚴重影響著(zhù)生產(chǎn)效率并存在安全隱患。本文通過(guò)研究拋丸機和小件分件機結構原理，優(yōu)化和改進(jìn)鑄件排氣系統和澆注系統等結構有效地改善了拋丸機堵件和卡件問(wèn)題，可為國內同行提供借鑒。 　　我公司采用兩箱濕砂型大批量鑄造的方式生產(chǎn)曲軸、凸輪軸等汽車(chē)鑄造零部件產(chǎn)品，后續清理工位采用 GF 連續通過(guò)式拋丸機將鑄件表面黏附的砂子或鐵銹清除干凈，并在拋丸機前面工位設置分件機分離鑄件和澆注系統。連續通過(guò)式拋丸機的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，清理小型鑄件表面干凈徹底，缺點(diǎn)是由于其結構的原因，易造成堵件、卡件問(wèn)題。 　　近兩年，隨著(zhù)公司曲軸和凸輪軸等小件產(chǎn)品產(chǎn)量的激增，鑄造車(chē)間設備老化磨損嚴重，連續式拋丸機卡件和堵件問(wèn)題頻繁發(fā)生，停機時(shí)間長(cháng)達40min~1 h不等，嚴重影響了生產(chǎn)效率，一旦發(fā)生卡件和堵件問(wèn)題，人員需要進(jìn)入拋丸機排查和清除存在安全隱患，問(wèn)題亟待解決。 　　1、連續通過(guò)式拋丸機和曲軸凸輪軸分件機結構及原理圖： 　　圖 1 為我廠(chǎng)小件線(xiàn)的工藝流程簡(jiǎn)圖。 　　圖1 小件造型線(xiàn)工藝流程簡(jiǎn)圖
　　圖 2 是我公司小件清理主要設備和工具。 　　圖2 小件清理線(xiàn)主要設備和工具 　　1.1、小件清理線(xiàn) GF 連續通過(guò)式拋丸機結構及原理圖： 　　1.1.1、連續通過(guò)式的結構： 　　采用型號為 DT14-650 連續拋丸機將曲軸、凸輪軸鑄件表面黏附的砂子或鐵銹清除干凈，其工作流程如圖 3 所示： 　　圖3 連續式拋丸機設備結構及工作流程簡(jiǎn)圖 　　1.1.2、連續通過(guò)式拋丸機的工作流程及重要參數： 　　鑄件通過(guò)振動(dòng)給料器進(jìn)入拋丸室，拋丸室頂部有高速鋼丸拋出，打到拋丸室內的鑄件上，將其表面砂子打掉。同時(shí)，通過(guò)拋丸室的不斷擺動(dòng)帶動(dòng)鑄件翻滾，使鑄件各部位均能被鋼丸拋干凈。拋丸后的鑄件通過(guò)振動(dòng)卸料器離開(kāi)拋丸機。 　　設備主要參數： 　　a）允許通過(guò)的鑄件較大尺寸：長(cháng)×寬×高：680 mm×500 mm×350 mm； 　　b）允許通過(guò)的鑄件較大重量：150 kg； 　　c）拋頭尺寸及數量：φ500 mm，6 個(gè)； 　　d）拋頭速度：2 600 r/min； 　　e）鋼丸通過(guò)速度：2 700 kg/min； 　　f）允許通過(guò)的鑄件較高溫度：150 ℃； 　　g）鋼丸直徑：φ1.4 mm； 　　h）拋丸能力：14 t/h. 　　1.2、小件清理線(xiàn)曲軸、凸輪軸分件機結構及工作原理： 　　1.2.1、分件機結構： 　　分件機用于將鑄件的內澆道、出氣端同鑄件分離，并將長(cháng)澆道分開(kāi)，其結構如圖4 所示。 　　圖 4 小件清理線(xiàn)曲軸、凸輪軸分件機結構 　　1.2.2、設備工作流程和主要參數： 　　將分件機的分離爪放進(jìn)鑄件與澆冒口之間，按住操縱器上的前進(jìn)鍵，在液壓缸的推動(dòng)下，分離爪張開(kāi)，將內澆道或出氣端同鑄件分離；分件完畢后按住操縱器上的后退鍵，分離爪閉合，完成一次循環(huán)。 　　設備主要參數： 　　液壓缸壓力：700kg/cm2；輸出：10.4l/55kg/cm2；1.9 l/700 kg/cm2. 　　