軋輥磨床類床身的工藝工裝優化

馬麗飛，向新強

(貴陽險峰機床有限責任公司技術中心，貴州 貴陽 550003)

對于軋輥磨床，床身是機床的基本部件，床身的質量對產品質量影響很大，因此對鑄造生產和鑄件的質量提出了越來越高的要求，即要以較少的能耗，較低的造型、造芯和清理的工作量，滿足生態環境污染排放的要求，更要生產出表面和內部質量好、尺寸精度高的優質鑄件。

1 原粘土砂床身鑄造工藝分析

原有床身工藝是劈模造型即組芯造型，如工藝示意圖1：由配箱平板、立壁甲和立壁乙、蓋箱和相應的底板坭芯、側立壁坭芯、肚內坭芯等配箱拼裝而成。從圖中可以看出立壁甲乙均為搗砂立壁，其分劈線與配箱平板的子口平齊，位置是固定不變的，側立壁坭芯厚度尺寸E也隨床身寬度尺寸F變化，床身寬度尺寸越大側立壁坭芯厚度E越小，反之厚度E越大；原粘土砂工藝時為了保證砂型的強度，立壁的高度尺寸H設計得較大，底板坭芯高度h2較大。由于側立壁坭芯厚度E和底板坭芯高度h2較大，造成坭芯的用砂量大。并且由于原床身工藝參數不一樣，導致設計的工裝的規格種類較多且缺乏通用性。

圖1 工藝示意圖1

根據原粘土砂工藝分析，原工藝存在下列不足：1)底板坭芯的高度h2和側立壁坭芯的厚度E過大，造成坭芯用砂量過大；2)立壁乙為搗砂立壁只能使用一次；3)床身的加工余量偏大；4)原工裝品種過多，通用性差。為了保證床身質量、降低成本、提高生產效率和便于生產管理，必須把床身粘土砂工藝進行工藝優化，轉換成樹脂砂工藝。減少吃砂量，降低砂鐵比，減少鑄件的加工余量，達到節約金屬材料和機加工工時的目的。工裝進行優化設計時將立壁乙面設計為不搗砂立壁，減少工裝的使用種類，提高通用性，減少樹脂砂用量。

2 鑄造工藝改進

2.1 床身樹脂砂工藝參數的確定

2.1.1 收縮率

樹脂砂具有強度好、變形小、潰散性好等因素，經過實踐證明其收縮率要比粘土砂大，一般為1.0%～1.2%，床身的工藝采用1.0%，但床身的肚內坭芯在配箱時容易產生累計誤差，其在床身長度方向的收縮率定為0.5%，這樣能保證配箱后的壁厚均勻滿足圖紙要求。

2.1.2 膨脹負數，分型負數，加工余量

粘土砂造型時坭芯在摏制和烘烤過程中四周都要脹大，膨脹會造成坭芯尺寸增大而使鑄件壁厚減薄，為了保證鑄件壁厚不變在芯盒制作時將增大的尺寸減去，此減去的尺寸為膨脹負數。樹脂砂生產后根據其特點是強度好、變形小，制作坭芯時芯盒不會漲箱，對樹脂砂而言應取消坭芯的膨脹負數。

粘土砂時床身蓋箱面的加工余量為20 mm并且未設置分型負數，因為造型烘烤蓋箱后產生膨脹和變形，造成分型面不平整，澆注出來的床身也不平整，鑄件生產出來后加工余量達到30 mm左右，造成金屬和加工浪費大。 樹脂砂鑄件尺寸精度較粘土砂時提高2～3級，因此可以減少加工余量，一般比粘土砂木模減少20%～50%，床身新工藝增加分型負數，床身蓋箱面的加工余量改為10 mm，兩側加工余量由16 mm改為10 mm。

