SF-ZY系列铸管专用射芯机研制工作报告

 

SF-ZY系列铸管专用射芯机研制工作报告

 

上海林昌铸造技术有限公司   冯新林

 

随着国内铸管产业规模的不断扩大，市场竞争的日益激烈，企业为进一步提高产品质量，降低生产成本，增强市场竞争力，在强化管理的同时，进一步提高生产工艺与装备水平是最终取胜的关键，也是企业经营者所关心的基本问题。

在离心铸管生产的整个工艺过程中，承口砂芯的生产是一个重要的环节：承口砂芯不但要有足够的强度、准确的尺寸、清晰的轮廓，而且要有良好的溃散性。这些性能直接关系到管子的生产质量与效率。因此，进一步提高制芯工艺与装备水平对提高铸管的生产质量和效率、降低生产成本有着重要的意义。

目前我国铸管行业采用的大多是2ZZ84型双工位或单工位全自动冷芯盒射芯机其加砂、射砂、排气、运行、取芯方式及环保性都存在一系列问题：

1、射砂系统

1.1砂位与射砂位重叠：加砂斗与射腔靠一碟阀或闸阀隔开，加砂时阀门打开，射砂时阀门关闭。工作过程中频繁的开闭加砂，势必造成阀门磨损或受芯砂阻碍关闭不严，在这种情况下射芯，将会出现加砂斗喷砂现象，使砂斗内芯砂外溢，同时导致射芯不实，无法保证砂芯质量；

1.2 射砂高压气流是通过橡胶薄膜阀从射腔侧面进入的，射腔内置射砂筒易损坏；更严重的问题是射砂阀橡胶薄膜常常突然破裂，导致突然停产。加砂阀、橡胶薄膜及射筒的更换都很麻烦，浪费时间、增加费用、影响正常生产。

1.3排气阀滤砂网易堵塞，排气时间增长，生产效率降低。

2、运行方式

目前铸管行业所用射芯机大多是射头不动，下工作台顶升，将芯盒顶至射头（行程150-200㎜），射砂排气后工作台降回原位，吹气板开进射头与芯盒之间，工作台再次顶起，顶紧后吹气，吹气硬化后工作台降回原位，然后移至开模取芯工位（行程1500-2000㎜）。

工作台升降过程中还伴随着侧夹紧机构的运行，升降与夹紧是相干涉的动作。这要加速工作台升降导向机构的磨损，降低其运行精度。导致射孔对应度降低，进而影响射砂效果。

笨重的工作台与芯盒频繁地大距离运行，必然是：动作缓慢，功耗大、运行周期长、效率低。

开模机构将芯盒打开后，由顶芯杆将砂芯顶出。该脱模方式存在的问题是：

A、砂芯受力不合理、运行不稳定：砂芯易被顶裂、顶芯杆难以收回现象；

B、取芯不方便：工作台车庞大，顶出芯模的砂芯，人工难以靠近，其取芯姿式不符合人体工位学要求：DN400以下的芯盒是多模腔复式芯盒，2-3个砂芯同时顶出，单人直接取芯，里边的芯子够不到；DN400以上的砂芯重量在15Kg以上，单人直接取芯太费力。增设取芯机构，使整个机器更加复杂，运行周期更长，效率更低。

C、芯模结构复杂，制造难度大，寿命短。

整套芯模的导向定位系统全是金属件之间的滑动摩擦，尽管其淬火硬度很高，但在沙尘弥漫工作环境中，不长时间就会失去其原有的设计制造精度，使砂芯分模线出现错位与飞边。

3、环保

目前铸管行业所用射芯机（冷、热芯盒）的废气排放难以收集，环境污染严重。注重环保的厂家，在射芯机外制作一铁皮小屋，设置大排量抽风机排放废气。这带来的问题是：一增加了能耗；二给设备检修带来不便；三由于排风量增大，势必造成三乙胺尾气中和洗涤液消耗的加大。

基于以上问题，应现代铸管生产发展的需要，在中国金属学会铸管学术委员会的建议下，我司组织有关专业技术人员，进行了新型射芯机的研制。目前已成功地推出了SF-ZY系列铸管专用新型射芯机，并在多家铸管厂投入使用，扭转了铸管制芯生产的被动局面，提高了铸管生产工艺水平，取得了明显的经济效益。在整个研制过程中得到了山东大学王执福教授及济南铸锻研究所液压公司和电器公司的关心与支持，在此表示衷心感谢！

SF-ZY系列铸管专用射芯机研制技术报告

上海林昌铸造技术有限公司   冯新林

 

1.新型射芯机的设计。

在新型射芯机的设计过程中，充分分析了铸管承口砂芯的结构特点及离心铸管生产工艺过程对砂芯的具体要求，综合吸收了国内外多种铸造设备的优点，确定了全新的设计方案，以彻底避免现有射芯机存在的一系列问题，实现稳定、高效、低耗、环保的目的。总体构成如图Ⅱ所示：

1.1机械系统：

上工作台：

·左边上有加砂装置：

由加砂斗、导砂桶、浮动挡砂套等组成。加砂斗装有料位计和震动电机。

·中间上有直吹式下压气包：气包内置压盖式射砂阀，下口连接带排气阀的射帽；

上口压盖连接下压油缸，油缸由龙门架支撑，

·下有密排滚道，装有新型结构的移动式浮动射腔与吹气装置，分别连接射砂头和吹气板

下工作台：

设有芯棒升降机构、开合模机构、出芯机构及出芯滚道跨距调节机构，同时将其四周封闭。

立柱  连接上下工作台

1.2液压系统

液压驱动主要机械运动：芯棒升降、开合模、下压气包等。原理图见附图3

基本构成如下：

·液压站：

液压油箱：400L

电磁液压阀组（5组） 详见液压原理图明细    产地：北京华德

油泵：          型号63YCY14-1B，          产地：江苏启东液压泵厂

电机：          型号Y32-18.5KW            产地：博山电机厂

蓄能器：        型号NXQA-4/31.5-L-A       产地：丹阳宏达蓄能器公司

液位计：        型号 YKJD24-650            产地：温州德尔

加油滤芯        型号EF5-65                产地：温州德尔

回油滤芯        型号RFA400X30FY           产地：温州德尔

液温计          型号 WSSX-412              产地：温州德尔

其余详见液压原理图明细 

·液压管路：由液压胶管和钢管组成。

·油缸：

开合模缸   2条    型号：Y-HJ163/45X560LJ-HL10   产地：济南富康

芯棒升降缸 1条    型号：Y-HJ163/45X30LJ-HL10    产地：济南富康

压紧缸     1条    型号：Y-HJ1110/80X50LJ-HL10   产地：济南富康

射头移动缸 1条    型号：Y-HJ150/36X1020LJ-HL10  产地：济南富康

 

1.3 气动系统：

射砂与排气控制、射头移动、出芯等轻载荷动作皆为气压驱动。

原理图见附图4。基本构成如下：

·控制部分包括：气动电磁阀（3组）、阀板、阀箱、

空气滤清器等。--------------------产地：高新华能

·管路：        PU-Φ12 管    共5路

·执行元件：    出芯气缸 1条——型号QGBⅡ63X1200  产地：高新华能

排气缸   1条——型号QGBⅡ63X15    产地：高新华能

                射砂阀   1件                       产地：上海林昌

1.4 电控系统：

从芯砂配制到砂芯送出，整个制芯工艺过程，可全自动、半自动及手动操作，且长距离机械运动皆为变速运行，采用PLC程序控制器统一控制。在电控柜外单设带触摸屏的操作控制盘，以便于操作和监控。电控原理图见附图4

基本构成如下：

·电控柜：三菱可编程控制器                          产地：日本三菱

彩色触摸屏                                产地：台湾海特克

控制开关                                  产地：日本欧姆龙

保护开关                                  产地：德国西门子

按钮等                                    产地：施耐德

·控制线路：1平方毫米绝缘铜线（30芯电缆）          产地：上海

·接近开关：型号TRT18-8DO                           产地：韩国

  2、设计特点

新型设计实现了全新的加砂、射砂、排气方式及全新的开模取芯与尾气收集方式。

具体特点如下：

2.1工艺过程快捷紧凑稳定：

射腔与射头由加砂斗加满芯砂后移至射砂位，在此同时芯棒升起并合模，下工作台与夹紧后的芯盒不动，压紧缸下压气包，射帽压向射腔上口，进而使射头压向芯盒（行程10－15mm），油缸增压后，气包内的射砂阀开启，高压气流直冲射腔中心，芯砂由射头射孔射入芯盒模腔，射砂与排气（时间共4-5秒）完成后，压紧缸松开，射头浮起，随即返回加砂位，在此同时吹气板到达芯盒上方（射砂位），压紧缸下压吹气：吹胺10-20秒后，加胺泵停，再吹气清洗5-10 秒后，压紧缸抬起并移回原位（射头到达射砂位），在此同时，开模、芯棒下抽，脱模后的砂芯，由托芯板Ⅰ送出，在此同时托芯板Ⅱ到达合模位，进行下一个循环。机动循环时间25-30秒。

