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抛丸机在大型卧式加工中心床身铸件的铸造

文章出处:www.sdpaowanji.com人气:787发表时间:2018-05-02

通过调整大型卧式加工中心床身分型面、分芯和浇注系统的工艺设计, 以及对制芯、造型、涂料、合箱、浇注、落砂过程等工序操作的控制, 分析了产生呛火、夹砂和夹渣等铸造缺陷的原因, 采取调整排气设计、增加芯撑数量、加强砂芯定位和采用3D打印技术将床身砂芯做成整体等技术措施, 解决了呛火问题;同时, 保证型砂强度在4.05.5 MPa, 型砂使用时间控制在610 min, 控制内浇道铁液流速≤1 m/s, 减少下芯、合箱过程中的碰擦, 解决并预防了夹砂和夹渣缺陷的产生, 并对电炉的化学成分进行了调整, 为铸件的生产奠定了工艺、技术基础, 提升了生产此类铸件的能力。

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.

卧式加工中心的主轴轴线与工作台平行设置, 主要适用于加工箱体类零件。工作原理是工件在加工中心经1次装夹后, 电脑能自动选择不同的刀具, 自动改变机床主轴转速, 依次完成工件多个面上多工序的加工。卧式加工中心的优势是能够大大提高生产效率, 缺点是占地大、成本高, 在汽车、航空航天、船舶和发电等行业被大量用于复杂零件的精密和高效加工。

1 产品信息概述

床身作为卧式加工中心中最大、最重的基础部件, 有2横2纵高低不同的4条导轨, 低导轨安装工作台, 高导轨安装立柱, 床身通过螺栓固定连接于地面上。导轨、托架孔和轴孔是关键部位, 在生产时需要专门的控制措施。床身的铸件结构如图1所示, 外轮廓尺寸2 516 mm×1 752 mm×1 177 mm, 最大壁厚60 mm, 最小壁厚20 mm, 质量3 965 kg, 材料牌号为FC300。尺寸精度要符合客户要求。

2 床身工艺设计

2.1 铸造工艺设计

2.1.1 分型面设计

选择床身底面作为分型面, 使导轨朝下, 即床身铸件的浇注位置方向与其使用位置方向相反, 如图2所示。

2.1.2 砂芯组合设计

首先, 沿床身纵导轨两侧设计边芯;其次, 在床身横导轨的大端设计边芯, 并靠芯头固定;最后, 将内腔排屑槽砂芯标于下箱、内腔花筋砂芯分档用芯撑固定, 其余轴孔、钳口等单独设计粘芯, 如图3所示。

图1 床身铸件结构Fig.1 Lathe-bed casting structure

图1 床身铸件结构Fig.1 Lathe-bed casting structure   下载原图

2.1.3 浇注系统设计

根据床身的结构特点, 采用开放式加过滤网的浇注系统, ΣF:ΣF:ΣF=1:2:2, 内浇道使用瓷管底返到导轨上, 图4为床身铸件的浇注系统, 采用鸭嘴冒口进行补缩。

2.2 工艺过程控制

砂芯和砂型均采用呋喃树脂自硬砂制作。

2.2.1 制芯

 图2 床身铸件分型面Fig.2 Lathe-bed casting parting surface   下载原图

铸件内腔结构复杂, 局部填砂塞砂困难, 因此, 采取优化芯盒结构、增开填砂口、制作专用紧实工具等技术措施, 并且紧实砂芯要求杜绝虚砂。为保证内腔砂芯的出气, 需扎排气眼、联体芯放置气道, 排气眼深度应大于2/3砂芯高度, 排气眼直径>10 mm, 排气眼引出口必须在方门中心。

2.2.2 造型

造型时应注意浇注系统、冒口及排气眼是否符合工艺要求, 包括尺寸、大小和位置是否合适。其次, 要注意浇注系统、活块下面、导轨等部位的紧实, 要求填砂时必须3人以上进行紧实操作, 有条件的可进行震动紧实。另外, 模具要求具有良好的起模性, 确保起模顺利。

2.2.3 涂料

砂芯、砂型经检查合格后方可进行涂挂涂料, 要注意:按要求调整好涂料波美度, 型、芯各施涂2遍, 第1遍采用渗透型涂料施涂, 待第1层涂料干燥后, 第2遍使用烧结型涂料施涂。砂芯边角、砂型导轨等重点部位需严格检查, 确保施涂到位, 防止高温铁液烧结砂粒造成铸件粘砂、冲砂缺陷。

2.2.4 合箱

(1) 将铸型放置在平整地面上, 箱口对角拉直线再通过支垫等操作校平分型面。

(2) 清理铸型。

(3) 按设定好的顺序下芯, 每下一块芯都要测量高度、宽度和长度, 侧面的边芯下芯时必须验芯, 确保组芯累计误差不超标。

(4) 组芯完成后合上箱, 并验箱。先用白泥粉从上箱盖气眼撒下, 揭开上箱盖从箱口观察砂芯的排气眼与上型气眼位置是否对准, 若白泥粉撒在砂芯的排气眼内, 则说明上型合箱到位, 控制披缝不超过规定的范围。

