大型機床機床劈箱造型工藝設計

大型機床機床劈箱造型工藝設計

砂漿機械的造型方法是將原來的砂漿機分為幾個以上的中砂室，配以模型形狀，并以可靠的定位裝置連接到中間的框架?？梢哉f,劈箱造型就是吸取了古老的活箱造型(抽芯模)與模板造型的優(yōu)點而又彌補了2者不足。劈箱造型特別適用于大批量生產(chǎn)的、具有復雜內(nèi)腔結(jié)構的中、大型鑄件。與整箱造型相比,劈箱造型有以下優(yōu)點:(2)造型、合箱操作方便:由于劈箱后砂箱高度低,造型和合箱都較方便,而且為使用機械工具創(chuàng)造了條件;(3)易于保證鑄件品質(zhì):由于劈箱造型模型高度低,所以起模誤差小,易于保證鑄件尺寸;又由于在合箱前是在敞箱條件下裝配砂芯,砂芯位置易調(diào)整,若砂型內(nèi)有浮砂等異物亦可在合箱前及時清除。目前,劈箱造型工藝在大型柴油機體、機床床身及床頭箱鑄件的生產(chǎn)中,都得到了應用,并取得了較好的效果。但劈箱造型工藝設計及工裝設計較復雜,并對保證鑄件品質(zhì)至關重要。本文以機床床身為例,介紹了劈箱造型工藝設計中的一些主要原則。1掃碼方法根據(jù)鑄件的結(jié)構形式、外形尺寸和復雜程度,可以采用以下幾種劈箱造型形式:(1)單劈式(具有1個劈箱面);(2)雙劈式(具有2個劈箱面);(3)多劈式(具有多個劈箱面)。在上述的劈箱形式中,根據(jù)鑄件的結(jié)構形式,還可采用有上箱和無上箱(用蓋芯)、有底箱和無底箱(用底芯及定位板)劈箱造型。在機床床身中,一般采用無蓋箱、無底箱、雙劈式的劈箱造型工藝。2外模與外廓的定位劈箱面位置影響制模、造型操作及工裝制造的難易程度,從而影響鑄件生產(chǎn)的成本、效率和品質(zhì)。選擇劈箱面時應考慮:(1)盡量使劈箱面為平面,這樣工藝裝備結(jié)構簡單、易于加工,操作方便,定位也比較準確;(2)當外壁交界處有圓角過渡或較深內(nèi)凹時,劈箱面則應選在外壁內(nèi)側(cè)(如圖1(a)),亦即外模包圓角;而當鑄件外廓交界處無圓角無渡、無內(nèi)凹結(jié)構時,劈箱面可選在鑄件主要輪廓外壁的外側(cè)(如圖1(b))所示,這樣可簡化模板、方便操作;(3)劈箱面選擇要考慮澆注系統(tǒng)的設置,盡量使劈箱面與澆注系統(tǒng)的位置重合。澆注系統(tǒng)一般固定在外模(如圖1(a))或底芯上(如圖1(b)),這種布置可使底芯與定位板保持平齊,便于測量和調(diào)整;(4)劈箱面的選擇應方便砂芯裝配及合箱操作,盡量不要使劈箱側(cè)砂型與砂芯產(chǎn)生搓砂。3砂型的設計劈箱造型將原來的整體砂箱分為2個以上的砂箱來造型,相應的模樣也要分成幾部分,在不同的模板上進行造型,合箱時又要將多個砂型裝配成完整的砂型并保證其與內(nèi)腔砂芯的正確位置。這就要求劈箱造型必須有可靠的定位方式及裝置。3.1不同私家車的山定位塊布置床身鑄件一般采用靠山定位塊定位,其形式是在相鄰2直角邊上布置3個靠山定位塊(見圖2)。定位塊高出模板面60～120mm,造型時砂箱與模板及3個定位塊靠緊后即可保證其與模板的固定位置(相當于機械加工中工件的6點定位。)3.2砂型與砂芯位置的正確定位合箱定位位置最好與造型定位位置一致以減少誤差(如圖2、3所示)。