朱吉祿

(中國中元國際工程有限公司,北京 100089)

1 造型機發(fā)展概況

1.1 發(fā)展簡述

粘土濕型砂（Green Sand）機器造型首創(chuàng)于1837年，已跨越三個世紀。濕型砂造型機的發(fā)展一直延綿不斷，波瀾不驚，且始終圍繞著分型面硬度的提高及其分布的均勻，透氣性的改善所展開。分型面硬度的提高，歷經(jīng)0.25M Pa～0.4MP a的中低壓和0.7MPa及其以上的高壓，兩個歷史時期地不斷發(fā)展，已分出伯仲，順應(yīng)生產(chǎn)的需要、技術(shù)的進步。緊實強度曲線的分布，通過緊實方式地不斷改進創(chuàng)新，歷經(jīng)“背松面緊、背緊大于面緊、背緊小于面緊”三種狀態(tài)的甄別，其背松面緊狀通氣性好但浮砂棄用量大、背緊大于面緊狀通氣性差，相形見絀，唯有背緊小于面緊狀綜合性能俱佳，其透氣性、硬度及均勻性分布問題都得以完美解決。與此同時，砂箱、脫箱（無箱）兩類相映成趣的造型機，也得以相應(yīng)發(fā)展，當(dāng)然重點是圍繞量大面廣的砂箱造型所展開，不過脫箱造型亦曾一度名聲大噪。

1.2 中低壓造型發(fā)展

粘土濕型砂中低壓造型發(fā)展時期，自1837年至2000年歷時長達163年之久，方告了結(jié)。曾歷經(jīng)1837～1889年人力機型、1869～1908年機動機型、1897～2000年氣動（壓縮空氣）機型三個發(fā)展階段，使分型面的硬度達到了55～75左右GF單位，且砂型三種緊實強度曲線俱全。呈背松面緊狀的緊實方式分別為人力震實、機械震實、氣動震實三種;呈背緊大于面緊狀的緊實方式分別為人力壓實、機械壓實、氣動壓實三種；呈背緊小于面緊狀的緊實方式分別為機震+壓實、氣震+輔助壓實（簡稱震壓）兩種。其輔助壓實，還移植了20世紀70年代高壓造型主動隨形多觸頭，以替代被動式平壓頭，改善緊實曲線的分布狀態(tài)，使氣動震壓式造型機登上了新臺階，十分難能可貴。中低壓類造型機的發(fā)展脈絡(luò)概況，如表1所示。

1.3 高壓造型發(fā)展

粘土濕型砂高壓造型發(fā)展時期，自1949年至今，歷時半個世紀，歷經(jīng)初級、中級和高級三個發(fā)展階段，并形成高壓造型簡易同質(zhì)化創(chuàng)新、沖壓造型競相爭鳴創(chuàng)新兩個高潮期的發(fā)展。這兩個創(chuàng)新高潮，分別發(fā)生在20世紀50年代和80～90年代，使分型面的硬度達到了85～98 GF單位，相對合理的新機型得以不斷涌現(xiàn)，三種緊實強度曲線也一應(yīng)俱全。呈背緊大于面緊狀的造型機為高壓（液壓）法及其衍生型，呈背松面緊狀的造型機為氣沖法及其衍生型，呈背緊小于面緊狀的造型機分別為型板逆向液壓法、氣沖+壓實（以下簡稱沖壓）法。其型板逆向壓實法，是高壓壓實法技術(shù)創(chuàng)新的最高境界；沖壓法，是氣沖法衍生創(chuàng)新形式的完美體現(xiàn)。高壓類造型機的發(fā)展脈絡(luò)概況，如表2所示。

表1 粘土濕型砂中低壓類造型機發(fā)展脈絡(luò)表

1.4 脫箱造型發(fā)展

粘土濕型砂脫箱（無箱）造型的發(fā)展，主要體現(xiàn)在現(xiàn)代，歷經(jīng)垂直型面和水平型面兩種形式的爭鳴，各有所長，各得其所。垂直型面，歷經(jīng)射砂+壓實（以下簡稱射壓）法、沖壓法的發(fā)展。水平型面，歷經(jīng)氣動震壓法、液壓法、射壓衍生法等方式的競相發(fā)展，略顯悠久。濕型砂脫箱造型工藝，不以緊實強度曲線的分布狀態(tài)論短長，其機型的發(fā)展脈絡(luò)概況，如表3所示。

表2 粘土濕型砂高壓類造型機發(fā)展概況表

表3 粘土濕型砂脫箱類造型機發(fā)展概況表

2 中低壓造型機

表1中，跨越三個世紀的濕型砂中低壓造型機之人力機型、機動機型已慢慢消失在歷史發(fā)展的長河之中，無以尋覓。但氣動機型于20世紀50～70年代仍風(fēng)靡于全世界，并被我國列入國家標(biāo)準(zhǔn)型譜，其震實式、壓實式、震壓式的系列代碼分別為XZ2、XZ3、XZ1，且沿襲至今。更有甚者，蘇州鑄造機械廠別出心裁，將高壓造型機主動隨型多觸頭這項技術(shù)，移植到了震壓式機型之上，并于2000年在北京國際鑄造展覽會上展出，使本已落伍的機型煥發(fā)出了青春，也讓業(yè)界為之一振。

震壓式造型機一旦移植了主動隨型多觸頭之后，可想而知那就今非昔比了，對模樣高低起伏較大、型腔比較復(fù)雜鑄型的生產(chǎn)，對批量小、品種多、產(chǎn)量不大機械化造型線主機的選擇，便可助一臂之力，以拾遺補缺。

2000年北京國際鑄造展覽時，正值援緬農(nóng)機廠（手扶拖拉機）鑄鐵車間機械化造型線主機的選擇，處于兩難境地，高壓造型機效率太高，而不可攀，震壓式造型機檔次過低，而不能就，一籌莫展。主動隨型多觸頭震壓式造型機的展出，則使得袖珍式援緬農(nóng)機鑄鐵車間的工藝設(shè)計得以妥善解決，并成為整個援建項目的亮點，而獲得高度點贊。

3 高壓壓實造型機

3.1 高壓壓實簡述

為滿足鑄件尺寸精度和品質(zhì)的提高，采用緊實力高的造型機，提高砂型硬度勢在必行，于是借鑒三梁四柱液（油）壓機工作原理的高壓造型機，至1949年便得以首創(chuàng)。但由于造型機壓頭的行程較短、載荷相對較小，勿需采用活動橫梁進行導(dǎo)向，于是變異為類雙梁四柱的形式（參見圖5），或矩形單柱懸臂形式（參見圖7）。相對于日臻完善成熟的震壓式造型機，高壓造型機從結(jié)構(gòu)形式到緊實動力都發(fā)生了根本性的變化，不可同日而語。

為滿足緊實曲線強度分布狀態(tài)的改善，硬度分布的均勻，從表2看，高壓壓實造型機又歷經(jīng)了壓頭的衍生、預(yù)緊實工藝的創(chuàng)新及其改進、施壓方向的改變?nèi)N機型的發(fā)展。其壓頭衍生和預(yù)緊實工藝改進，又分別經(jīng)歷了階段不同的創(chuàng)新，相對合理的機型得以不斷涌現(xiàn)；其型板逆向施壓方式的創(chuàng)新，高壓壓實真正合理的機型才得以完善。

3.2 壓頭衍生型

高壓壓實造型機于1949年由Taocone公司所首創(chuàng)，其壓頭為柔性薄膜型。正因為此，砂型面硬度仍難于達到鑄造生產(chǎn)發(fā)展要求，于是高壓壓實造型機以壓頭改進為特征的創(chuàng)新便得以展開，1956年由格勞埃，20世紀50年代末由Herman Moldmaster相繼推出了剛性平壓頭，剛性多觸頭，并采取驟壓法進行壓實。高壓壓實造型機壓頭歷經(jīng)一個時代的初步創(chuàng)新，柔性薄膜型也好，剛性平壓頭型也罷，相形見絀，剛性多觸頭型一枝獨秀，贏得業(yè)界一時青睞。

隨著機械產(chǎn)品不斷發(fā)展，鑄件結(jié)構(gòu)日以復(fù)雜，剛性多觸頭已難于維系，于是20世紀90年代新一輪壓頭的創(chuàng)新不期而遇，其中隨形多觸頭型和預(yù)應(yīng)力多觸頭（Dynamatic）型拔得頭籌，分別由日本新東公司和德國BMD率先推出，且施壓方式也不再采用驟壓而改為了漸壓。

