全自動造型機密封圈裝置優化設計

管林東

（江蘇省鹽城技師學院，江蘇鹽城 224002）

0 引言

砂型鑄造是鑄造加工的基礎工藝，而黏土砂型鑄造具有的低成本、高效率的優勢，一直占造型工藝的主導地位。某造型機企業研發一種上、下射砂水平分型的新型全自動造型機。在近年來的使用過程中，客戶反饋造型機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。江蘇省鹽城技師學院應企業要求，承擔了研發任務，經多次試驗，在不改變設備外形尺寸的情況下，大膽創新，化整為零，采用翻轉機構優化密封裝置設計，大幅度提高易損件更換效率。經試用，產品深受用戶好評。

1 問題提出

1.1 設備結構及工作過程

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

圖1 造型機工作流程

1.2 存在的問題

砂型鑄造機下彎頭的出砂口外板處設有密封圈，可提高向下儲氣倉吹砂時的密封性。但在下儲氣倉上下移動的過程中，下儲氣倉的進砂口襯板易對密封圈造成磨損，長時間使用后密封圈易損壞，由于出砂口外板、進砂口襯板分別與下彎頭和下儲氣倉通過螺釘連接，且二者為一整塊較大的鋼板，重量大，拆卸十分困難，導致密封圈很難更換。

1.3 國內外研究現狀

造型機源于19 世紀中期的歐洲，得益于工業化的強烈需求，造型機技術蓬勃發展。截止當前，瑞士GF 公司、德國BBC 公司、日本新東工業公司、英國Booth 公司等都對造型機技術的研究和推廣做出了重要貢獻，但在造型機密封裝置優化方面的研究甚少。

國內對造型機的研究起步較晚，以追隨國際主流技術為主。濟南鑄鍛機械研究所于1983 年研制出國內第一臺氣沖造型試驗機。近年來，國內鑄造行業在追隨國際主流技術的過程中不斷創新，開發了一系列符合企業需求的新型造型機，滿足了企業對造型產品的要求。此方面研究有關于整體結構優化的研究，有關于射砂方式、壓實方式方面的研究，也有關于制芯設備的研究，也有噪聲控制方面的研究，如徐萬里的《KW 靜壓造型機存在的問題及工藝優化試驗》、張志紅《穿梭式造型機V 法造型線設計與應用》、趙恒濤《靜壓造型機模板框及排氣塞的設計》等。但通過信息檢索，在密封圈所依附零部件結構設計及優化方法研究較少。

2 翻轉結構設計

2.1 傳統結構分析

根據工作要求，下彎頭出砂口外板與下儲氣倉進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氣倉的進氣口襯板用鎖緊塊鎖定。工作狀態時，下儲氣倉上行，和下儲氣倉相連的進砂口襯板與下彎頭出砂口外板對應貼合。非工作狀態時，下儲氣倉下行，與下儲氣倉相連的進砂口襯板因設備整體結構的限制，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 傳統下彎頭與下儲氣倉連接示意

通過對下彎頭出砂口外板尺寸的測量，結合下儲氣倉進砂口襯板在非工作狀態的位置分析，發現如果將下儲氣倉進砂口襯板進行改良，就可以實現非工作狀態時密封圈的完全外露，極大方便了密封圈的更換工作。

2.2 翻轉機構設計

通過對下彎頭、下儲氣倉非工作狀態位置及密封圈尺寸分析，發現如果密封圈全部外露，則進砂口襯板要么需要完全拆卸，要么需要大幅度縮小尺寸。完全拆卸費時費力、效率低，而縮小尺寸將導致不能滿足工作要求。通過試驗發現，如果將進砂口襯板設計成翻轉機構，工作時通過螺釘固定為一個整體，更換密封圈時松開螺釘，通過鉸接翻轉，就可以使密封圈完全外露。

本機構包括與下儲氣倉進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、與過渡板一側連接的翻轉板、與翻轉板連接的氮氣彈簧，翻轉板的下端與進砂口襯板上端，翻轉板背向過渡板的一側抵靠在出砂口外板上，過渡板的上側與翻轉板下側通過螺釘連接，過渡板的下側與進砂口襯板上側通過螺釘連接，氮氣彈簧的伸縮端與下儲氣倉的側邊連接，另一端與翻轉板連接（圖3～圖5）。

圖3 密封圈翻轉機構設計示意

圖4 密封圈翻轉機構拆分

圖5 密封圈翻轉機構視角

密封圈內緊貼有出砂口內板，出砂口內板與下彎頭連接，翻轉板、進砂口襯板均抵靠在出砂口內板上。進砂口襯板的兩側通過螺栓固定有鎖緊塊，出砂口外板位于鎖緊塊內，且可沿鎖緊塊上下移動。

2.3 創新點

相對于傳統進砂口襯板，本機構減少了進砂口襯板的尺寸，并在上端設置一塊翻轉板，且過渡板同時與進砂口襯板、翻轉板連接，減輕了進砂口襯板的重量，還保證了下彎頭與下儲氣倉之間的密封性。

當密封圈損壞后，先松開過渡板與進砂口襯板上側的螺釘，然后將翻轉板向下翻轉，氮氣彈簧起到支撐作用，可使翻轉板平穩翻轉，露出密封圈。在更換密封圈時，可取下兩側鎖緊塊，再通過下儲氣倉的升降來配合更換，不用取下整塊進砂口襯板即可完成更換，省時省力。

3 結束語

通過對密封圈翻轉機構的優化設計，解決了密封圈更換費時費力的問題，促進了該型號造型機的推廣普及，產品銷售狀況良好。