浅谈一种消失模铸造震实台的效果测评方法---第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集(8)

中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集54浅谈一种消失模铸造震实台的效果测评方法郭鹏1，叶升平1，姜海林2，徐敏2，孙黄龙3（1.全国消失模与V法铸造学会湖北武汉，2.嘉城汽车部件制造有限公司湖南津市3.圣源机械制造有限责任公司山西永济，）摘要：本文介绍了当前国内消失模铸造震实台存在的问题，关键词：震实台，效果测评，测试方法，填砂近些年来消失模铸造技术发展非常迅猛。国内消失模铸造装备自动化程度越来越高。震实台是消失模铸的关键设备之一，振动的效果直接影响到铸件的成品率、尺寸精度、表面质量以及产品的品质。随着国内越来越多的铸造厂家开始生产更多高难度高附加值的产品，大家对消失模铸造震实台的要求也越来越高，具体如下：1）能够使干砂具有一定的充填能力，使干砂能够充满模样的内腔和外围各个部位，尤其是直角台阶面和狭长孔洞部位；2）震实后干砂具有一定的紧实度（1.69g/cm3左右），使型砂对模型产生均匀的支撑，并具有一定的强度；3）在整个振动充填过程中，能消除过振和砂流现象，最大限度地减少砂子对白模的冲击，以减小泡沫模样的变形量；4）砂子能按一定的方向均匀有序地运动；5）尽量减少对涂料的压力和依赖，可减少涂料的厚度；6）激振器要有足够的激振力，以使其达到所要求的振幅和振动加速度；7）具有不同的振动模式，并根据不同形状的零件，采用不同的振动模式；8）要有足够的强度和抗振动疲劳能力，配有防止振动引起的连接件松动等结构与措施；9）所有参数调整性要好、重复性好，易调节，其中包括：振动时间、振动频率、振动方向等参数；10）结构合理耐用，焊接后要时效处理，整机要做平衡处理；11）减轻劳动强度、快速周转，提高铸件的成品率和生产率。消失模铸造震实台的最关键的性能在于能够在白模不变形的情况下实现直角折线截面处以及狭长孔等死角部位的砂子充填。针对这种情况，我们设计了一个有机玻璃盒子的测试装置。测试试验具体过程为，将装有视频记录仪器的震实台震实效果测试装置埋入砂箱中，开启震实台，按照预设的振动参数进行振动填砂，翻箱取出测试装置，读取视频记录，根据实际充填效果对震实台的填砂效果进行评估。实验用仪器包括一组有机玻璃振动测试装置、香港希玛AR63A便携式振动测试仪等。1.有机玻璃振动测试装置的初步方案如下图所示，波折线处均装有刻度尺，以衡量砂子的充填效果。为方便后续表述，现如图1中中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集55所示，将整个截面划分为7个区域。图1测试装置的二维主视图图2测试装置的二维侧视图图3测试装置的三维视图中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集56a)测试装置内部结构图b）测试装置实物图图4有机玻璃振动测试装置的实物图图4为有机玻璃振动测试装置，测试装置一端有很多各式空腔、孔洞，将测试装置放入砂箱中后，砂子可以从两个侧面进入孔洞中。振动测试装置说明：1）如图3所示，测试装置的顶部最初设计为长方形盲孔，但考虑到实际消失模铸造中发动机铸件的凸轮轴孔的填砂问题，作者将最顶部的长方形盲孔更改为内壁直径为40mm的圆形盲孔，以测试砂子在圆形盲孔中的填充能力。2）关于试验视频记录的问题：作者设计了三个方案，包括使用红外监控夜视摄像头、电脑用普通摄像头、车载GPS支架+Iphone手机等方案。红外监控夜视摄像头尽管具有一定的夜视能力，可以在测试装置埋入砂箱后获得较清晰的图像，但该图像为黑白视图，不具备自动对焦能力，且视角较小，故该方案被否定。电脑用普通摄像头的视角为圆形，不能覆盖整个测试装置，且图像分辨率低，测试装置上的标度尺根本无法读数，故该方案也被否定。