隨形多觸頭即所謂的集合管式，其工作原理是通過互通管及特殊設(shè)計的節(jié)流孔，以使所有的觸頭同步協(xié)調(diào)施壓，以消除切向分力，使高低起伏型腔表面得以均衡的施壓。集合管式多觸頭的結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。

圖1 集合管式隨形多觸頭結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)應(yīng)力多觸頭則是根據(jù)鑄型內(nèi)腔表面凹凸幾何形狀的不同，對相應(yīng)的觸頭活塞缸中按數(shù)字計算要求，預(yù)設(shè)一定的壓力，以控制相應(yīng)觸頭凸凹行程，使型腔凹凸表面的硬度趨于一致。預(yù)應(yīng)力多觸頭的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力多觸頭結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 預(yù)緊實型

3.3.1 預(yù)緊實工藝簡述

高壓壓實造型采用預(yù)緊實工藝，是其機型發(fā)展過程中不可或缺的主要手段。首先由德國BMD公司于1962年率先推出了氣動微震式預(yù)緊實工藝，隨后美國CE-Spomat、Osborn、德國KW、瑞士GF也相繼開展了研發(fā)，一度成為高壓造型的主流機型。

氣動微震預(yù)緊實所采用的頻率一般為500～1000次/min，屬中頻，振幅為5～25mm，對環(huán)境影響相對較小，故謂之微震，有別于中低緊實率的氣震造型機。氣動震實式和氣動震壓式造型機所采用的頻率一般為60～120次/min，屬中低頻，振幅和噪聲都很大。隨著生產(chǎn)效率和環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，氣動微震預(yù)緊實工藝相形見絀，而為充氣預(yù)緊實式和氣滲預(yù)緊實式所淘汰，其氣滲預(yù)緊實式則發(fā)展為新一代的主流機型。

3.3.2 充氣預(yù)緊實式

充氣預(yù)緊實式高壓多觸頭壓實造型（Airpresspuls）法，由德國KW（Kunkel-Wagner）公司于1987年所推出。KW后又將其與1979年所推出的負壓填砂高壓多觸頭壓實造型（Vacupress）法中的負壓填砂工藝進行了集成，以改善型砂的填充性狀，進一步提高充氣預(yù)緊實的效果，并形成一種所謂的負壓填砂充氣預(yù)緊實高壓多觸頭壓實造型（Variopress）法的新工藝。這樣可充分利用原有高壓造型的工藝裝備進行生產(chǎn)，其噪聲也可降低至85dB（A）以下，但預(yù)緊實的效果仍難于達到預(yù)期的效果，相形見絀。KW公司之負壓填砂多觸頭壓實工藝和充氣多觸頭壓實工藝流程原理，分別如圖3和圖4所示。

3.3.3 氣滲預(yù)緊實式（靜壓法）

氣滲預(yù)緊實式高壓多觸頭壓實造型（Air Flow High-Pressure Squeeze）法，由日本新東（Sindo）公司于1979年首先推出APS型，再于1989年推出APK型，并謂之靜壓法，亦為業(yè)界所認同。所謂“氣滲”是指儲氣罐快開閥開啟后，壓縮空氣迅速透過所填充好的型砂層，再隨型板上的排氣塞排除，使型砂在壓縮空氣流的誘導(dǎo)下，以靜止?fàn)顟B(tài)得以預(yù)緊實，以提高型面硬度分布的均勻性。其靜態(tài)預(yù)緊實便成為“靜壓”說法的緣由。

3.3.3.1 APS型氣滲

APS型氣滲多觸頭壓實法，其閥門的開啟時間一般為0.2～0.5s，壓縮空氣的升壓速率≤7MPa/s，耗量為4～5Nm3/t砂，排氣塞口面積占比為型面的1%～2%，造型機結(jié)構(gòu)形式如圖5所示，造型緊實工藝流程原理如圖6所示，造型機主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