2.2新的加砂与射砂方式可彻底避免射砂时射腔上口的喷砂问题。

2.3大口径（Φ50-80）排气口设于射帽中部，射帽下口设有挡砂滤网，排气时附着于滤网的芯砂在射砂时得到反吹清理，保证了下次排气的通畅。可有效缩短排气时间（目前其它射芯机的射砂与排气时间在10秒左右）。

2.4射砂充气口与排气口均采用压盖式封闭，由薄气缸驱动，控制可靠。压盖密封面设有燕尾型环槽，内镶0型聚四氟，当橡胶圈老化时，压合面已形成磨合密封面，可实现永久型密封。

2.5模具安装滚道的跨距及开模行程在一定范围内无级可调，这可使小芯盒的开模行程缩短，小规格砂芯的生产效率大大提高，有效避免了大马拉小车现象，提高了设备的适应性。

2.6开模的同时芯棒下抽，砂芯脱模快，且受力合理；

托芯板直接将砂芯送出，速度快，且取芯方便；

砂芯距地面高度在800上下，两滚道的宽度随砂芯大小而变化，人工易靠近，取芯姿势完全符合人体工位学的要求。

2.7芯盒的结构、射头射嘴及吹气板的密封方式都采用了新的设计，在实现低压射砂的同时，可有效控制吹胺过程中胺气的提前外溢现象，使胺气全部穿透砂芯集中下排，这可大大降低三乙胺的消耗，同时缩短砂芯硬化时间；吹胺过程中下工作台处于封闭状态，尾气可得到有效收集。排放能耗与洗涤液的消耗也相应降低。

2.8射头移动及出芯机构采用滚轮导向，开合模机构设有防护罩，使整个系统的运行磨损降低到最小。

2.9稳定性好、维护费用低、检修方便。

设备的总体设计是基于现场零故障原则下进行的，从总体结构到每一个具体环节都考虑了充分的保险系数。

在元件选型中最大可地采用了标准件：所有的紧固件、运行执行件（含射砂与排气）、机械易损件、密封件、电控元件等皆为标准件。

3、设计参数

机型TYPE 参数DATA 类别CATEGORY	SF-ZY20	SF-ZY30		SF-ZY40	SF-ZY60	SF-ZY100
气包容量（L）	200	280		400	480	600
射腔容量  （L） Shooting capacity	20	30		40	60	100
最大夹紧力（Kgf） Squeeze pressure	2500	3000		4000	6000	10000
射头压紧力（Kgf） Head of shooting pressure	4000	5000		10000	16000	16000
开模缸最大行程（mm）Clamping cylinder	320	400		5100	560	820
机器重量  （Kg） Net weight of machine	3000	4000		6000	8000	10000
芯盒尺寸（mm）（长*宽*高）Max. corebox size	720*620* 203	750*750*203		750*750* 203	1120*1120*300	1600*1600* 350
机动循环时间（s） Net machine cycle time	20－25	20-25		25-30	25－35	40-50
安装时间（d）Install times	3	3		3	3	5
操作工人培训时间（d）Cultivate times of personnel	4	4		4	5	5
尾气排放最小抽风量(m³/h) Min. draft capacity	1000	1500		2000	2500	3000
气源压力（Mpa） Pressure of compressed air	0.5—0.7	0.5-0.7		0.6-0.7	0.6-0.8	0.7-0.8
压缩空气水分含量(kg/m³) Water content of compress air	0.8359	0.8359	0.8359		0.8359	0.8359
压缩空气(0.6Mpa)消耗量 (L³/once) Consumption of compress air	60	90	120		150	300
液压站功率（KW） Power of hydraulic system	4	7.5	11		11	15
震动电机（KW） Shake motor	0.25	0.25	0.25		0.5	0.5
最大额定油压/正常运行油压 (Mpa) Pressure of hydraulic system	20/5	20/5	20/5		20/5	20/5
油箱容量  (L) Capacity of oil box	150	160	200		250	300
所用液压油 hydraulic system oil	HLP-46	HLP-46	HLP-46		HLP-46	HLP-46

4、设计计算