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拋丸機在大型臥式加工中心床身鑄件的鑄造

文章出處:www.onenonly.com.cn人氣:1053發表時間:2018-05-02

通過調整大型臥式加工中心床身分型麵、分芯和澆注係統的工藝設計, 以及對製芯、造型、塗料、合箱、澆注、落砂過程等工序操作的控製, 分析了產生嗆火、夾砂和夾渣等鑄造缺陷的原因, 采取調整排氣設計、增加芯撐數量、加強砂芯定位和采用3D打印技術將床身砂芯做成整體等技術措施, 解決了嗆火問題;同時, 保證型砂強度在4.05.5 MPa, 型砂使用時間控製在610 min, 控製內澆道鐵液流速≤1 m/s, 減少下芯、合箱過程中的碰擦, 解決並預防了夾砂和夾渣缺陷的產生, 並對電爐的化學成分進行了調整, 為鑄件的生產奠定了工藝、技術基礎, 提升了生產此類鑄件的能力。

Casting of Large Horizontal Machining Center Lathe-bed

WANG Meng

Kocel Machinery Limited;

Abstract:

By adjusting the process designs of large horizontal machining center lathe-bed, such as parting surfaces, core arrangement, gating system and other control on the core, shape, paint, assembling, pouring, sanding process, et al, the reason of choking, burning, slag and other casting defects were analyzed. The choking was solved by adjusting the exhaust design, increase the number of support cores, adjusting the sand core positioning, using 3 D printing technology to make the whole body of sand core and other technical measures. At the same time, the sand strength was assured in 4.05.5 MPa, sand was using in 610 min, the iron flow rate in runner was less than 1 m/s. The rubbing between the core and box was reduced. The occurrence of burning and slag defects were solved and prevented. The chemical composition of the electric furnace was also been adjusted for the production of castings. These measures had laid a process and technical basis for the production of castings and enhance the ability to produce such castings.

臥式加工中心的主軸軸線與工作台平行設置, 主要適用於加工箱體類零件。工作原理是工件在加工中心經1次裝夾後, 電腦能自動選擇不同的刀具, 自動改變機床主軸轉速, 依次完成工件多個麵上多工序的加工。臥式加工中心的優勢是能夠大大提高生產效率, 缺點是占地大、成本高, 在汽車、航空航天、船舶和發電等行業被大量用於複雜零件的精密和高效加工。

1 產品信息概述

床身作為臥式加工中心中最大、最重的基礎部件, 有2橫2縱高低不同的4條導軌, 低導軌安裝工作台, 高導軌安裝立柱, 床身通過螺栓固定連接於地麵上。導軌、托架孔和軸孔是關鍵部位, 在生產時需要專門的控製措施。床身的鑄件結構如圖1所示, 外輪廓尺寸2 516 mm×1 752 mm×1 177 mm, 最大壁厚60 mm, 最小壁厚20 mm, 質量3 965 kg, 材料牌號為FC300。尺寸精度要符合客戶要求。

2 床身工藝設計

2.1 鑄造工藝設計

2.1.1 分型麵設計

選擇床身底麵作為分型麵, 使導軌朝下, 即床身鑄件的澆注位置方向與其使用位置方向相反, 如圖2所示。

2.1.2 砂芯組合設計

首先, 沿床身縱導軌兩側設計邊芯;其次, 在床身橫導軌的大端設計邊芯, 並靠芯頭固定;最後, 將內腔排屑槽砂芯標於下箱、內腔花筋砂芯分檔用芯撐固定, 其餘軸孔、鉗口等單獨設計粘芯, 如圖3所示。

圖1 床身鑄件結構Fig.1 Lathe-bed casting structure

圖1 床身鑄件結構Fig.1 Lathe-bed casting structure   下載原圖

2.1.3 澆注係統設計

根據床身的結構特點, 采用開放式加過濾網的澆注係統, ΣF:ΣF:ΣF=1:2:2, 內澆道使用瓷管底返到導軌上, 圖4為床身鑄件的澆注係統, 采用鴨嘴冒口進行補縮。

2.2 工藝過程控製

砂芯和砂型均采用呋喃樹脂自硬砂製作。

2.2.1 製芯

 圖2 床身鑄件分型麵Fig.2 Lathe-bed casting parting surface   下載原圖

鑄件內腔結構複雜, 局部填砂塞砂困難, 因此, 采取優化芯盒結構、增開填砂口、製作專用緊實工具等技術措施, 並且緊實砂芯要求杜絕虛砂。為保證內腔砂芯的出氣, 需紮排氣眼、聯體芯放置氣道, 排氣眼深度應大於2/3砂芯高度, 排氣眼直徑>10 mm, 排氣眼引出口必須在方門中心。

2.2.2 造型

造型時應注意澆注係統、冒口及排氣眼是否符合工藝要求, 包括尺寸、大小和位置是否合適。其次, 要注意澆注係統、活塊下麵、導軌等部位的緊實, 要求填砂時必須3人以上進行緊實操作, 有條件的可進行震動緊實。另外, 模具要求具有良好的起模性, 確保起模順利。

2.2.3 塗料

砂芯、砂型經檢查合格後方可進行塗掛塗料, 要注意:按要求調整好塗料波美度, 型、芯各施塗2遍, 第1遍采用滲透型塗料施塗, 待第1層塗料幹燥後, 第2遍使用燒結型塗料施塗。砂芯邊角、砂型導軌等重點部位需嚴格檢查, 確保施塗到位, 防止高溫鐵液燒結砂粒造成鑄件粘砂、衝砂缺陷。

2.2.4 合箱

(1) 將鑄型放置在平整地麵上, 箱口對角拉直線再通過支墊等操作校平分型麵。

(2) 清理鑄型。

(3) 按設定好的順序下芯, 每下一塊芯都要測量高度、寬度和長度, 側麵的邊芯下芯時必須驗芯, 確保組芯累計誤差不超標。

(4) 組芯完成後合上箱, 並驗箱。先用白泥粉從上箱蓋氣眼撒下, 揭開上箱蓋從箱口觀察砂芯的排氣眼與上型氣眼位置是否對準, 若白泥粉撒在砂芯的排氣眼內, 則說明上型合箱到位, 控製披縫不超過規定的範圍。

(5) 壓箱、卡箱、放澆口盤, 待澆注。

2.2.5 澆注

床身鑄件的材料牌號為HT300, 澆注時重點是控製澆注溫度保持在1 390±10℃, 同時, 保證澆注過程不斷流, 澆口盤始終保持充滿, 及時擋渣、扒渣。

2.2.6 落砂

澆注後原地冷卻3~4天即可打箱落砂。要求先揭開上蓋落砂, 再提中圈落砂, 最後將鑄件吊出放置在清理區, 去除澆冒係統, 清理內腔中的芯砂。

2.2.7 時效、拋丸及鏟磨、噴漆

落砂後將床身鑄件轉至後續工序, 進行時效、拋丸及鏟磨、噴漆等工序。

3 常見缺陷及預防

生產出一台合格的大型床身鑄件並不容易, 在鑄件的清理過程中, 甚至在澆注過程中經常會發現鑄件嗆火、嗆氣、夾砂、夾渣等缺陷, 尺寸和材料質量也會出現問題, 要針對這些生產缺陷做出調整和預防措施。

3.1 嗆火

嗆火缺陷主要發生在兩種情況下:一是在澆注過程中出現嚴重噴嗆;二是鑄件拋丸後上表麵出現嚴重的渣氣孔, 見圖5。

鑄件嗆火的根本原因是澆注過程中型芯出氣不暢、漂芯所致, 因此, 采取的技術措施為:

(1) 排氣設計:床身的砂芯, 特別是內腔芯排氣孔要求直徑>10 mm, 深度為砂芯的2/3, 200mm×200 mm範圍內至少紮2個排氣眼, 最關鍵的是砂芯排氣眼與上型的氣眼必須要對準、密封好, 做到不漏氣, 故合箱時的檢查操作至關重要。

(2) 增加芯撐數量, 加強砂芯定位, 或適當加大芯撐的直徑, 提高芯撐自身的支撐強度, 避免漂芯造成嗆火。

(3) 采用3D打印技術將床身砂芯做成整體, 使內腔芯組連為一體, 便於固定且尺寸形狀精確。

(4) 加強過程控製, 使箱口披縫、砂芯間隙在規定範圍內, 降低人為影響因素。

3.2 夾砂、夾渣

床身鑄件生產中出現最多的是夾砂、夾渣缺陷, 通常占到缺陷的50%以上, 主要體現在鑄件頂麵、側麵臍子及非加工麵。因此, 采取的技術措施為:

圖5 鑄件渣氣孔缺陷Fig.5 Castings slag defects

圖5 鑄件渣氣孔缺陷Fig.5 Castings slag defects   下載原圖

(1) 控製型砂質量:保證型砂強度在4.0~5.5MPa, 型砂使用時間控製在6~10 min, 使砂芯有足夠的強度, 減少衝砂造成的夾砂缺陷。

(2) 澆注係統:通常澆注係統采用開放式加過濾網, 控製內澆道流速≤1 m/s, 保證鐵液澆入平穩且有效擋渣, 內澆道澆入點選擇在導軌上的衝筋板, 避免直接衝向砂芯造成衝砂缺陷。

(3) 減少下芯、合箱過程中碰擦:模具的間隙披縫處理到位, 單麵間隙不超過3 mm, 箱口披縫不超過4 mm;對長、寬單一方向大於800 mm的砂芯, 在製芯時放置3個芯鼻, 保證吊運平穩, 避免組芯過程中產生碰擦。

3.3 材料質量問題

材料質量穩定是鑄件各項性能達標的基礎, 雖然這類問題並不多, 但仍需要重視。針對床身鑄件出現過的冒口根部組織疏鬆、加工後色差大、100倍金相下的空洞缺陷, 采取的措施為:

(1) 電爐化學成分控製:不能為了保證實體硬度而降低w (C) 量和CE [1]陸文華.鑄造合金及其熔煉[M].北京:機械工業出版社, 2002. ">[1], 應通過孕育工藝提高材料質量, 控製w (C) 量在3.1%~3.2%、w (Si) 量在1.7%~1.8%、CE在3.70%~3.80%。

(2) 將原設置在地腳加工麵頂部的冒口改到鄰近的非加工麵上, 或將設置在地腳加工麵頂部的冒口改為溢流冒口。

  鑄件拋丸清理對任何一家鑄造廠而言都是必要的生產工序之一。除了鑄件的類型(如尺寸、形狀、重量)和生產速度、產能要求等會影響的選擇,還有其他一些影響因素。各種造型工藝線生產出的數以千計的不同鑄件,相匹配的就有多種冷卻、落砂方式的組合,所有這些上遊工序的工藝都會影響鑄件的清理要求。除此之外,下遊的生產,如鑄件最終用戶的意見,也會影響鑄造廠對於拋丸機的選擇。

  1、溫度的影響

  鑄件進行拋丸清理的理想溫度最好是接近環境溫度,但每家鑄造廠的冷卻時間不盡相同,因此鑄件進入拋丸室的溫度差別也很大。因此拋丸機在設計時,應考慮到用戶生產可能的最高溫度,假設客戶需要對極端高溫的鑄件進行清理,設計的拋丸機就必須符合這樣的要求,如此才能減少日後的維修,停機和其他包括操作安全隱患等問題。

  一般鑄造廠使用的拋丸機可處理表麵溫度高達100℃左右的鑄件。在這樣的溫度下,就不適宜用橡膠履帶輸送式拋丸機,而要選擇用鋼履帶式或錳鋼履帶輸送式拋丸機。再高的溫度,如高達175℃, 時,就必須輔以特殊耐高溫的密封,幕簾和提升機履帶。

  這些高溫作業還會對設備維護提出特殊要求,熱的零件、熱的機器加之熱的磨料,對於設備維修、操作安全均是個挑戰。在這樣的生產情況下,軸承的潤滑、輸送帶的設計、易損件材料的組成、通風和控製係統都需要經常更換,鏈條和其他非燃材料替代了橡膠密封、幕簾和履帶。因此,高溫鑄件會影響拋丸機的選擇,適宜的設備才能滿足高效清理、安全生產和減少維護要求。