圖3 負壓填砂多觸頭壓實工藝流程圖

圖4 充氣多觸頭壓實工藝流程圖

圖5 氣滲多觸頭壓實造型機結(jié)構(gòu)形式圖

此外，日本新東自1983年開始與德國Heinrich Wagner公司合作，并組建德國新東（HWS）公司，相應(yīng)推出EFA型氣滲壓實造型機，行銷于歐洲市場。曾為德國薩克森（Schubert&Salzer）公司擴建貨車后橋生產(chǎn)，提供了一條氣滲壓實造型線，砂箱為2500×1600×500/500（mm），上箱設(shè)有箱帶，生產(chǎn)率為25型/h。

3.3.3.2 APK型氣滲

APK型氣滲多觸頭壓實法，其快開閥的開啟次數(shù)（常開一次）、開啟度的大小、開啟時間的長短，排氣塞的大小、數(shù)量和布點均可進行調(diào)整，以進一步提高預(yù)緊實的效果、型面硬度分布的均勻性的改善，當(dāng)可稱之為氣滲可調(diào)法。

3.3.3.3 隨形多觸頭氣滲

日本新東其后將多觸頭改進創(chuàng)新為集合管式隨形多觸頭，則可避免填充砂的橫向移動，便可用于砂型吊砂下垂長度長、凸起高度高、凸起間隙間距窄等更為復(fù)雜鑄型的生產(chǎn)，使氣滲壓實法的潛能得以充分發(fā)掘。

圖6 氣滲多觸頭壓實造型緊實工藝流程原理圖

3.3.3.4 預(yù)應(yīng)力多觸頭氣滲

德國新東于1989年推出HSP-D型氣滲壓實造型新機型，其壓頭為預(yù)應(yīng)力多觸頭，工作臺為兩工位回轉(zhuǎn)形式，用于多品種，中批量鑄件的連續(xù)低效（Continuous Lowering）生產(chǎn)。德國新東HSP-D型氣滲壓實造型工藝流程原理如圖7所示，造型機主要技術(shù)參數(shù)如表5所示。

3.4 型板逆向壓實型

型板逆向壓實（Formimpress）法或分型面壓實法，由意大利歐洲設(shè)備公司（Euro Impianti）于90年代初所推出。型板逆向壓實法的主要工藝特點在于，把余砂框由砂箱的背面之上移至砂箱面之下，即型板分型面之上，模樣兼作壓頭，壓實時模樣由下向上漸進壓入余砂框內(nèi)，直至分型面與砂箱面完全吻合為止，以獲得綜合性能俱優(yōu)的，背緊小于面緊的緊實硬度曲線。與此同時還伴以超高重力填砂，以改善型砂的填充效果。繼而附加多觸頭進行補壓，以進一步提高砂型硬度。超高重力填砂型板逆向漸壓+多觸頭補壓法造型工藝流程原理，如圖8所示。

表4 日本新東氣滲多觸頭壓實造型機主要技術(shù)參數(shù)表

圖7 德國新東HSP-D型氣滲壓實造型工藝流程原理圖

表5 德國新東HSP-D型氣滲壓實造型機主要技術(shù)參數(shù)表

圖8 超高重力填砂型板逆向漸壓+多觸頭補壓法造型工藝流程原理圖

從圖8看，超高重力填砂型板逆向漸壓+多觸頭補壓法，其成型工藝、成套裝備、型板利用率均優(yōu)于上述所謂的靜壓法，系高壓壓實法衍生發(fā)展的最高境界，無以復(fù)加。但因種種原因這一先進工藝未能推廣開來，在我國更是悄無聲息，不甚遺憾，好在為我國無箱水平射壓所借鑒，參見圖28，乃不幸之幸。

4 氣沖緊實造型機

4.1 氣沖緊實簡述

氣沖緊實造型，是為改善粘土濕型砂高壓緊實強度曲線分布狀態(tài)，所創(chuàng)的又一種新的工藝方法，其是利用氣包中氣體劇烈膨出，所形成沖擊波的動能，以對型砂進行緊實，緊實原理與液壓壓實大相徑庭，完全不同。