(5) 压箱、卡箱、放浇口盘, 待浇注。

2.2.5 浇注

床身铸件的材料牌号为HT300, 浇注时重点是控制浇注温度保持在1 390±10℃, 同时, 保证浇注过程不断流, 浇口盘始终保持充满, 及时挡渣、扒渣。

2.2.6 落砂

浇注后原地冷却3~4天即可打箱落砂。要求先揭开上盖落砂, 再提中圈落砂, 最后将铸件吊出放置在清理区, 去除浇冒系统, 清理内腔中的芯砂。

2.2.7 时效、抛丸及铲磨、喷漆

落砂后将床身铸件转至后续工序, 进行时效、抛丸及铲磨、喷漆等工序。

3 常见缺陷及预防

生产出一台合格的大型床身铸件并不容易, 在铸件的清理过程中, 甚至在浇注过程中经常会发现铸件呛火、呛气、夹砂、夹渣等缺陷, 尺寸和材料质量也会出现问题, 要针对这些生产缺陷做出调整和预防措施。

3.1 呛火

呛火缺陷主要发生在两种情况下:一是在浇注过程中出现严重喷呛;二是铸件抛丸后上表面出现严重的渣气孔, 见图5。

铸件呛火的根本原因是浇注过程中型芯出气不畅、漂芯所致, 因此, 采取的技术措施为:

(1) 排气设计:床身的砂芯, 特别是内腔芯排气孔要求直径>10 mm, 深度为砂芯的2/3, 200mm×200 mm范围内至少扎2个排气眼, 最关键的是砂芯排气眼与上型的气眼必须要对准、密封好, 做到不漏气, 故合箱时的检查操作至关重要。

(2) 增加芯撑数量, 加强砂芯定位, 或适当加大芯撑的直径, 提高芯撑自身的支撑强度, 避免漂芯造成呛火。

(3) 采用3D打印技术将床身砂芯做成整体, 使内腔芯组连为一体, 便于固定且尺寸形状精确。

(4) 加强过程控制, 使箱口披缝、砂芯间隙在规定范围内, 降低人为影响因素。

3.2 夹砂、夹渣

床身铸件生产中出现最多的是夹砂、夹渣缺陷, 通常占到缺陷的50%以上, 主要体现在铸件顶面、侧面脐子及非加工面。因此, 采取的技术措施为:

图5 铸件渣气孔缺陷Fig.5 Castings slag defects

图5 铸件渣气孔缺陷Fig.5 Castings slag defects   下载原图

(1) 控制型砂质量:保证型砂强度在4.0~5.5MPa, 型砂使用时间控制在6~10 min, 使砂芯有足够的强度, 减少冲砂造成的夹砂缺陷。

(2) 浇注系统:通常浇注系统采用开放式加过滤网, 控制内浇道流速≤1 m/s, 保证铁液浇入平稳且有效挡渣, 内浇道浇入点选择在导轨上的冲筋板, 避免直接冲向砂芯造成冲砂缺陷。

(3) 减少下芯、合箱过程中碰擦:模具的间隙披缝处理到位, 单面间隙不超过3 mm, 箱口披缝不超过4 mm;对长、宽单一方向大于800 mm的砂芯, 在制芯时放置3个芯鼻, 保证吊运平稳, 避免组芯过程中产生碰擦。

3.3 材料质量问题

材料质量稳定是铸件各项性能达标的基础, 虽然这类问题并不多, 但仍需要重视。针对床身铸件出现过的冒口根部组织疏松、加工后色差大、100倍金相下的空洞缺陷, 采取的措施为:

(1) 电炉化学成分控制:不能为了保证实体硬度而降低w (C) 量和CE [1]陆文华.铸造合金及其熔炼[M].北京:机械工业出版社, 2002. ">[1], 应通过孕育工艺提高材料质量, 控制w (C) 量在3.1%~3.2%、w (Si) 量在1.7%~1.8%、CE在3.70%~3.80%。

(2) 将原设置在地脚加工面顶部的冒口改到邻近的非加工面上, 或将设置在地脚加工面顶部的冒口改为溢流冒口。

  铸件抛丸清理对任何一家铸造厂而言都是必要的生产工序之一。除了铸件的类型(如尺寸、形状、重量)和生产速度、产能要求等会影响的选择,还有其他一些影响因素。各种造型工艺线生产出的数以千计的不同铸件,相匹配的就有多种冷却、落砂方式的组合,所有这些上游工序的工艺都会影响铸件的清理要求。除此之外,下游的生产,如铸件最终用户的意见,也会影响铸造厂对于抛丸机的选择。

