孫寶君，王金朋

（1.中國(guó)北車齊軌裝備有限責(zé)任公司熱工藝部，黑龍江 齊齊哈爾 161002；2.牡丹江金緣鉤緩制造有限公司，黑龍江 牡丹江 157013）

為了進(jìn)一步提高新造貨車轉(zhuǎn)向架搖枕和側(cè)架的可靠性，實(shí)現(xiàn)鐵道部運(yùn)輸局裝備部提出的“提高搖枕、側(cè)架制造工藝水平”的攻關(guān)目標(biāo)，我公司根據(jù)運(yùn)裝貨車 [2006]10號(hào)、[2006]400號(hào)、[2007]100號(hào)文件的要求，于2006年5月開始開發(fā)研制適用于搖枕、側(cè)架的整體芯生產(chǎn)工藝，目標(biāo)是將原工藝中搖枕、側(cè)架內(nèi)腔分別由6塊和12塊砂芯組成，改為由一個(gè)整體砂芯形成，從而徹底解決搖枕、側(cè)架內(nèi)腔重要部位存在的披縫、臺(tái)階等缺陷，進(jìn)一步提高搖枕、側(cè)架可靠性，使行車安全得到更好的保障。

根據(jù)以上內(nèi)容，我公司于2006年8月開始了搖枕、側(cè)架整體芯的可行性研究工作，并制定了多種手工芯盒進(jìn)行芯砂工藝和整體芯工藝的試驗(yàn)研究。先后進(jìn)行了酯硬化水玻璃砂工藝、堿性酚醛自硬樹脂砂工藝、C O2硬化堿性酚醛樹脂砂等芯砂工藝方案試驗(yàn)；同時(shí)進(jìn)行了上平面壓實(shí)工藝、上下兩片組芯工藝、盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝等制芯工藝方案試驗(yàn)，通過(guò)反復(fù)研討論證，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及成本等綜合影響因素，最終搖枕、側(cè)架整體芯均采用盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝。在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了適用于生產(chǎn)線的工藝流程方案研究及專用生產(chǎn)線工藝裝備的設(shè)計(jì)及制造。用制芯線完成盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝已于2007年5月20日成功應(yīng)用于K 6搖枕、側(cè)架整體芯的生產(chǎn)中，并于2007年6月22日順利通過(guò)鐵道部運(yùn)輸局裝備部專家組的工藝評(píng)估，并申請(qǐng)了國(guó)家專利。

1 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝流程研究

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝基本原理是工藝流程的設(shè)計(jì)依據(jù)，通過(guò)工藝流程中每一步驟，來(lái)保證該工藝在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用和貫徹。即工藝流程是工藝原理能夠順利實(shí)施的過(guò)程控制。

1.1 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝的基本原理[1]

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝的基本原理是采用射芯工藝的生產(chǎn)原理，與射芯不同之處為盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝是在芯盒內(nèi)先填砂后合模（射芯工藝是先合模后填砂）。利用尚未硬化的下半芯盒內(nèi)芯砂水玻璃的粘性，并通過(guò)自動(dòng)合芯機(jī)的液壓系統(tