管林東

（江蘇省鹽城技師學(xué)院，江蘇鹽城 224002）

0 引言

砂型鑄造是鑄造加工的基礎(chǔ)工藝，而黏土砂型鑄造具有的低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)，一直占造型工藝的主導(dǎo)地位。某造型機(jī)企業(yè)研發(fā)一種上、下射砂水平分型的新型全自動(dòng)造型機(jī)。在近年來的使用過程中，客戶反饋造型機(jī)下彎頭出砂口外板處損壞后的密封圈更換操作不方便，效率低下問題。江蘇省鹽城技師學(xué)院應(yīng)企業(yè)要求，承擔(dān)了研發(fā)任務(wù)，經(jīng)多次試驗(yàn)，在不改變?cè)O(shè)備外形尺寸的情況下，大膽創(chuàng)新，化整為零，采用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化密封裝置設(shè)計(jì)，大幅度提高易損件更換效率。經(jīng)試用，產(chǎn)品深受用戶好評(píng)。

1 問題提出

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作過程

本砂型鑄造機(jī)是一種大型設(shè)備，包括砂筒、上彎頭、上儲(chǔ)氣倉(cāng)、下彎頭、下儲(chǔ)氣倉(cāng)、上砂箱、下砂箱等。其中，砂筒通過上彎頭連通上儲(chǔ)氣倉(cāng)，通過下彎頭可連通下儲(chǔ)氣倉(cāng)，上儲(chǔ)氣倉(cāng)連接上砂箱，下儲(chǔ)氣倉(cāng)連接下砂箱。在鑄砂過程中，先將模具放置在上砂箱和下砂箱之間，然后下儲(chǔ)氣倉(cāng)和下砂箱向上移動(dòng)，使下儲(chǔ)氣倉(cāng)的進(jìn)砂口與下彎頭的出砂口對(duì)齊，以便將砂由砂筒吹向下儲(chǔ)氣倉(cāng)和下砂箱，上砂箱和下砂箱合攏，開始進(jìn)氣噴砂，將砂噴入上砂箱和下砂箱，并進(jìn)行壓實(shí)，從而制作出砂型（圖1）。

圖1 造型機(jī)工作流程

1.2 存在的問題

砂型鑄造機(jī)下彎頭的出砂口外板處設(shè)有密封圈，可提高向下儲(chǔ)氣倉(cāng)吹砂時(shí)的密封性。但在下儲(chǔ)氣倉(cāng)上下移動(dòng)的過程中，下儲(chǔ)氣倉(cāng)的進(jìn)砂口襯板易對(duì)密封圈造成磨損，長(zhǎng)時(shí)間使用后密封圈易損壞，由于出砂口外板、進(jìn)砂口襯板分別與下彎頭和下儲(chǔ)氣倉(cāng)通過螺釘連接，且二者為一整塊較大的鋼板，重量大，拆卸十分困難，導(dǎo)致密封圈很難更換。

1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

造型機(jī)源于19 世紀(jì)中期的歐洲，得益于工業(yè)化的強(qiáng)烈需求，造型機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展。截止當(dāng)前，瑞士GF 公司、德國(guó)BBC 公司、日本新東工業(yè)公司、英國(guó)Booth 公司等都對(duì)造型機(jī)技術(shù)的研究和推廣做出了重要貢獻(xiàn)，但在造型機(jī)密封裝置優(yōu)化方面的研究甚少。

國(guó)內(nèi)對(duì)造型機(jī)的研究起步較晚，以追隨國(guó)際主流技術(shù)為主。濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所于1983 年研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)氣沖造型試驗(yàn)機(jī)。近年來，國(guó)內(nèi)鑄造行業(yè)在追隨國(guó)際主流技術(shù)的過程中不斷創(chuàng)新，開發(fā)了一系列符合企業(yè)需求的新型造型機(jī)，滿足了企業(yè)對(duì)造型產(chǎn)品的要求。此方面研究有關(guān)于整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究，有關(guān)于射砂方式、壓實(shí)方式方面的研究，也有關(guān)于制芯設(shè)備的研究，也有噪聲控制方面的研究，如徐萬里的《KW 靜壓造型機(jī)存在的問題及工藝優(yōu)化試驗(yàn)》、張志紅《穿梭式造型機(jī)V 法造型線設(shè)計(jì)與應(yīng)用》、趙恒濤《靜壓造型機(jī)模板框及排氣塞的設(shè)計(jì)》等。但通過信息檢索，在密封圈所依附零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法研究較少。

