連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)堵件卡件問(wèn)題研究及改善

　　摘 要：在采用GF連續(xù)式拋丸機(jī)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(yán)重影響著生產(chǎn)效率并存在安全隱患。本文通過(guò)研究拋丸機(jī)和小件分件機(jī)結(jié)構(gòu)原理，優(yōu)化和改進(jìn)鑄件排氣系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)有效地改善了拋丸機(jī)堵件和卡件問(wèn)題，可為國(guó)內(nèi)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、凸輪軸等汽車鑄造零部件產(chǎn)品，后續(xù)清理工位采用 GF 連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)將鑄件表面黏附的砂子或鐵銹清除干凈，并在拋丸機(jī)前面工位設(shè)置分件機(jī)分離鑄件和澆注系統(tǒng)。連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)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(jié)構(gòu)的原因，易造成堵件、卡件問(wèn)題。 　　近兩年，隨著公司曲軸和凸輪軸等小件產(chǎn)品產(chǎn)量的激增，鑄造車間設(shè)備老化磨損嚴(yán)重，連續(xù)式拋丸機(jī)卡件和堵件問(wèn)題頻繁發(fā)生，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40min~1 h不等，嚴(yán)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(jī)排查和清除存在安全隱患，問(wèn)題亟待解決。 　　1、連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)和曲軸凸輪軸分件機(jī)結(jié)構(gòu)及原理圖： 　　圖 1 為我廠小件線的工藝流程簡(jiǎn)圖。 　　圖1 小件造型線工藝流程簡(jiǎn)圖
　　圖 2 是我公司小件清理主要設(shè)備和工具。 　　圖2 小件清理線主要設(shè)備和工具 　　1.1、小件清理線 GF 連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)及原理圖： 　　1.1.1、連續(xù)通過(guò)式的結(jié)構(gòu)： 　　采用型號(hào)為 DT14-650 連續(xù)拋丸機(jī)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(xù)式拋丸機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作流程簡(jiǎn)圖 　　1.1.2、連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)的工作流程及重要參數(shù)： 　　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(nèi)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(jī)。 　　設(shè)備主要參數(shù)： 　　a）允許通過(guò)的鑄件較大尺寸：長(zhǎng)×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(shù)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、小件清理線曲軸、凸輪軸分件機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理： 　　1.2.1、分件機(jī)結(jié)構(gòu)： 　　分件機(jī)用于將鑄件的內(nèi)澆道、出氣端同鑄件分離，并將長(zhǎng)澆道分開(kāi)，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。 　　圖 4 小件清理線曲軸、凸輪軸分件機(jī)結(jié)構(gòu) 　　1.2.2、設(shè)備工作流程和主要參數(shù)： 　　將分件機(jī)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(nèi)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(shè)備主要參數(shù)： 　　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(jī)堵件卡件原因分析： 　　連續(xù)通過(guò)式拋丸機(jī)堵件卡件主要分為以下幾種原因： 　　1）由于跑火和分型面結(jié)合不嚴(yán)等原因造成的細(xì)鐵片及型板上設(shè)置的排氣片進(jìn)入鐵水后形成細(xì)長(zhǎng)鐵片，卡在拋丸機(jī)鱗板孔洞內(nèi)，造成曲軸、凸輪軸等鑄件被插在孔洞內(nèi)的排氣片鐵片卡住無(wú)法繼續(xù)再前進(jìn)堵在拋丸機(jī)內(nèi)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(jī)鱗板孔內(nèi)形成堵件； 　　2）拋丸機(jī)內(nèi)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(nèi)（如圖7 所示）； 　　3）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，過(guò)長(zhǎng)和過(guò)大容易堵塞在拋丸機(jī)內(nèi)（如圖8 所示）。 　　3、拋丸機(jī)堵件卡件應(yīng)對(duì)措施： 　　3.1、排氣片跑鐵水改善： 　　針對(duì)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(jié)構(gòu)改進(jìn)： 　　圖9，圖10 為兩側(cè)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(jī)鱗板孔內(nèi)形成堵件..