淺談一種消失模鑄造震實(shí)臺(tái)的效果測(cè)評(píng)方法

　　郭鵬1，葉升平1，姜海林2，徐敏2，孫黃龍3

　　(1.全國(guó)消失模與V法鑄造學(xué)會(huì) 湖北 武漢，2.嘉城汽車部件制造有限公司 湖南 津市

　　3.圣源機(jī)械制造有限責(zé)任公司 山西 永濟(jì)，)

　　摘要：本文介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)消失模鑄造震實(shí)臺(tái)存在的問(wèn)題，

　　關(guān)鍵詞：震實(shí)臺(tái)，效果測(cè)評(píng)，測(cè)試方法，填砂

　　近些年來(lái)消失模鑄造技術(shù)發(fā)展非常迅猛。國(guó)內(nèi)消失模鑄造裝備自動(dòng)化程度越來(lái)越高。震實(shí)臺(tái)是消失模鑄的關(guān)鍵設(shè)備之一，振動(dòng)的效果直接影響到鑄件的成品率、尺寸精度、表面質(zhì)量以及產(chǎn)品的品質(zhì)。隨著國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的鑄造廠家開(kāi)始生產(chǎn)更多高難度高附加值的產(chǎn)品，大家對(duì)消失模鑄造震實(shí)臺(tái)的要求也越來(lái)越高，具體如下：

　　1)能夠使干砂具有一定的充填能力，使干砂能夠充滿模樣的內(nèi)腔和外圍各個(gè)部位，尤其是直角臺(tái)階面和狹長(zhǎng)孔洞部位;

　　2)震實(shí)后干砂具有一定的緊實(shí)度(1.69g/cm3左右)，使型砂對(duì)模型產(chǎn)生均勻的支撐，并具有一定的強(qiáng)度;

　　3)在整個(gè)振動(dòng)充填過(guò)程中，能消除過(guò)振和砂流現(xiàn)象，最大限度地減少砂子對(duì)白模的沖擊，以減小泡沫模樣的變形量;

　　4)砂子能按一定的方向均勻有序地運(yùn)動(dòng);

　　5)盡量減少對(duì)涂料的壓力和依賴，可減少涂料的厚度;

　　6)激振器要有足夠的激振力，以使其達(dá)到所要求的振幅和振動(dòng)加速度;

　　7)具有不同的振動(dòng)模式，并根據(jù)不同形狀的零件，采用不同的振動(dòng)模式;

　　8)要有足夠的強(qiáng)度和抗振動(dòng)疲勞能力，配有防止振動(dòng)引起的連接件松動(dòng)等結(jié)構(gòu)與措施;

　　9)所有參數(shù)調(diào)整性要好、重復(fù)性好，易調(diào)節(jié)，其中包括：振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向等參數(shù);

　　10)結(jié)構(gòu)合理耐用，焊接后要時(shí)效處理，整機(jī)要做平衡處理;

　　11)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、快速周轉(zhuǎn)，提高鑄件的成品率和生產(chǎn)率。

　　消失模鑄造震實(shí)臺(tái)的最關(guān)鍵的性能在于能夠在白模不變形的情況下實(shí)現(xiàn)直角折線截面處以及狹長(zhǎng)孔等死角部位的砂子充填。針對(duì)這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)有機(jī)玻璃盒子的測(cè)試裝置。測(cè)試試驗(yàn)具體過(guò)程為，將裝有視頻記錄儀器的震實(shí)臺(tái)震實(shí)效果測(cè)試裝置埋入砂箱中，開(kāi)啟震實(shí)臺(tái)，按照預(yù)設(shè)的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行振動(dòng)填砂，翻箱取出測(cè)試裝置，讀取視頻記錄，根據(jù)實(shí)際充填效果對(duì)震實(shí)臺(tái)的填砂效果進(jìn)行評(píng)估。