2.1.3 澆注系統設置

由文獻[1]可知高溫下樹脂砂砂型、砂芯易潰散，耐鐵液沖刷的性能差，且型(芯)發氣量大，澆注時貫徹平穩、大流量、連續不斷、嚴格擋渣。澆注系統設置時應遵循“快速澆注、平穩充型、排氣通暢”的原則，才能保證金屬液體平穩、連續不斷充滿型腔，并能阻止熔渣和氣體卷入型腔，從而避免鑄件產生氣孔、渣孔等缺陷。床身工藝的澆注都是從兩端進水，采用半封閉式：∑F直∶∑F橫∶∑F內=(1.15～1.2)∶(1.2～1.4)∶1；為避免高溫鐵水長期沖刷澆道產生砂孔等缺陷，采用陶瓷管替代床身兩端悶頭芯盒內的澆口坭芯，直接用陶管預埋后造型，方便造型，防止砂孔等缺陷產生。

2.1.4 反變形量(彎水)

鑄造床身時，由于冷卻速度不均勻，冷卻后常出現變形，所以在制作模型時，按鑄件可能產生變形的相反方向做出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形量被反變形量抵消，這種在模樣上做出的反變形量稱作彎水。由于樹脂砂具有良好的透氣性和高溫澆注后的潰散性，其反變形量應比粘土砂時小，一般按1.0%～1.5%取值。

2.2 工裝改進

2.2.1 軋輥磨床的床身分為工件和砂輪床身，原工藝立壁乙面的分劈線都是一致的。工件床身是有床頭的，床頭的寬度尺寸比床尾的大(如工藝示意圖2)，樹脂砂新工藝后工件床身的分壁線除床頭立壁乙1不變外，床尾按示意圖2的E2改進，減少側立壁坭芯的厚度，床尾的設計為不搗砂立壁；砂輪床身立壁乙面全部按不搗砂立壁設計。

圖2 工藝示意圖2

2.2.2 立壁設計。根據床身的高度尺寸，在保證底板坭芯砂型有足夠的強度下，其底板高度尺寸h2的吃砂量控制在150～200 mm左右。綜合以上因素，立壁甲、乙兩面新工裝的尺寸H優化新設計880 mm和730 mm兩種，保留規格910 mm的立壁甲工裝，甲面立壁厚度尺寸均設計為300 mm(見工藝示意圖1)。對于高度h1在500 mm(含500 mm)以下的用730 mm的立壁，高度500～680 mm的用880 mm的立壁，高度680 mm以上的立壁甲用910 mm的，立壁乙用880 mm的，將平板用30 mm高止口墊平即可。

2.2.3 根據鑄造手冊[2]立壁砂箱采用整鑄式，材質HT250，設計的原則首先應滿足鑄件工藝流程中生產要求，具備造型、定位、合型、搬運等功能結構；在具有足夠強度、剛度、方便使用的條件下，結構盡量簡單；其設計時按標準化、系列化、通用化設計，參照粘土砂時的砂箱設計標準設計。立壁甲的結構如圖3，這時端頭的立壁另一側與之方向相反，中段的立壁設計時不要設計箱耳，形狀按Q-Q剖視圖設計，不要右端的“200”尺寸形狀，箱檔的間距放大50～80 mm即可。

圖3 立壁甲

2.2.4 立壁乙面的工裝根據床身的脂砂新工藝要求重新設計，除了工件床身系列立壁乙1設計為搗砂立壁外其余全部按不搗砂立壁設計，取代了原來的立壁乙面搗砂立壁，可以不需造型就可以直接重復使用。結構在保證強度、剛度的條件下，采用框架形式，四周外框壁厚為40～50 mm，中間筋板壁厚為40 mm，因為該立壁不需造型，筋板及內壁不需要設計斜度，箱帶布置采用“井”字型，在兩端頭靠鐵平悶頭處的立壁設計鎖箱的箱耳，中段立壁不設計箱耳，在分型面設計4個方孔為配箱起吊孔。根據工藝示意圖2工件床身樹脂砂工藝立壁乙1與乙2之間分劈線不是一個平面，將立壁之間的連接孔設計為腰圓孔以便于配箱立壁不同面時也可以移位將立壁鎖緊。