氣流沖擊波動能Ek，在單位時間t所做的功即做功的能力與氣流的質(zhì)量m和流速二次方v2的乘積成正比，與快開閥開啟的時間t成反比，且做功能力的大小以升壓速率D＝dp/dt進行衡量。當(dāng)D＜7MPa/s（或70bar/s）時謂之為“氣滲”，其閥門相對開啟的時間長，耗氣量大，動能小，為前述靜壓造型預(yù)緊實所應(yīng)用。當(dāng)D＞15MPa/s時謂之為“氣沖”，其閥門相對開啟的時間短，耗氣量少，動能大，用作濕砂型的沖擊緊實。氣沖緊實造型實際所采用的升壓速率，一般為40～50MPa/s，閥門開啟的時間約為5～8μs，比氣滲速率高一個數(shù)量級，耗氣量僅為射壓法的1/3～1/4。

氣沖緊實造型機，曾先后經(jīng)歷高壓空氣沖擊（Automat Pulse）、燃氣沖擊（Gas Impact）、壓縮空氣沖擊（Air Impact）等不同種類和形式氣源的競相比較，壓縮空氣沖擊獨樹一幟奪穎而出，并歷經(jīng)單一壓縮空氣沖擊法、氣沖壓實法等不同方式綿延不斷地革新發(fā)展，而成就為粘土濕型砂又一種日臻完善的緊實工藝，行銷于市。

圖9 蘇聯(lián)高壓空氣沖擊法造型原理圖

4.2 單一氣沖型

4.2.1 高壓空氣沖擊式

高壓空氣沖擊式氣沖造型，由蘇聯(lián)于20世紀60年代推出，空氣的壓力為50～100bar（5～10MPa），初期曾達150bar。蘇聯(lián)克拉瑪托爾契克機器廠及其工藝研究所推出的高壓空氣沖擊法的造型原理，如圖9所示。

從圖9看，當(dāng)高壓空氣進入單向快開/單向快排閥體上部空間，以使閥體向下滑動將氣沖儲氣罐關(guān)閉；當(dāng)閥體上部空間壓力增大時，單向進氣管路開通，以向儲氣罐充氣；當(dāng)儲氣罐壓力達到設(shè)定要求，單向進氣管路關(guān)閉，充氣停止；與此同時單向排氣管路以0.015～0.025s的時限快速開通，閥體復(fù)位，儲氣罐內(nèi)高壓空氣劇烈膨脹，沖擊氣流則通過柵格沖入余砂框，以對型砂進行緊實。經(jīng)過長期努力，已日臻完善，在蘇聯(lián)國內(nèi)得到了應(yīng)有的推廣應(yīng)用，最大砂型為3000mm×2000mm×900mm，最高砂型為500mm×500mm×2600mm。此外，蘇聯(lián)還曾于1967年推出過6～9MPa的空氣沖擊型，用于單件小批中大件的生產(chǎn)。

高壓空氣沖擊式或許因其所用空氣質(zhì)量m過輕（少）、膨脹速度v過大、開啟時間t過快，或許彼此匹配失衡，或許因空氣壓力過高，出于安全考慮，未能推向國際市場。

4.2.2 燃氣沖擊式

燃氣沖擊式氣沖造型，由瑞士GF（George Fischer）公司于1980年所推出，系采用美國沖擊成型專利技術(shù)，首見于1979年西德杜塞爾多夫第三屆國際鑄造博覽會上。燃氣沖擊式是利用可燃氣體燃燒后，所生成煙氣的沖擊波為緊實動力，其緊實原理，如圖10所示。

從圖10看，當(dāng)可燃氣體噴入燃燒室后，由一臺速度可調(diào)的風(fēng)機將可燃氣體與空氣混合均勻，采用電子方式進行打火，以引起沖擊罐內(nèi)混合氣體的迅猛燃燒，所生成煙氣的壓力立即達到4.5MPa左右，而將型砂緊實，于是也曾稱之為燃燒爆炸成型?？扇細怏w一般為天然氣、甲烷、丙烷等，天然氣與空氣的混合比一般為1∶6。

燃氣沖擊式生命期僅短短5年時間，很快就為壓縮空氣沖擊式所淘汰，但也生產(chǎn)了23臺造型主機，并組成了15條造型線，其最大砂箱為85″×60″×20″/20″（2159mm×1524mm×508mm/508mm）。

4.2.3 壓縮空氣沖擊式

壓縮空氣（≤0.6MPa）沖擊式氣沖造型，由瑞士GF于1982年率先推出，隨后德國BMD（Badische Maschinenfabric Durlach）于1983年滯后推出，一并成為氣沖緊實造型機的主流機型，且約定成俗為氣沖法。隨后西班牙Loramendi、德國Schmideberg等公司也相繼推出各具特色的氣沖造型機。