车载GPS支架+iphone手机的方案，具有容易固定、可自动对焦、图像清晰、自带闪光灯照明、视角全覆盖等优点，较好地满足了试验的需要。3）关于有机玻璃盒子内视频记录的光斑问题：由于有机玻璃内四壁较光滑，当灯光照入测试箱后，在后侧的关键部位总是出现光斑。我们通过在测试箱内壁四周粘贴白纸，以让外来灯光形成漫反射，从而解决光斑问题。作者的第一个方案是如图4b所示，在测试箱外侧顶部安装蓄电池LED灯，但由于测试装置需要埋入砂箱中，所以对测试装置的密封防护提出了很高的要求。作者的第二个方案是利用Iphone手机的闪光灯作为光源，实际测试效果较好，简便易行，故采用了第二方案。4）在测试装置内壁贴有刻度尺，方便记录测试结果。2.有机玻璃振动测试装置的二次方案由于测试装置一中的测试部分为固定装置，不便于灵活设计测试方案，且没有刷涂料，为有机玻璃—砂子的充填界面，与实际震实过程中的涂料—砂子界面不同，所以后将测试装置设计为如图5所示，四角的定位装置可以方便地固定泡沫块。首先将泡沫块裁切成需要的形状，上涂料，烘干，最后嵌入测试装置二中的四角内，组合成新中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集57的测试装置。这样可以较为灵活地设计测试方案，也更符合实际震实过程中的涂料—砂子界面。测试得到的结果更加具有信服力。图5有机玻璃振动测试装置二次更新后的设计图a)有机玻璃振动测试装置二次更新后的三维图b)内嵌泡沫的照片图6二次更新设计后的有机玻璃振动测试装置3.便携式振动测试仪图7香港希玛AR63A便携式振动测试仪中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集584.具体实验方案（1）将使用闪光灯作照明的手机放入有机玻璃振动测试盒，固定并开启录像。然后将有机璃振动测试盒密封，放入砂箱中，落砂、振实；（2）翻箱取出盒子，取出盒子里面的手机，读取录像，通过录像来观察整个填充振实的过程以及最后的填充振实效果，研究震实台充填紧实的规律。5.试验结果作者利用如图2-4所示的测震装置到安徽淮南中兴华汉机械有限公司、浙江万里扬机械有限公司、山西运城中远机械有限公司、湖南津市嘉诚汽车部件有限公司等消失模铸造企业进行了多组对比实验。现将情况介绍如下：（1）安徽淮南中兴华汉机械有限公司安徽中兴华汉机械有限公司成立于2008年7月。现在公司拥有一条自己设计制造的年生产能力为5000吨的消失模铸造生产线，员工六十余人，于2009年5月正式投入生产。公司致力于高新技术产品的开发，目前已开发出铸铁4缸柴油发动机机体，铝合金消失模铸造的江铃汽车发动机摇臂盖罩，快艇挂机机体等填补国内空白的产品。其使用的是如图1-8所示的抱夹式震实台。图8三次填砂震实的照片中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集59具体振动参数如下：表1-1振动参数振动频率振动时间振动方向振动加速度1次振动110HZ1分40秒水平1.8g(最大峰值)2次振动110HZ1分40秒水平1.6g(最大峰值)3次振动120HZ2分钟垂直1.7g(最大峰值)表1-2填充效果区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域7充填百分比55%75%10%0%98%80%100%（2）浙江万里扬机械有限公司浙江万里扬变速器股份有限公司是国内第一家汽车变速器的上市企业（SZ002434），目前以生产商用车变速器为主，是国内首家完成微卡、轻卡、重卡、客车、SUV、轿车等变速器研发和生产的企业。该公司现拥有4条消失模生产线。震实台配合安装在万里扬公司的流水线上，下部安装有空气弹簧。空气弹簧可以起到举升震实台和缓冲的双重作用。不但不需要另设举升装置，且还可满足垂直和水平方向都能起到缓冲作用的要求。另外，调节其内部充气压力的大小还能够改变弹簧的刚度，以适应在最大有效负荷一下的不同负荷的变化，保证振动参数的稳定。