2.2.5 前面立壁的寬度尺寸已經確定為880 mm和730 mm兩種，根據床身新工藝要求立壁乙的厚度尺寸按示意圖4的M-M所示位置1、2、3設計，每一檔間距是100 mm，立壁乙880工藝要求按位置2設計其厚度尺寸是平板的止口寬度300 mm加100 mm即厚度是400 mm； 立壁乙730工藝要求按位置3設計其厚度尺寸是平板的止口寬度300 mm加200 mm即厚度是500 mm；因此優化后為880 mm×400 mm和730 mm×500 mm兩種，長度尺寸按3 m、2 m、1 m設計。

圖4 配箱示意圖

2.2.6 靠底面設計一條“A×30” 的缺口，此缺口的作用是生產寬度尺寸較小的床身時立壁乙可以向平板中心移動(圖3)，而不受配箱平板止口的限制，以便于減少側立壁坭芯的厚度E尺寸。優化床身工藝后規定立壁乙向配箱平板中心移動距離按“100 mm”“200 mm”兩個檔設計。高度730 mm尺寸“A”設計為“220 mm”，可保證立壁乙向平板中心移動的最大距離為200 mm，可以生產三種不同規格的床身(見床身配箱示意圖4的位置1、2、3處)；高度880 mm規格的立壁乙尺寸“A”設計為“120 mm”，其移動距離為100 mm，可以生產兩種不同規格的床身。

2.2.7 配箱時必須保證配箱平板的箱耳與蓋箱的箱耳尺寸位置一致，保證螺桿能將蓋箱鎖緊在配箱平板上。當立壁乙處于位置2或3時，為了防止立壁乙配箱超出配箱平板時不影響蓋箱鎖箱，因此在立壁乙靠外側必須按配箱平板的箱耳位置尺寸要求設計缺口，即圖5中的“500 mm×200 mm”，以保證配箱時蓋箱同配箱平板螺桿連接不被擋住。這種新設計的可移動不搗砂立壁乙完全能滿足生產多種寬度規格的床身，并且取代原來的搗砂立壁，造型時不用搗砂可以重復使用，這樣不僅節約了樹脂砂用量還可以降低生產成本、提高生產效率(圖3和圖4)。

圖5 不搗砂立壁乙

2.2.8 綜合上述，床身的工裝種類優化設計規格為：立壁甲面規格定為L×880 mm×300 mm、L×730 mm×300 mm兩種，保留原來的L×910 mm×300 mm的規格；立壁乙面立壁規格定為L×880 mm×400 mm、L×730 mm×500 mm兩種，其中長度L按1 m、2 m、3 m設計。原來寬度為“910 mm”的立壁生產床身時可以與規格“880 mm”的立壁乙配套使用，配箱時只要將其底面30 mm厚缺口和配箱平板的止口用30 mm厚的鐵板墊平，就能與其配套使用，從而達到工裝通用的目的。

3 應用效果

軋輥磨床床身工藝及工裝進行優化改進設計后具有以下優點：

1)工藝改進和新工裝投產后能滿足軋輥磨床各類床身生產的工藝要求，生產出來的軋輥磨床類床身的外觀質量要比原粘土砂時尺寸精度提高2～3級，表面粗糙度提高1～2級，很好的保證了軋輥磨床床身的鑄造質量和品質。

2)靠側立壁乙面用可以移動的不填砂立壁，減少側立壁坭芯厚度E和底板坭芯高度h后，平均每臺床身可節約8 t樹脂砂的用量，大大降低了生產成本。

3)使用新設計的工裝規范和減少了工裝的使用種類，提高了工裝的通用性，減少吃砂量，降低砂鐵比，提高了生產效率。