瑞士GF公司氣沖（Air Impact）造型機快開閥為圓盤形，其造型緊實原理如圖11a所示。繼而改進并推出Air Impact Pulse強化型，俗稱增益氣沖，其造型緊實原理如圖11b所示。

從圖11b看，所謂增益氣沖是在圓盤式快開閥的下方增設(shè)了一個小型快開閥，先行開啟以進行預(yù)沖擊，改善型砂的填充效果，避免砂型中搭橋現(xiàn)象的產(chǎn)生。

德國BMD公司氣沖（Air Impact）造型機快開閥為柵格形，其造型緊實原理如圖12a所示。繼而改進并推出Vario Impulse強化型，俗稱阻尼氣沖，其造型緊實原理如圖12b所示。

從圖12b看，所謂阻尼氣沖是在柵格快開閥的下方增設(shè)了一個導(dǎo)流框，框底朝上且布滿孔洞，當(dāng)沖擊法開啟時，其框底部沖擊波受阻減速沖擊，四周沖擊波沿砂箱壁無阻高速直流沖擊，以避免型砂搭橋，并改善型面硬度的分布。

西班牙Loramendi公司氣沖（Air Shock）造型機快開閥也為圓盤形，但有多個，并采用星型方式布置以之強化，其造型緊實原理如圖13所示。

德國斯米得貝格（Schmiedeberg）公司氣沖（Form Tec Contourimpuls）造型機，謂之脈沖可調(diào)氣沖式，集GF增益氣沖原理和BMD阻尼氣沖方式于一體，當(dāng)可理解為增益阻尼氣沖法，其造型緊實流程原理如圖14所示。德國奔馳鑄造廠1992年曲軸生產(chǎn)線改造時，便采用的是這種增益阻力型氣沖式，其砂箱為2600mm×1300mm×600mm/600mm，生產(chǎn)力為30型/h。

圖11 GF氣沖造型緊實原理圖

圖12 BMD氣沖造型緊實原理圖

圖13 Loramendi氣沖造型緊實原理圖

4.3 氣沖壓實（沖壓）型

4.3.1 沖壓型簡述

上述幾種壓縮空氣沖擊型，雖快開閥的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)置方式，緊實強化改進措施有所不同，但緊實強度曲線都呈背松面緊狀態(tài)，不言而喻，仍不理想。于是90年代，出現(xiàn)對氣沖造型機附加壓實工藝的創(chuàng)新浪潮。顧名思義，氣沖+壓實系集氣沖與輔助壓實兩種工藝與一體，以期對緊實曲線分布狀態(tài)的改善，并避免砂箱背面大量浮砂層的鏟除及其周轉(zhuǎn)量的增加，一舉多得。沖壓法主要分為平頭沖壓式、多觸頭沖壓式、預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓式、浮動多觸頭氣沖式，以至又一輪壓頭形式的演義再度上演。

4.3.2 平頭沖壓式

平頭沖壓式的壓頭有平板頭和多孔頭之分，分別由瑞士GF公司、西班牙Loramendi所推出，其造型緊實原理，如圖15所示。

4.3.3 多觸頭沖壓式

多觸頭沖壓式氣沖造型，由西班牙Loramendi公司所推出，其造型緊實原理，如圖16所示。

4.3.4 預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓式

預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓式（Dynapuls）由德國BMD公司于1989年所推出，其造型緊實原理，如圖17所示。

4.3.5 浮動多觸頭氣沖式

浮動多觸頭氣沖式，是壓縮空氣沖擊波不直接作用在填充砂的背面，而是先作用在浮動多觸頭上，再由浮動多觸頭作用在填充砂的背面，旨在將上述氣沖與多觸頭補充壓實融為一體，由長春天合公司于1990年所創(chuàng)，構(gòu)思巧妙。其砂型為900mm×700mm×230mm/230mm的樣機，安裝在吉林梅河口眾鑫鑄造機械公司，并用于青島機車后橋叉速器殼、一汽柴油車二種煞車鼓等車輛鑄件的生產(chǎn)。但未形成產(chǎn)品投放于市，遺憾之至。