圖 7 拋丸機(jī)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(zhǎng)而大的澆注系統(tǒng)在拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件 　　的情況，從圖10 可以看出一旦上下砂箱合模不嚴(yán)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(nèi)進(jìn)入了鐵水，形成細(xì)長(zhǎng)鐵片進(jìn)入拋丸機(jī)內(nèi)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(cè)排氣片修改方法如圖 12，靠近螺栓處的排氣道從對(duì)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)改進(jìn)： 　　圖11 排氣片靠近鑄件端部縮短1mm~2mm 　　圖 12 兩側(cè)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(jié)構(gòu)的改進(jìn)。 　　圖13 型板上螺釘結(jié)構(gòu)改進(jìn) 　　3.1.3、型板托框上銷套結(jié)構(gòu)改進(jìn)： 　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，在造型過(guò)程中型板托框和砂箱配合過(guò)程中圓銷側(cè)易下不到位形成墊箱。改進(jìn)前型板托框上圓定位銷導(dǎo)向長(zhǎng)度為 25 mm，圓定位銷直徑φ38 mm，如圖4 所示，銷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(zhǎng)度，延長(zhǎng)導(dǎo)向長(zhǎng)度至 45 mm，圓定位銷直徑為φ38 mm，增加銷套間的配合間隙，從而防止分型面跑火和排氣片內(nèi)走鐵水。圖 15 為更改后定位圓銷結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸。 　　3.1.4、驗(yàn)證方法： 　　圖14 更改前定位圓銷結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸更改后定位圓銷結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸 　　圖15型板托框上銷套結(jié)構(gòu)改進(jìn) 　　通過(guò)起模和合箱檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：合箱嚴(yán)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(xiàn)象消除。我廠為大批量生產(chǎn)，因?yàn)楦倪M(jìn)排氣結(jié)構(gòu)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(xiàn)氣孔缺陷的區(qū)域，見(jiàn)圖16，通過(guò)凝固模擬發(fā)現(xiàn) 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(xiǎn)。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(xiǎn)。 　　3.2、拋丸機(jī)方面的改進(jìn)： 　　針對(duì)拋丸機(jī)內(nèi)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(nèi)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(yīng)易插入鱗板空洞內(nèi)的鑄件及澆注系統(tǒng)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(tǒng)分件結(jié)構(gòu)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(zhǎng)平直結(jié)構(gòu)，小件分件機(jī)分件困難，為避免其在拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件需要專門(mén)把長(zhǎng)的澆注系統(tǒng)（見(jiàn)圖 1 改進(jìn)前澆注系統(tǒng)）從輸送鱗板和拋丸機(jī)內(nèi)勾選出來(lái)，拋丸后找外部廠家進(jìn)行澆注系統(tǒng)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(jì)算澆注系統(tǒng)各截面積比率，把曲軸下模位置較長(zhǎng)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(jī)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(shè) R3 的斷口（左右兩側(cè)各一個(gè)）形成斷裂源使分件機(jī)分件時(shí)更容易，且不易形成分件時(shí)崩件。針對(duì)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(xiàn)，模擬結(jié)果顯示改進(jìn)后澆注系統(tǒng)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(xiǎn)，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后澆注系統(tǒng)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(tǒng)造成的堵件問(wèn)題，并且澆注系統(tǒng)可以成功被分件機(jī)分成幾段（見(jiàn)圖 18 所示），不再需要委外進(jìn)行破碎，大大節(jié)省了費(fèi)用。 　　圖17 曲軸澆注系統(tǒng)分件結(jié)構(gòu)改進(jìn) 　　圖18 改進(jìn)后澆注系統(tǒng)易于被分開(kāi)成小塊，不易在拋丸機(jī)內(nèi)形成堵件 　　4、結(jié)論： 　　1）通過(guò)改進(jìn)型板上排氣片結(jié)構(gòu)、螺釘連接結(jié)構(gòu)，型板托框上銷套結(jié)構(gòu)來(lái)徹底消除排氣片跑鐵水形成的拋丸機(jī)堵件問(wèn)題。 　　2）通過(guò)改進(jìn)拋丸機(jī)內(nèi)部鱗板結(jié)構(gòu)和更換新的鱗板來(lái)解決GF連續(xù)式拋丸機(jī)的卡件問(wèn)題。 　　3）通過(guò)改進(jìn)曲軸鑄件的澆注系統(tǒng)的分件結(jié)構(gòu)來(lái)解決由澆注系統(tǒng)造成的堵件問(wèn)題。通過(guò)上述改進(jìn)徹底消除了 GF 連續(xù)式拋丸機(jī)堵件卡件問(wèn)題，達(dá)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(jì)效益。