分離爪產(chǎn)生的力：推力：350 kN；拉力：240 kN. 　　2、拋丸機堵件卡件原因分析： 　　連續通過(guò)式拋丸機堵件卡件主要分為以下幾種原因： 　　1）由于跑火和分型面結合不嚴等原因造成的細鐵片及型板上設置的排氣片進(jìn)入鐵水后形成細長(cháng)鐵片，卡在拋丸機鱗板孔洞內，造成曲軸、凸輪軸等鑄件被插在孔洞內的排氣片鐵片卡住無(wú)法繼續再前進(jìn)堵在拋丸機內部形成堵件；排氣片進(jìn)鐵水的原因分析見(jiàn)圖 5 魚(yú)骨圖分析，圖 6 為曲軸和凸輪軸型板上的排氣片進(jìn)入鐵水卡在拋丸機鱗板孔內形成堵件； 　　2）拋丸機內鱗板上孔洞磨損變大，鑄件上狹小的溢流冒口易堵塞在孔洞內（如圖7 所示）； 　　3）澆注系統設計不合理，過(guò)長(cháng)和過(guò)大容易堵塞在拋丸機內（如圖8 所示）。 　　3、拋丸機堵件卡件應對措施： 　　3.1、排氣片跑鐵水改善： 　　針對排氣片跑鐵水形成的堵件和卡件主要采用了三種措施進(jìn)行改進(jìn)。 　　3.1.1、型板上排氣片結構改進(jìn)： 　　圖9，圖10 為兩側的排氣片及排氣片在砂型上 　　圖5 廢型跑火和排氣片跑鐵水原因分析 　　圖 6 曲軸和凸輪軸型板上的排氣片進(jìn)入鐵水卡在拋丸機鱗板孔內形成堵件..圖 7 拋丸機鱗板上的孔磨損后卡上了鑄件的狹小部位形成卡件 　　 　　圖8長(cháng)而大的澆注系統在拋丸機內形成堵件 　　的情況，從圖10 可以看出一旦上下砂箱合模不嚴或者砂箱邊緣砂型疏松，本來(lái)不該進(jìn)入鐵水只是用于排掉澆注后氣體的排氣片內進(jìn)入了鐵水，形成細長(cháng)鐵片進(jìn)入拋丸機內形成堵件和卡件，圖 11，圖 12 為排氣片改進(jìn)方法，如圖 11 所示：排氣片靠近鑄件前端縮短 1 mm~2 mm，端部形狀修為半圓形，保持防壓環(huán)和排氣道間距離能夠≥5 mm.兩側排氣片修改方法如圖 12，靠近螺栓處的排氣道從對齊溢流冒口處前端部位加工掉并用鉚釘固定??；其余靠近模塊處的排氣道部分增加拔模斜度打磨成梯形（30°），靠近模塊端部鉚釘部分排氣道長(cháng)度去除，重新用鉚釘固定。 　　圖 9 排氣片在型板上的分布情況 圖 10 排氣片造型后在砂形上的分布情況 　　 　　3.1.2、型板上螺釘結構改進(jìn)： 　　圖11 排氣片靠近鑄件端部縮短1mm~2mm 　　圖 12 兩側排氣片改進(jìn)方法 　　把 30 mm 厚度的上下型板四個(gè)角的凸起螺栓更改為頭部直徑 φ20 mm 沉頭螺釘，防止砂箱四個(gè)角因螺釘凸起造型時(shí)此處砂型疏松造成跑火加劇邊緣排氣片跑鐵水的情況發(fā)生，見(jiàn)圖 13 型板上螺釘結構的改進(jìn)。 　　圖13 型板上螺釘結構改進(jìn) 　　3.1.3、型板托框上銷(xiāo)套結構改進(jìn)： 　　經(jīng)過(guò)長(cháng)期觀(guān)察發(fā)現，在造型過(guò)程中型板托框和砂箱配合過(guò)程中圓銷(xiāo)側易下不到位形成墊箱。改進(jìn)前型板托框上圓定位銷(xiāo)導向長(cháng)度為 25 mm，圓定位銷(xiāo)直徑φ38 mm，如圖4 所示，銷(xiāo)套容易下不到位形成墊箱，易造成跑火和排氣片跑鐵水。改進(jìn)后縮短定位部分長(cháng)度，延長(cháng)導向長(cháng)度至 45 mm，圓定位銷(xiāo)直徑為φ38 mm，增加銷(xiāo)套間的配合間隙，從而防止分型面跑火和排氣片內走鐵水。圖 15 為更改后定位圓銷(xiāo)結構和相關(guān)尺寸。 　　3.1.4、驗證方法： 　　圖14 更改前定位圓銷(xiāo)結構和相關(guān)尺寸更改后定位圓銷(xiāo)結構和相關(guān)尺寸 　　圖15型板托框上銷(xiāo)套結構改進(jìn) 　　通過(guò)起模和合箱檢驗發(fā)現：合箱嚴實(shí)，砂型完整，改進(jìn)后砂箱邊角無(wú)疏松，排氣片跑鐵水和砂箱跑火現象消除。