王小娟
(寧波全力機械有限公司,浙江寧波 315712)
某公司生產的搖枕為出口產品,采用“B+”級鋼鑄造,它是鐵路貨車最關鍵的零部件之一,其質量好壞直接影響到行車安全。一個好的鑄造工藝對保證產品質量至關重要,而好的工藝裝備是好的工藝實現的前提。
在傳統鑄造工藝中,搖枕的斜楔芯是分成4個單獨的砂芯(圖1)。此工藝的砂芯自由度大,雖然在制芯和下芯時方便,但由于砂芯芯頭與外模芯座有間隙,在下芯時偏移方向隨機性較大,斜楔中心距和同端兩側斜楔對縱向中心平面對稱度控制有難度,即便是采用下芯樣板來控制也會有操作誤差,而且彈簧面是由外模制出,會造成彈簧面變形。采用改進后的工藝(圖2),同端兩側斜楔芯連為一體,形成一個局部整體芯,下芯時兩側斜楔同步性好,斜楔的相對位置精度不需要用樣板來控制,而是靠芯盒制作精度來控制,并且彈簧面由砂芯制出,保證了彈簧面不變形。更為重要的是此搖枕下部彈簧面與斜面交接的圓弧段為重要部位,不允許因為有缺陷而修補,制芯時可以通過各種方式來解決此處的缺陷。改進后的工藝,由于砂芯體積和質量都比較大,制芯和下芯都不便,為此我們設計了翻轉和下芯吊具(圖 3)。
圖1 傳統鑄造工藝
圖2 改進后的工藝
圖3 翻轉和下芯吊具
此套斜楔芯冷芯盒是在Z8480B射芯機上一次成型的,模具由上下芯盒、前后左右抽塊組成。采用油缸抽芯,管路接口必須密封,油路線一目了然,前后一路,左右一路。在型腔內合理布置射嘴孔、上下頂桿孔及排氣塞。此套工裝目前在該公司使用效果較好,運用此套工裝制作的砂芯及下芯精度達到工藝設計要求,尺寸控制較好。
搖枕均為箱體結構,內腔多筋板,且側面有工藝孔。傳統工藝內腔砂芯一般由多段、多層、多個砂芯組成,下芯過程中和下芯后,砂芯起吊不平穩(wěn),下芯難到位,且調整困難,使砂芯之間接合處產生錯位、披縫、氣孔等鑄造缺陷,使工人清砂困難,內腔夾砂無法清除,增強了工人的勞動難度,工作效率低,影響鑄件的質量。為提高產品質量,根據客戶要求設計制造出搖枕內腔砂芯整體射芯模具,且將側工藝孔補砂芯與整體芯相連,可以實現鑄件關鍵部位(搖枕的A、B部位)內腔砂芯無分段,及擴展區(qū)域的形狀完整,避免在搖枕關鍵部位因砂芯分段而出現披縫、臺階等缺陷;利用自帶的側面補砂芯支撐整體芯,實現了搖枕無芯撐生產。這種模具為一體式射芯盒模具,模具由上下芯盒、射砂和頂芯機構組成,制作模具時合理布置射砂嘴、上下頂芯桿及排氣塞,在必要位置加上成型冷鐵及圓鋼冷鐵,在芯盒內腔布置間距為40mm~60mm的冷卻工藝薄筋,使砂芯一次成型且完好無損,有效地控制產品質量,無需多套模具的組合,使生產出的鑄件內腔光滑、平整、無缺陷,有效地避免了因砂芯間多肉、大面積裂縫引發(fā)的裂紋傾向,尺寸均勻準確,便于清理,同時提高了砂芯的強度和模具的使用壽命,使用壽命達六萬次左右。
雖然消除了分芯帶來的質量隱患,但由于整體芯輪廓尺寸較大,下芯時不易保證砂芯平衡,在下芯時,如果不是所有芯頭同時下入砂型,很容易產生砂芯與芯頭間、砂芯與砂型間的磕碰,導致鑄件內外表面夾砂等缺陷,不利于提高鑄件的表面質量。同時由于芯頭存在間隙,也會導致砂芯偏向某一側造成鑄件壁厚不均,從而影響鑄件的尺寸精度。為此我們利用三維軟件計算出砂芯的重心,設計出搖枕整體芯手工下芯的吊具,同時預留了機器手下芯時所用的夾持面。經過在生產現場實際使用,手工下芯吊具能夠實現砂芯吊運的平穩(wěn)和下芯安全。
中間段整體芯和吊具如圖4。
圖4 整體芯和吊具
手工下芯吊具雖然能滿足砂芯吊運和下芯,但效率較低,下芯精度要受到人為因素的影響。因此,為提高生產效率和下芯精度,搖枕整體芯采用機械手下芯工藝,我們聯合機器人公司對整體芯夾持面進行合理設計,在保證整體芯脫模順利的前提下,減少夾持面的角度,實現機械手夾持和打開順暢。同時,為保證機器人夾持定位準確,在砂型和整體芯砂上分別設置了機器人掃描孔,進行識別和定位。由于機器人系統定位精度高,砂芯自動抓取平穩(wěn),整個動作依次結束,下芯準確可靠且無人工干預,具有工藝尺寸穩(wěn)定、產品質量好的特點,大大地提升了搖枕制造技術水平,還進一步提高了搖枕生產效率,保證了客戶的需求量,對強化產品質量,更好地保證行車安全具有積極作用;同時對提高工序的自動化程度,降低勞動強度,改善作業(yè)環(huán)境起到良好的作用,深受工人們歡迎。
圖5 機器人夾具夾持整體芯
目前,該工藝已經能夠滿足該產品生產的要求,生產出的鑄件尺寸符合圖紙要求,并且通過了動、靜載荷試驗等,各種檢測結果均符合產品技術條件及達到各相關標準的要求,得到了國外客戶的肯定,從而為下步的批量生產做好了技術和工裝準備。
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