合箱時要保證砂型間以及砂型與砂芯位置的正確,如圖3所示。底芯(導軌芯)位置靠定位板定位,而要保證砂型與底芯正確位置就必須保證砂型與定位板的正確位置。砂型間的正確位置也要由可靠的定位裝置保證。為此,合箱前一定要正確安裝定位塊、定位板,合箱時只要砂箱靠緊定位塊、定位板即可。3.3砂箱模板安裝有限元模型模型、模板間的定位形式與砂箱、模板間的定位形式有關,當砂箱模板間采用靠山定位塊定位時,模型應以靠山定位塊為基礎,如圖2所示,尺寸L1、L2為模型在模板上的基本定位尺寸。4改善下砂箱、堵頭箱劈箱造型中砂芯不僅可以形成內(nèi)腔,而且還可以部分代替砂箱。例如,以導軌芯(底芯)代替下砂箱,以蓋芯代替上砂箱,以堵頭芯代替堵頭箱(如圖4所示)。內(nèi)腔芯的分芯原則與整箱造型基本相同但更靈活,而導軌芯、堵頭芯和蓋芯則要考慮更多的相關問題,分述如下:4.1澆注系統(tǒng)設置床身鑄件的導軌芯主要作用是代替底箱。裝配導軌芯時靠定位板定位。當采用底雨淋式澆注系統(tǒng)時,導軌芯的芯頭尺寸還應考慮澆注系統(tǒng)的設置(如圖1(a));而對不設置底雨淋式澆注系統(tǒng)的導軌芯,芯頭尺寸可短些,但也不能過短,以防定位板在澆注時過熱變形。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,一般為200～260mm;導軌芯的寬度一般與劈箱面對應,這樣利于簡化工裝及操作過程;導軌芯長度不宜過長,沿長度方向的分芯位置一般要設在反變形量的拐點處(如圖4)。4.2ldp的設置床身類鑄件的2側(cè)一般用堵頭芯、堵頭板代替砂箱。堵頭芯的尺寸和結(jié)構應滿足:(1)要有足夠的芯頭長度(即厚度)以保證砂芯裝配的穩(wěn)定性;(2)床身鑄件的分直澆道一般都經(jīng)過堵頭芯,因此分芯時要考慮分直澆道的設置要求,保證其有足夠的空間及與橫澆道的連接;(3)2個堵頭芯的端面確定了床身鑄件2端面的位置,所以定位要可靠;(4)為了防止?jié)沧r跑火應考慮增加砂箱的通用性,在堵頭芯后面留有一定的空間(一般為100mm左右),待裝配好堵頭芯后填入砂子(如圖3、4所示。)根據(jù)以上要求,堵頭芯的厚度一般選取在300～350mm。為了保證鑄件總長度尺寸,設計時取定位板的總長與鑄件總長相等(包括縮尺),裝配堵頭芯時使之與定位板端面靠緊即可,如圖4所示。4.3內(nèi)腔芯的選取蓋芯的主要作用是代替蓋箱,有時可用蓋芯連接幾個型腔的內(nèi)腔芯(根據(jù)芯盒尺寸及芯盒料是否方便抽取而定),蓋芯的厚度一般為200mm左右;蓋芯與側(cè)砂箱間的間隙和導軌芯與側(cè)砂箱間的間隙一致。5銘文系統(tǒng)5.1澆注系統(tǒng)設計由于劈箱造型主要用于重要的中、大型鑄件,這些鑄件質(zhì)量大、內(nèi)腔復雜、品質(zhì)要求高,因此,對澆注系統(tǒng)的設計提出了較高的要求:(1)保證金屬液連續(xù)、平穩(wěn)、均勻地充滿型腔;(2)有利于防止卷入雜質(zhì)和氣體,并有利于擋渣和排氣;(3)能適當?shù)卣{(diào)節(jié)鑄件各部分的冷卻速度并能對熱節(jié)部分進行有效補縮。