我廠(chǎng)為大批量生產(chǎn)，因為改進(jìn)排氣結構可能引起曲軸批量氣孔問(wèn)題，為此，在改進(jìn)前采用了 MAGMA 凝固模擬軟件模擬了各型腔氣壓情況，分析此處改進(jìn)后出現氣孔缺陷的區域，見(jiàn)圖16，通過(guò)凝固模擬發(fā)現 1# 和 4# 模腔型腔里的氣體壓力＜130 kPa，型腔排氣通暢，沒(méi)有憋氣，排氣片即使不與大氣貫通也不會(huì )形成氣孔，排氣片更改和取消不會(huì )造成氣孔的風(fēng)險。2#，3#模腔型腔里的氣體壓力＞130 kPa，排氣片更改和取消可能有造成批量氣孔的風(fēng)險。 　　3.2、拋丸機方面的改進(jìn)： 　　針對拋丸機內鱗板上孔磨損過(guò)大，造成曲軸、凸輪軸等鑄件被插在孔洞內形成堵件的問(wèn)題，通過(guò)減小鱗板孔洞大小、更換新的鱗板和相應易插入鱗板空洞內的鑄件及澆注系統部位適度增加尺寸來(lái)進(jìn)行了有效解決。 　　3.3、曲軸澆注系統分件結構改進(jìn)： 　　圖16 MAGMA 凝固模擬軟件模擬型腔氣壓分布情況 　　如圖 17 所示，改進(jìn)前的橫澆道為長(cháng)平直結構，小件分件機分件困難，為避免其在拋丸機內形成堵件需要專(zhuān)門(mén)把長(cháng)的澆注系統（見(jiàn)圖 1 改進(jìn)前澆注系統）從輸送鱗板和拋丸機內勾選出來(lái)，拋丸后找外部廠(chǎng)家進(jìn)行澆注系統破碎后才能放進(jìn)熔化爐前料坑中形成回爐料，該過(guò)程需要消耗很大的成本。 　　通過(guò)計算澆注系統各截面積比率，把曲軸下模位置較長(cháng)的橫澆道進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)點(diǎn)有 3 處見(jiàn)圖17b）圖所示：①增加 3 個(gè)分件卡塊方便分件機分離爪插入進(jìn)行分件；②原來(lái)的澆道更改為堤壩式使橫澆道在減少厚度的情況下截面積不改變；③堤壩較底部增設 R3 的斷口（左右兩側各一個(gè)）形成斷裂源使分件機分件時(shí)更容易，且不易形成分件時(shí)崩件。針對改進(jìn)同樣采用了 MAGMA 凝固模擬軟件判斷是否會(huì )引起氣孔等缺陷出現，模擬結果顯示改進(jìn)后澆注系統的充型和凝固過(guò)程正常，無(wú)形成氣孔和縮孔等缺陷的風(fēng)險，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)后發(fā)現改進(jìn)后澆注系統很容易被分件成功，鑄件質(zhì)量未受到影響，成功消除了由澆注系統造成的堵件問(wèn)題，并且澆注系統可以成功被分件機分成幾段（見(jiàn)圖 18 所示），不再需要委外進(jìn)行破碎，大大節省了費用。 　　圖17 曲軸澆注系統分件結構改進(jìn) 　　圖18 改進(jìn)后澆注系統易于被分開(kāi)成小塊，不易在拋丸機內形成堵件 　　4、結論： 　　1）通過(guò)改進(jìn)型板上排氣片結構、螺釘連接結構，型板托框上銷(xiāo)套結構來(lái)徹底消除排氣片跑鐵水形成的拋丸機堵件問(wèn)題。 　　2）通過(guò)改進(jìn)拋丸機內部鱗板結構和更換新的鱗板來(lái)解決GF連續式拋丸機的卡件問(wèn)題。 　　3）通過(guò)改進(jìn)曲軸鑄件的澆注系統的分件結構來(lái)解決由澆注系統造成的堵件問(wèn)題。通過(guò)上述改進(jìn)徹底消除了 GF 連續式拋丸機堵件卡件問(wèn)題，達到了消除安全隱患，有效地降本增效的目的，并取得了良好的經(jīng)濟效益。