  2、分離器的影響

  對於砂型鑄造,大部分的砂都是通過落砂這道工序清除掉,這有助於冷卻和減輕下一步拋丸除砂的工作量。當然,也有一些鑄造廠,免掉了落砂工序,直接由拋丸機完成清砂任務。有時,進入拋丸室的鑄件上的砂或許比金屬本身還多,因此,對於這種情況,拋丸機就需要設計特殊的回收係統,來處理拋丸過程中產生的大量砂料,隨後經由磁選分離器或風選式分離器將廢砂和圓形鋼丸磨料篩分開。

  如果選擇風選式分離器,就需用到一個雙層空氣吹落裝置,並配有二次磁選或風選設計。對於高溫型砂鑄件清理,就要慎選分離器,因為高溫會降低磁分選的效果,如處理實型鑄造模具,為提高清理覆蓋率,確保工件的所有表麵均清理幹淨,通常是將鑄模置於桌上或旋轉吊鉤籃子裏,然後送入拋丸室,邊旋轉,邊進行清砂清理。

  如果在拋丸前要進行振動落砂,則通常選用一個振動裝置或滾筒。滾筒式落砂,使用翻滾介質,能減少附著在鑄件表麵的型砂,便於隨後的拋丸清理。

  3、清理類別的影響

  在分析了上遊工藝流程對於拋丸要求的影響之後,那麽下一步就是選擇清理類別了,如批量式或連續通過式,亦或單獨一個一個清理。一般批量式機型包括履帶式、吊鉤式、轉台式拋丸機,其優勢在於拋丸時間可根據不同鑄件的不同結構、碳硫分析儀形狀及大小進行調節,可實現一次性清理。

  履帶式拋丸機是一種生產效率高的批量清理係統,鑄件可邊翻滾邊被清理幹淨,且不損傷零件,自動上、下料進一步提高了產能。旋轉吊鉤式拋丸機適宜於清理薄壁或易損、易碎件。轉台式拋丸機適用於大型鑄件或那些不能被翻滾、吊鉤或鏈條無法承重或不容易固定的工件。

  對於產量要求高的鑄造廠,通常會選擇連續式清理係統,包括連續履帶式拋丸機、連續滾筒式拋丸機、振動隧道式拋丸機和網帶通過式拋丸機。對於大多數連續清理作業,特別是客戶要清理多種不同結構和大小鑄件,確定輸送係統尺寸和拋丸室容量就非常重要,這能最大限度減少返工的需要。連續式拋丸機尺寸的確定必須根據客戶要清理的最重工件的重量、鑄件體積以及平均每小時通過的噸位量。

  無論是選擇連續式或批量式拋丸機,鑄件密度也是一個重要考量因素。有一些拋丸機型是設計用於清理特殊鑄件類型的,如清理缸體、缸蓋的機械手式全自動拋丸機,人工拋丸機,清理製動鼓的斜帶式拋丸機,清理鑄管的旋轉輥輪式,清理缸體、缸蓋內部的帶自動噴嘴的走梁式和輥道式清理機。懸掛式拋丸機是結合了批量式和通過式兩種工件運送方式,適用於多種鑄件中、高產量的清理要求。

  對於鑄造企業,最常見的工藝流程是落砂和切邊以後進行拋丸清理。有時,附著在鑄件上的射料澆口的清理與鑄件清砂一並進行;有時,澆口的清理則分開單獨一道工序清理。

  現在,您一定了解到了不同鑄件選擇合適的拋丸機的重要性,因此,AG亚游集团建議您在選擇拋丸機時一定要多方麵考慮各種因素的影響,可以避免不必要的損失。另外,如果您有其他問題需要谘詢,可以聯係AG亚游集团。

4 結束語

通過對大型臥式加工中心用床身鑄件的工藝設計、過程操作及質量問題的改進, 總結了生產此類鑄件的鑄造工藝及質量的控製要點, 為此類鑄件的批量生產提供技術基礎。