　　實(shí)驗(yàn)用儀器包括一組有機(jī)玻璃振動(dòng)測(cè)試裝置、香港?，擜R63A便攜式振動(dòng)測(cè)試儀等。

　　1. 有機(jī)玻璃振動(dòng)測(cè)試裝置的初步方案

　　如下圖所示，波折線處均裝有刻度尺，以衡量砂子的充填效果。為方便后續(xù)表述，現(xiàn)如圖1中所示，將整個(gè)截面劃分為7個(gè)區(qū)域。

　　圖4為有機(jī)玻璃振動(dòng)測(cè)試裝置，測(cè)試裝置一端有很多各式空腔、孔洞，將測(cè)試裝置放入砂箱中后，砂子可以從兩個(gè)側(cè)面進(jìn)入孔洞中。

　　振動(dòng)測(cè)試裝置說(shuō)明：

　　1)如圖3所示，測(cè)試裝置的頂部最初設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形盲孔，但考慮到實(shí)際消失模鑄造中發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件的凸輪軸孔的填砂問(wèn)題，作者將最頂部的長(zhǎng)方形盲孔更改為內(nèi)壁直徑為40mm的圓形盲孔，以測(cè)試砂子在圓形盲孔中的填充能力。

　　2)關(guān)于試驗(yàn)視頻記錄的問(wèn)題：作者設(shè)計(jì)了三個(gè)方案，包括使用紅外監(jiān)控夜視攝像頭、電腦用普通攝像頭、車載GPS支架+Iphone手機(jī)等方案。紅外監(jiān)控夜視攝像頭盡管具有一定的夜視能力，可以在測(cè)試裝置埋入砂箱后獲得較清晰的圖像，但該圖像為黑白視圖，不具備自動(dòng)對(duì)焦能力，且視角較小，故該方案被否定。電腦用普通攝像頭的視角為圓形，不能覆蓋整個(gè)測(cè)試裝置，且圖像分辨率低，測(cè)試裝置上的標(biāo)度尺根本無(wú)法讀數(shù)，故該方案也被否定。車載GPS支架+iphone手機(jī)的方案，具有容易固定、可自動(dòng)對(duì)焦、圖像清晰、自帶閃光燈照明、視角全覆蓋等優(yōu)點(diǎn)，較好地滿足了試驗(yàn)的需要。

　　3)關(guān)于有機(jī)玻璃盒子內(nèi)視頻記錄的光斑問(wèn)題：由于有機(jī)玻璃內(nèi)四壁較光滑，當(dāng)燈光照入測(cè)試箱后，在后側(cè)的關(guān)鍵部位總是出現(xiàn)光斑。我們通過(guò)在測(cè)試箱內(nèi)壁四周粘貼白紙，以讓外來(lái)燈光形成漫反射，從而解決光斑問(wèn)題。作者的第一個(gè)方案是如圖4b所示，在測(cè)試箱外側(cè)頂部安裝蓄電池LED燈，但由于測(cè)試裝置需要埋入砂箱中，所以對(duì)測(cè)試裝置的密封防護(hù)提出了很高的要求。作者的第二個(gè)方案是利用Iphone手機(jī)的閃光燈作為光源，實(shí)際測(cè)試效果較好，簡(jiǎn)便易行，故采用了第二方案。

　　4)在測(cè)試裝置內(nèi)壁貼有刻度尺，方便記錄測(cè)試結(jié)果。

　　2. 有機(jī)玻璃振動(dòng)測(cè)試裝置的二次方案

　　由于測(cè)試裝置一中的測(cè)試部分為固定裝置，不便于靈活設(shè)計(jì)測(cè)試方案，且沒(méi)有刷涂料，為有機(jī)玻璃—砂子的充填界面，與實(shí)際震實(shí)過(guò)程中的涂料—砂子界面不同，所以后將測(cè)試裝置設(shè)計(jì)為如圖5所示，四角的定位裝置可以方便地固定泡沫塊。