5.2澆注系統(tǒng)設計床身類鑄件在劈箱造型工藝中常采用階梯式、底雨淋式及分層澆注式等形式的澆注系統(tǒng)。圖2工藝中為底雨淋式加階梯式復合澆注系統(tǒng)。底雨淋式澆注系統(tǒng)一般用于較長的床身鑄件,分直澆道及內(nèi)澆道一般設置在側(cè)砂箱上,澆注時金屬液由下部導軌面處的內(nèi)澆口均勻、分散地上返,這種澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)、有利于雜質(zhì)和氣體的排出,并有利于去除澆注系統(tǒng)。但如果金屬液全部由下部厚大導軌處引入,不利于對導軌處的補縮,并容易造成鑄件整體產(chǎn)生較大的熱應力,加劇彎曲變形。所以,生產(chǎn)上往往采用階梯式加底雨淋式相配合的澆注系統(tǒng)以有效地調(diào)節(jié)各部分的溫度和冷速。5.3灌溉(1)u2004錨點的閥值設計阻流斷面積可用以下經(jīng)驗公式:F=kG件??√F=kG件式中G件——鑄件質(zhì)量;k——經(jīng)驗系數(shù)。當鑄件平均壁厚16～30mm時可取0.6另外,也可查閱有關手冊和圖表確定。無論是計算值還是查閱值都可根據(jù)具體生產(chǎn)情況加以調(diào)整。(2)澆注系統(tǒng)設計對于底雨淋式澆注系統(tǒng),阻流斷面一般設在橫澆道,生產(chǎn)上常采用以下比例:F內(nèi)∶F橫∶F直=1∶(0.6～0.8)∶1.2F內(nèi)∶F橫∶F直=1∶(0.6～0.8)∶1.2按上式設計的澆注系統(tǒng),在橫澆道以上是封閉的,以下是開放的。在澆注過程中,直澆道和橫澆道保持充滿,可起到擋渣作用;橫澆道以下緩流開放,金屬液可保持平穩(wěn)充型。(3)外澆道效果不理想由于底雨淋式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道是開放的,擋渣主要依靠外澆道,有時其效果并不理想。為了進一步提高澆注系統(tǒng)的擋渣能力,可以在橫澆道和分直澆道的2個末端設置集渣包(如圖2所示。)6其他工藝參數(shù)6.1外壁外側(cè)砂型與整箱造型相比,劈箱造型工裝的加工精度高,一般取較小的分型負數(shù)。另外,在留分型負數(shù)時還應注意以下幾點:(1)用蓋芯代替蓋箱時,上下分型面不留負數(shù);(2)當劈箱面在鑄件外壁內(nèi)側(cè)時(如圖1(a)),分型負數(shù)留在外側(cè)砂型上;當劈箱面在鑄件外壁外側(cè)時(如圖1(b)),以調(diào)整間隙的方式代替負數(shù);(3)采用流態(tài)自硬砂時,分型負數(shù)相對較小。6.2適當反變形量的設置床身鑄件的導軌處截面尺寸一般比平均壁厚要大,特別是當采用底雨淋式澆注系統(tǒng)時,澆注后導軌處冷卻速度較慢,最終產(chǎn)生拉應力從而導致壓縮變形、而薄壁部分產(chǎn)生拉伸變形,整體上體現(xiàn)為彎曲變形。因此,為了保證鑄件尺寸精度,應在鑄件變形相反的方向設置正確的反變形量。床身厚度差越大,長度越大,高度越小則鑄件變形量越大,工藝上的反變形量就應越大。床身類鑄件一般按每米長度取1.5～3mm。反變形量的形式有三角形和梯形2種(如圖5所示)。反變形量的大小和形狀要標注