空气弹簧配合气动夹紧装置，可以方便地夹紧砂箱并进行振动。震实过程结束后，空气弹簧的气囊下降，液压油缸将砂箱推走，以实现连续自动化生产。图9震实效果具体振动参数如下：中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集60表1-3振动参数振动频率振动时间振动方向振动加速度1次振动40HZ30秒水平1.3g(最大峰值)2次振动40HZ30秒垂直1.5g(最大峰值)3次振动50HZ30秒水平1.4g(最大峰值)表1-4填充效果区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域7充填百分比55%75%0%0%80%80%100%（3）山西运城中远机械有限公司山西中远机械制造有限公司是一家股份制企业，是国内最早一批研究开发消失模铸造工艺的厂家，主要生产和加工各类灰铸铁、球墨铸铁、铸钢件和铝、铜合金等有色铸件，其中主打产品为高铁用制动盘。该产品结构复杂，容易变形失圆，故而对震实台的性能提出了更好的要求。山西中远机械有限公司使用山西永济圣源机械有限公司生产的整套消失模设备。其使用双电机无夹紧自由式震实台。图10高铁用制动盘的泡沫白模图11震实效果的照片具体振动参数如下：表1-5振动参数振动频率振动时间振动方向振动加速度1次振动40HZ30秒水平2.1g(最大峰值)2次振动40HZ30秒垂直2.2g(最大峰值)表1-6填充效果区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域7充填百分比100%85%20%60%100%1000%100%中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集61将三家企业的震实台测试试验分析对比，如下充填百分比区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域7安徽中兴华汉有限公司55%75%10%0%98%80%100%万里扬机械有限公司55%75%0%0%80%80%100%山西中远机械有限公司100%85%20%60%100%1000%100%为方便叙述，后将安徽中兴华汉有限公司称为A公司，万里扬机械有限公司为B公司，山西中远机械有限公司为C公司。经分析，三家公司的震实台性能差别较大。区域1为圆形深盲孔。针对区域1，A公司和B公司均未能将砂子填满，而C公司的震实台性能较好，可以将区域1完全填满。这说明，A公司和B公司的震实台的水平填充能力极为有限，如果生产缸体缸盖等带有深盲孔的铸件时，铁水极有可能冲破没有背砂支撑的涂料层，发生粘砂等缺陷。区域2为开有小孔的封闭内腔。针对区域2，三个公司的震实台均未能将砂子填满。虽然C公司的震实台能够将区域2填充大约85%左右，但在实际生产中这样的部位必须100%充满。这说明，针对开有小孔的封闭内腔，现有的国内的震实台的填充能力都极为有限。区域4为带有挡板，下部开孔的封闭内腔。砂子只能从下部向上进行充填，这是考验消失模铸造震实台性能的一个重要指标。针对区域4，A公司和B公司均无能为力，而C公司的震实台可以将区域1填充60%左右，性能较为优异，但仍有较大的提升空间。区域5的结构较为简单，关键在与振动时间。振动时间越长，填充效果越好。区域6为方形深盲孔。针对区域6，A公司和B公司均未能将砂子填满，而C公司的震实台性能较好，可以将区域6完全填满。这说明，A公司和B公司的震实台的水平填充能力极为有限，如果生产离合器壳等带有方形深盲孔的铸件时，需要进行预填树脂砂，否则铁水极有可能冲破没有背砂支撑的涂料层，产生粘砂等缺陷。综上，本文提供了一种简便易行直观的测量震实台填砂性能的检测方法。这为以后国内消失模铸造业界设计出性能更好的震实台提供了参考依据和测评方法。作者：郭鹏，华中科技大学文华学院教师，全国消失模与V法铸造学会副秘书长，网站站长，手机[phone]，[e-mail]。