2 翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)工作要求，下彎頭出砂口外板與下儲(chǔ)氣倉(cāng)進(jìn)砂口襯板工作間隙僅為0.1～0.15 mm，間隙以依附于下彎頭出砂外板的密封圈密封，能承受一定的工作壓力。下彎頭連接的出砂口外板與下儲(chǔ)氣倉(cāng)的進(jìn)氣口襯板用鎖緊塊鎖定。工作狀態(tài)時(shí)，下儲(chǔ)氣倉(cāng)上行，和下儲(chǔ)氣倉(cāng)相連的進(jìn)砂口襯板與下彎頭出砂口外板對(duì)應(yīng)貼合。非工作狀態(tài)時(shí)，下儲(chǔ)氣倉(cāng)下行，與下儲(chǔ)氣倉(cāng)相連的進(jìn)砂口襯板因設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的限制，只能位移到下彎頭出砂口外板中心高處，密封圈僅部分外露（圖2）。

圖2 傳統(tǒng)下彎頭與下儲(chǔ)氣倉(cāng)連接示意

通過對(duì)下彎頭出砂口外板尺寸的測(cè)量，結(jié)合下儲(chǔ)氣倉(cāng)進(jìn)砂口襯板在非工作狀態(tài)的位置分析，發(fā)現(xiàn)如果將下儲(chǔ)氣倉(cāng)進(jìn)砂口襯板進(jìn)行改良，就可以實(shí)現(xiàn)非工作狀態(tài)時(shí)密封圈的完全外露，極大方便了密封圈的更換工作。

2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對(duì)下彎頭、下儲(chǔ)氣倉(cāng)非工作狀態(tài)位置及密封圈尺寸分析，發(fā)現(xiàn)如果密封圈全部外露，則進(jìn)砂口襯板要么需要完全拆卸，要么需要大幅度縮小尺寸。完全拆卸費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，而縮小尺寸將導(dǎo)致不能滿足工作要求。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果將進(jìn)砂口襯板設(shè)計(jì)成翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，工作時(shí)通過螺釘固定為一個(gè)整體，更換密封圈時(shí)松開螺釘，通過鉸接翻轉(zhuǎn)，就可以使密封圈完全外露。

本機(jī)構(gòu)包括與下儲(chǔ)氣倉(cāng)進(jìn)砂口上端連接的限位卡塊、與限位卡塊通過重載不銹鋼蝶形鉸鏈連接的過渡板、與過渡板一側(cè)連接的翻轉(zhuǎn)板、與翻轉(zhuǎn)板連接的氮?dú)鈴椈桑D(zhuǎn)板的下端與進(jìn)砂口襯板上端，翻轉(zhuǎn)板背向過渡板的一側(cè)抵靠在出砂口外板上，過渡板的上側(cè)與翻轉(zhuǎn)板下側(cè)通過螺釘連接，過渡板的下側(cè)與進(jìn)砂口襯板上側(cè)通過螺釘連接，氮?dú)鈴椈傻纳炜s端與下儲(chǔ)氣倉(cāng)的側(cè)邊連接，另一端與翻轉(zhuǎn)板連接（圖3～圖5）。

圖3 密封圈翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意

圖4 密封圈翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)拆分

圖5 密封圈翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)視角

密封圈內(nèi)緊貼有出砂口內(nèi)板，出砂口內(nèi)板與下彎頭連接，翻轉(zhuǎn)板、進(jìn)砂口襯板均抵靠在出砂口內(nèi)板上。進(jìn)砂口襯板的兩側(cè)通過螺栓固定有鎖緊塊，出砂口外板位于鎖緊塊內(nèi)，且可沿鎖緊塊上下移動(dòng)。

2.3 創(chuàng)新點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)進(jìn)砂口襯板，本機(jī)構(gòu)減少了進(jìn)砂口襯板的尺寸，并在上端設(shè)置一塊翻轉(zhuǎn)板，且過渡板同時(shí)與進(jìn)砂口襯板、翻轉(zhuǎn)板連接，減輕了進(jìn)砂口襯板的重量，還保證了下彎頭與下儲(chǔ)氣倉(cāng)之間的密封性。

當(dāng)密封圈損壞后，先松開過渡板與進(jìn)砂口襯板上側(cè)的螺釘，然后將翻轉(zhuǎn)板向下翻轉(zhuǎn)，氮?dú)鈴椈善鸬街巫饔茫墒狗D(zhuǎn)板平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，露出密封圈。在更換密封圈時(shí)，可取下兩側(cè)鎖緊塊，再通過下儲(chǔ)氣倉(cāng)的升降來配合更換，不用取下整塊進(jìn)砂口襯板即可完成更換，省時(shí)省力。

3 結(jié)束語

通過對(duì)密封圈翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了密封圈更換費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，促進(jìn)了該型號(hào)造型機(jī)的推廣普及，產(chǎn)品銷售狀況良好。