消失模鋁合金GK振實臺及配合砂箱的改進設計

姜飛，程戰鋒

（陜西法士特汽車傳動集團鑄造分公司，陜西 寶雞 722409）

近些年來，消失模鑄造工藝發展迅速，相應的生產線設備也較為成熟，振實臺是造型生產線中的關鍵設備，直接影響著產品的變形、滲鐵(鋁)的廢品率。

圖1

圖2

1 生產線改造前振實臺及砂箱狀況介紹及對產品的致廢情況

公司原消失模灰鐵生產線選用的是美國General Kinematics公司(以下簡稱GK公司)HDCT型振實臺，及內徑800mm×800mm×1200mm的 方形砂箱，底部為抽真空室，深度120mm(如圖1)。消失模灰鐵模型涂料強度相對大一些，振實臺對鑄件變形的致廢率約為5%～8%；生產線改造為消失模鋁合金工藝后，為滿足模型在不抽真空的條件下，保證透氣性等的工藝要求，涂料厚度變薄，強度降低，原振實臺對鑄件致廢率最高可達到18%，反復多次調節激振力、頻率及加砂量等工藝參數，效果甚微。

原振實臺俯視圖見（圖2），主要現象為：振動造型過程中，偏心塊設定為40%，振動頻率設定 為 1000～1500r/min， 砂 箱 跳動較大，模型出現規律性傾倒，砂子向東偏移，砂箱上端振幅過大，砂子緊實度差；偏心塊調整高于40%，跳動更大，無法使用；偏心塊設定低于40%，振動頻率1000～1800r/min，砂箱跳動稍變小，但激振力偏小，型砂緊實度不能達到要求，造型效率也相應降低。

原全線150臺砂箱，部分砂箱振幅不一致，偏大或者偏小，檢查未發現明顯變形脫焊等故障，追蹤產品，全部制廢。

2 解讀故障現象，分析原因

（1）振實臺面為正方形，臺面固定3個支柱，激振力由支柱傳遞給與其配合的砂箱，最后傳遞至砂箱內砂子和消失模模型。3個支柱中心連接線組成一個等腰三角形，東側支柱為三角形頂點。所以，振實臺產生向上的激振力的合力中心線應該是通過等腰三角形的重心的垂直線，即圖1的實心圓圈處。與臺面的重心線偏差100mm。

砂箱底部為800mm×800mm的正方形，底部固定3個錐形法蘭，放置在振實臺3個頂柱上。方形砂箱的重心線與振實臺重心線重合。

此類型振實臺特點為砂箱不卡緊，而是與頂柱相對交替運動來實現3維振動。當向上的激振力與向下的重力也就是反作用力，兩個力的中心不在同一線上時，產生兩點支撐的一側對于砂箱的作用力相比較大。東西兩側砂箱受力不平衡，導致砂子緊實度不一致，模型偏倒，砂面不平等現象。我們嘗試將兩側振動點擊偏心塊分別調整不同角度來達到力的平衡，但由于本身150臺砂箱一致性差，多次調整后，結果無明顯規律性。

（2）3個支柱與砂箱配合位置問題。砂箱內砂子所受到的激振力來源于底部及側面傳遞。振實臺3個頂柱最外沿均未接觸到砂箱側面，所以側面所受力需從底面傳遞，且底面真空室鋼板僅為8mm，剛性差。砂箱內砂子受力不均導致模型內外擠壓變形。

（3）力的傳遞效率。振實臺3頂柱原設計為空心厚壁管。砂箱底面為真空室。根據北京某振動設備制作廠家實驗證明，空心物體對力的傳遞影響很大。

（4）砂箱受力點在底部，越靠上端，振幅越大，振動時間過長，會導致已經振實的砂子又變松散，控制難度大。

（5）對150個砂箱稱重發現，最大與最小重量偏差超過60公斤，現有振實臺激振力固定的情況下，由于砂箱重量不一致，對振動有一定影響。

（6）砂箱箱體為正方形，底部支撐為三點。現有結構下，3點支撐永遠無法平分正方形，箱內4個邊受力不能達到平衡。

3 根據分析及實驗結果，制定對策，重新改進設計

經過觀察分析，及在同設備使用廠家觀察交流，對振實臺改進如下。

（1）3個支柱相對位置變動，將原等腰三角形改為等邊三角形，中心與振實臺面中心重合。

（2）支柱由原來的空心管，改為實心鋼材加工。

砂箱重新設計加工，改進如下（如圖3、圖4）。

（1）砂箱由方形改進為圓筒形，去除原真空室，底板更換為25mm厚度鋼板，整體剛性更好，振動不易變形；25mm鋼板激振力傳遞損失小。

（2）重新確定底部支撐法蘭位置，3個法蘭中心放置在砂箱圓筒圓弧上，使砂箱側壁直接受力傳遞給側面砂子，減少激振力損失。支撐點將砂箱整體3等分，實現受力平衡。

（3）降低砂箱高度，由1300mm縮短至1000mm，上端砂子緊實度有所好轉。

（4）砂箱各個部件加工精度要求提高，確保150個最終重量偏差在10kg以內。

圖3

圖4 砂箱底部

圖5 砂箱底部支撐法蘭

4 使用效果驗證

改進后的砂箱及振實臺投入使用1月，觀察砂箱底部法蘭（如圖4）及振實臺頂柱耐磨尼龍塊，3個位置磨損均勻。單個法蘭（圖5）碰撞面(內錐面)磨損相對均勻。

改進后振動電機偏心塊角度保持40%，但頻率可提高調整至1800～2000r/min，振動較之前平穩很多。僅在空箱時稍有跳動，加砂后振動平穩，砂子無翻浪現象。通過對振實臺各項工藝參數重新調整后，變形致廢率最好降低至1%，穩定在3%以內。