  1、温度的影响

  铸件进行抛丸清理的理想温度最好是接近环境温度,但每家铸造厂的冷却时间不尽相同,因此铸件进入抛丸室的温度差别也很大。因此抛丸机在设计时,应考虑到用户生产可能的最高温度,假设客户需要对极端高温的铸件进行清理,设计的抛丸机就必须符合这样的要求,如此才能减少日后的维修,停机和其他包括操作安全隐患等问题。

  一般铸造厂使用的抛丸机可处理表面温度高达100℃左右的铸件。在这样的温度下,就不适宜用橡胶履带输送式抛丸机,而要选择用钢履带式或锰钢履带输送式抛丸机。再高的温度,如高达175℃, 时,就必须辅以特殊耐高温的密封,幕帘和提升机履带。

  这些高温作业还会对设备维护提出特殊要求,热的零件、热的机器加之热的磨料,对于设备维修、操作安全均是个挑战。在这样的生产情况下,轴承的润滑、输送带的设计、易损件材料的组成、通风和控制系统都需要经常更换,链条和其他非燃材料替代了橡胶密封、幕帘和履带。因此,高温铸件会影响抛丸机的选择,适宜的设备才能满足高效清理、安全生产和减少维护要求。

  2、分离器的影响

  对于砂型铸造,大部分的砂都是通过落砂这道工序清除掉,这有助于冷却和减轻下一步抛丸除砂的工作量。当然,也有一些铸造厂,免掉了落砂工序,直接由抛丸机完成清砂任务。有时,进入抛丸室的铸件上的砂或许比金属本身还多,因此,对于这种情况,抛丸机就需要设计特殊的回收系统,来处理抛丸过程中产生的大量砂料,随后经由磁选分离器或风选式分离器将废砂和圆形钢丸磨料筛分开。

  如果选择风选式分离器,就需用到一个双层空气吹落装置,并配有二次磁选或风选设计。对于高温型砂铸件清理,就要慎选分离器,因为高温会降低磁分选的效果,如处理实型铸造模具,为提高清理覆盖率,确保工件的所有表面均清理干净,通常是将铸模置于桌上或旋转吊钩篮子里,然后送入抛丸室,边旋转,边进行清砂清理。

  如果在抛丸前要进行振动落砂,则通常选用一个振动装置或滚筒。滚筒式落砂,使用翻滚介质,能减少附着在铸件表面的型砂,便于随后的抛丸清理。

  3、清理类别的影响

  在分析了上游工艺流程对于抛丸要求的影响之后,那么下一步就是选择清理类别了,如批量式或连续通过式,亦或单独一个一个清理。一般批量式机型包括履带式、吊钩式、转台式抛丸机,其优势在于抛丸时间可根据不同铸件的不同结构、碳硫分析仪形状及大小进行调节,可实现一次性清理。

  履带式抛丸机是一种生产效率高的批量清理系统,铸件可边翻滚边被清理干净,且不损伤零件,自动上、下料进一步提高了产能。旋转吊钩式抛丸机适宜于清理薄壁或易损、易碎件。转台式抛丸机适用于大型铸件或那些不能被翻滚、吊钩或链条无法承重或不容易固定的工件。

  对于产量要求高的铸造厂,通常会选择连续式清理系统,包括连续履带式抛丸机、连续滚筒式抛丸机、振动隧道式抛丸机和网带通过式抛丸机。对于大多数连续清理作业,特别是客户要清理多种不同结构和大小铸件,确定输送系统尺寸和抛丸室容量就非常重要,这能最大限度减少返工的需要。连续式抛丸机尺寸的确定必须根据客户要清理的最重工件的重量、铸件体积以及平均每小时通过的吨位量。

  无论是选择连续式或批量式抛丸机,铸件密度也是一个重要考量因素。有一些抛丸机型是设计用于清理特殊铸件类型的,如清理缸体、缸盖的机械手式全自动抛丸机,人工抛丸机,清理制动鼓的斜带式抛丸机,清理铸管的旋转辊轮式,清理缸体、缸盖内部的带自动喷嘴的走梁式和辊道式清理机。悬挂式抛丸机是结合了批量式和通过式两种工件运送方式,适用于多种铸件中、高产量的清理要求。

  对于铸造企业,最常见的工艺流程是落砂和切边以后进行抛丸清理。有时,附着在铸件上的射料浇口的清理与铸件清砂一并进行;有时,浇口的清理则分开单独一道工序清理。

  现在,您一定了解到了不同铸件选择合适的抛丸机的重要性,因此,我们建议您在选择抛丸机时一定要多方面考虑各种因素的影响,可以避免不必要的损失。另外,如果您有其他问题需要咨询,可以联系我们。

4 结束语

通过对大型卧式加工中心用床身铸件的工艺设计、过程操作及质量问题的改进, 总结了生产此类铸件的铸造工艺及质量的控制要点, 为此类铸件的批量生产提供技术基础。