圖14 Form Tec增益阻尼氣沖造型緊實原理圖

圖15 平頭沖壓造型緊實原理圖

圖16 Loramendi多觸頭沖壓緊實原理圖

圖17 BMD預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓緊實原理圖

5 脫箱造型機

5.1 脫箱造型簡述

粘土濕型砂脫箱造型機，主要用于簡單小件雙面型板的生產(chǎn)。表3所列，垂直型面射壓型，為丹麥迪砂（DISA）公司一枝獨秀；水平型面液壓型，屬美國亨特（Hunter）公司一統(tǒng)天下。至于傳統(tǒng)水平分型震壓式，已相形見絀；射壓式，則競相衍生，力求突圍，搶占灘涂。

脫箱造型的主打工藝為射壓式。所謂“射壓”是一種集射砂緊實（Sand Shooting Compaction）、壓實（Squeeze）于一體的新的緊實工藝。這種工藝的最大特點是填砂方式一反常態(tài)，不能以重力自行充填，而須借助于壓縮空氣動能射入，并進行緊實或預(yù)緊實，其與前述的氣滲工藝和氣沖工藝大相徑庭，切勿混淆，其原理參見圖18。

圖18 射砂緊實原理圖

從圖18看，當(dāng)射砂閥7快速開啟，儲氣包8內(nèi)的壓縮空氣進入射腔2以膨脹，并通過射砂筒壁縫隙進入射砂筒1，將型砂通過射砂孔3射入芯盒11。這種射砂工藝原本用于型芯的制作，故稱之為射芯機（Core Shooter）。后將其與壓實融為一體，為粘土濕型砂的脫箱造型所采用。

5.2 垂直型面型

5.2.1 射壓式

粘土濕型砂射壓式脫箱造型垂直型面（Disamatic）型，由丹麥迪沙（DISA）公司，于1962年以造型線制式率先推向國際市場，一枝獨秀，被廣泛用于大批量無芯或少芯中小鑄鐵件、鑄鋼件、非鐵合金件的生產(chǎn)。DISA垂直型面射壓脫箱造型緊實工藝流程原理，如圖19所示，系列機型主要工藝參數(shù)，如表6所示。

從圖19看，DISA垂直型面填砂型腔左右兩側(cè)的腔壁，既是壓頭又是型板，即鑄件模樣鑲嵌于這兩塊腔壁之上，呈組合形式，于是每一塊砂型的兩側(cè)均為分型面，前后兩塊砂型相繼連續(xù)串拼，便形成一個個完整的澆注所需要的鑄造鑄型。

表6 DISA射壓脫箱造型主要工藝參數(shù)表

圖19 DISA垂直型面射壓脫箱造型緊實工藝流程原理圖

DISA垂直型面脫箱造型線生產(chǎn)效率很高，是同等水平型面型的2倍及其以上，不可企及，參見表7；用砂省，比壓高，排氣好，鑄件表面光潔，尺寸精確；造型線結(jié)構(gòu)簡單，易操作，故障率低，自動化水平高，因此得以廣泛應(yīng)用，尤其是小型線。但是其下芯不甚方便，模樣也不宜太高，砂塊尺寸難于大型化，因此只適于批量大無芯或少芯中小件的生產(chǎn)。

5.2.2 沖壓式

垂直型面沖壓法，是將填砂或預(yù)緊實由射砂方式改為了氣沖方式。系二汽1994年所申報的專利，構(gòu)思甚好，但沒能形成產(chǎn)品投放于市。垂直分型沖壓法脫箱造型緊實原理如圖20所示。

圖20 垂直型面氣沖壓實脫箱造型緊實原理圖

5.3 水平型面型

5.3.1 油壓式

粘土濕型液壓式脫箱造型水平型面（HMP-E）型，為雙面型板重力填砂壓實法，由美國亨特（HUNTER）公司于1964年所推出，呈12工位轉(zhuǎn)盤制式，以替代手工并可直接采用手工造型雙面型板上線造型，難能可貴，轉(zhuǎn)盤后來發(fā)展為24工位，一統(tǒng)天下，得以較廣泛地采用。HMP-E型造型主機外形如圖21所示，規(guī)格尺寸如表7所示。