　　首先將泡沫塊裁切成需要的形狀，上涂料，烘干，最后嵌入測(cè)試裝置二中的四角內(nèi)，組合成新的測(cè)試裝置。這樣可以較為靈活地設(shè)計(jì)測(cè)試方案，也更符合實(shí)際震實(shí)過(guò)程中的涂料—砂子界面。測(cè)試得到的結(jié)果更加具有信服力。

　　3. 便攜式振動(dòng)測(cè)試儀

　　4. 具體實(shí)驗(yàn)方案

　　(1)將使用閃光燈作照明的手機(jī)放入有機(jī)玻璃振動(dòng)測(cè)試盒，固定并開(kāi)啟錄像。然后將有機(jī)璃振動(dòng)測(cè)試盒密封，放入砂箱中，落砂、振實(shí);

　　(2)翻箱取出盒子，取出盒子里面的手機(jī)，讀取錄像，通過(guò)錄像來(lái)觀察整個(gè)填充振實(shí)的過(guò)程以及最后的填充振實(shí)效果，研究震實(shí)臺(tái)充填緊實(shí)的規(guī)律。

　　5. 試驗(yàn)結(jié)果

　　作者利用如圖2-4所示的測(cè)震裝置到安徽淮南中興華漢機(jī)械有限公司、浙江萬(wàn)里揚(yáng)機(jī)械有限公司、山西運(yùn)城中遠(yuǎn)機(jī)械有限公司、湖南津市嘉誠(chéng)汽車部件有限公司等消失模鑄造企業(yè)進(jìn)行了多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)將情況介紹如下：

　　(1)安徽淮南中興華漢機(jī)械有限公司

　　安徽中興華漢機(jī)械有限公司成立于2008年7月?，F(xiàn)在公司擁有一條自己設(shè)計(jì)制造的年生產(chǎn)能力為5000噸的消失模鑄造生產(chǎn)線，員工六十余人，于2009年5月正式投入生產(chǎn)。公司致力于高新技術(shù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，目前已開(kāi)發(fā)出鑄鐵4缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，鋁合金消失模鑄造的江鈴汽車發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂蓋罩，快艇掛機(jī)機(jī)體等填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的產(chǎn)品。其使用的是如圖1-8所示的抱夾式震實(shí)臺(tái)。

　　具體振動(dòng)參數(shù)如下：

　　表1-1 振動(dòng)參數(shù)

　　表1-2 填充效果

　　(2)浙江萬(wàn)里揚(yáng)機(jī)械有限公司

　　浙江萬(wàn)里揚(yáng)變速器股份有限公司是國(guó)內(nèi)第一家汽車變速器的上市企業(yè)(SZ002434)，目前以生產(chǎn)商用車變速器為主，是國(guó)內(nèi)首家完成微卡、輕卡、重卡、客車、SUV、轎車等變速器研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)。該公司現(xiàn)擁有4條消失模生產(chǎn)線。

　　震實(shí)臺(tái)配合安裝在萬(wàn)里揚(yáng)公司的流水線上，下部安裝有空氣彈簧?？諝鈴椈煽梢云鸬脚e升震實(shí)臺(tái)和緩沖的雙重作用。不但不需要另設(shè)舉升裝置，且還可滿足垂直和水平方向都能起到緩沖作用的要求。另外，調(diào)節(jié)其內(nèi)部充氣壓力的大小還能夠改變彈簧的剛度，以適應(yīng)在最大有效負(fù)荷一下的不同負(fù)荷的變化，保證振動(dòng)參數(shù)的穩(wěn)定?？諝鈴椈膳浜蠚鈩?dòng)夾緊裝置，可以方便地夾緊砂箱并進(jìn)行振動(dòng)。震實(shí)過(guò)程結(jié)束后，空氣彈簧的氣囊下降，液壓油缸將砂箱推走，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　具體振動(dòng)參數(shù)如下：

　　表1-3 振動(dòng)參數(shù)

　　表1-4 填充效果

　　(3)山西運(yùn)城中遠(yuǎn)機(jī)械有限公司

　　山西中遠(yuǎn)機(jī)械制造有限公司是一家股份制企業(yè)，是國(guó)內(nèi)最早一批研究開(kāi)發(fā)消失模鑄造工藝的廠家，主要生產(chǎn)和加工各類灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼件和鋁、銅合金等有色鑄件，其中主打產(chǎn)品為高鐵用制動(dòng)盤(pán)。

　　該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易變形失圓，故而對(duì)震實(shí)臺(tái)的性能提出了更好的要求。山西中遠(yuǎn)機(jī)械有限公司使用山西永濟(jì)圣源機(jī)械有限公司生產(chǎn)的整套消失模設(shè)備。其使用雙電機(jī)無(wú)夾緊自由式震實(shí)臺(tái)。

　　具體振動(dòng)參數(shù)如下： 表1-5 振動(dòng)參數(shù)

　　表1-6 填充效果

　　將三家企業(yè)的震實(shí)臺(tái)測(cè)試試驗(yàn)分析對(duì)比，如下

　　為方便敘述，后將安徽中興華漢有限公司稱為A公司，萬(wàn)里揚(yáng)機(jī)械有限公司為B公司，山西中遠(yuǎn)機(jī)械有限公司為C公司。

　　經(jīng)分析，三家公司的震實(shí)臺(tái)性能差別較大。

　　區(qū)域1為圓形深盲孔。針對(duì)區(qū)域1，A公司和B公司均未能將砂子填滿，而C公司的震實(shí)臺(tái)性能較好，可以將區(qū)域1完全填滿。這說(shuō)明，A公司和B公司的震實(shí)臺(tái)的水平填充能力極為有限，如果生產(chǎn)缸體缸蓋等帶有深盲孔的鑄件時(shí)，鐵水極有可能沖破沒(méi)有背砂支撐的涂料層，發(fā)生粘砂等缺陷。

　　區(qū)域2為開(kāi)有小孔的封閉內(nèi)腔。針對(duì)區(qū)域2，三個(gè)公司的震實(shí)臺(tái)均未能將砂子填滿。雖然C公司的震實(shí)臺(tái)能夠?qū)^(qū)域2填充大約85%左右，但在實(shí)際生產(chǎn)中這樣的部位必須100%充滿。這說(shuō)明，針對(duì)開(kāi)有小孔的封閉內(nèi)腔，現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)的震實(shí)臺(tái)的填充能力都極為有限。

　　區(qū)域4為帶有擋板，下部開(kāi)孔的封閉內(nèi)腔。砂子只能從下部向上進(jìn)行充填，這是考驗(yàn)消失模鑄造震實(shí)臺(tái)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。針對(duì)區(qū)域4，A公司和B公司均無(wú)能為力，而C公司的震實(shí)臺(tái)可以將區(qū)域1填充60%左右，性能較為優(yōu)異，但仍有較大的提升空間。

　　區(qū)域5的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，關(guān)鍵在與振動(dòng)時(shí)間。振動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，填充效果越好。

　　區(qū)域6為方形深盲孔。針對(duì)區(qū)域6，A公司和B公司均未能將砂子填滿，而C公司的震實(shí)臺(tái)性能較好，可以將區(qū)域6完全填滿。這說(shuō)明，A公司和B公司的震實(shí)臺(tái)的水平填充能力極為有限，如果生產(chǎn)離合器殼等帶有方形深盲孔的鑄件時(shí)，需要進(jìn)行預(yù)填樹(shù)脂砂，否則鐵水極有可能沖破沒(méi)有背砂支撐的涂料層，產(chǎn)生粘砂等缺陷。

　　綜上，本文提供了一種簡(jiǎn)便易行直觀的測(cè)量震實(shí)臺(tái)填砂性能的檢測(cè)方法。這為以后國(guó)內(nèi)消失模鑄造業(yè)界設(shè)計(jì)出性能更好的震實(shí)臺(tái)提供了參考依據(jù)和測(cè)評(píng)方法。

　　作者：郭鵬，華中科技大學(xué)文華學(xué)院教師，全國(guó)消失模與V法鑄造學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，