圖21 HMP-E水平型面脫箱造型機外形圖

表7 HMP-E水平型面脫箱造型機規(guī)格尺寸表

5.3.2 射壓衍生式

5.3.2.1 射壓衍生簡述

丹麥DISA公司一枝獨秀的Disamatic垂直型面機型，固然很好，但下芯操作不便也是不爭的事實，且解決之道唯有將分型面改為水平方可，為此圍繞水平分型射壓的衍生創(chuàng)新，風(fēng)生水起，呼之欲出。于是“頂?shù)棕搲簩ι鋲簩嵎ā?、“兩?cè)負壓對射壓實法”、“頂側(cè)兩向射砂壓實法”、“垂直射壓水平合型法”、“單側(cè)射砂型板逆向壓實法”等典型機型層出不窮，以至粘土濕型砂水平型面脫箱射壓造型工藝日漸完善。

5.3.2.2 頂?shù)棕搲簩ι鋲簩嵎?/p>

頂?shù)棕搲簩ι鋲簩嵎?，水平型面脫箱射壓造型謂之Disaforma，系丹麥DISA公司在Disamatic的機型上所創(chuàng)新，以用于比較復(fù)雜的中小件的生產(chǎn)，但生產(chǎn)效率相應(yīng)降低一半左右，參見表6，真可謂魚和熊掌不可兼得。就其運用的廣泛性，自始至終莫過于其垂直型面型。其DISA-3030型，即為水平型面型脫箱射壓造型線，如圖22所示。其射壓脫箱造型原理，如圖23所示。

5.3.2.3 兩側(cè)負壓對射壓實法

兩側(cè)負壓對射壓實法，水平型面脫箱射壓造型分為HFM、AGM兩中形式。HFM型，由德國哈弗林格（Hafliger）公司所推出，采用人工下芯；AGM型，由德國AGM（Achinger GieBereimaschinen）公司所推出，將下芯改為自動進行，并號稱Hafliger-2000。AGM型水平型面射壓脫箱造型工藝流程原理，如圖24所示，HFM/AGM系列機型主要工藝參數(shù)如表8所示。

圖22 DISA-3030頂?shù)棕搲簩ι鋲簩嵎ㄋ叫兔婷撓湓煨途€透視圖

圖23 DISA頂?shù)棕搲簩ι鋲簩嵎ㄋ叫兔婷撓湓煨途o實原理圖

圖24 AGM型兩側(cè)負壓對射壓實法水平型面脫箱造型流程原理圖

表8 HFM/AGM系列機型主要參數(shù)表

從圖24-8看，AGM型之砂型脫箱后，先被推到臥置的“L”型墊板上，再在L型墊板兩端套上槽型壓鐵，以致整個砂型為后續(xù)的L型墊板所包覆，不是砂箱，甚是砂箱，以提高砂型的抗脹能力，于是便有射壓“有箱”造型之說。

5.3.2.4 頂側(cè)兩向射砂壓實法

頂側(cè)兩向射砂壓實法，水平型面脫箱射壓造型機為FBM型，由日本新東（Roberts Sinto）公司所推出。其分型面呈子口形，以提高合型的精度和密閉性，避免所澆金屬液的跑冒。FBM型的水平子口型面形式，如圖25所示；造型流程原理，如圖26所示。

5.3.2.5 垂直射壓水平合型法

垂直射壓水平合型法，水平型面脫箱射壓造型機為FBO型，由日本新東（Roberts Sinto）公司所推出。射壓沿用Disamatic垂直型面機型的方式及原理，以避免其FBM型所采用的復(fù)雜系統(tǒng)。FBO型脫箱射壓造型流程原理，如圖27所示。

5.3.2.6 單側(cè)射砂型板逆向壓實法

單側(cè)射砂型板逆向壓實法，水平型面脫箱射壓造型機為X427型，由青島第二鑄機王孟蘇等于1990所創(chuàng)新推出，將水平型面脫箱射壓造型工藝推向極致，堪稱完美，其緊實流程原理，如圖28所示。

圖25 FBM型水平子口型面形式示意圖

圖26 FBM型頂側(cè)兩向射砂壓實法水平型面脫箱造型流程原理圖

圖27 FBO型垂直射砂水平合型法水平型面脫箱造型流程原理圖

圖28 X427型單側(cè)射砂型板逆向壓實法水平型面脫箱造型流程原理圖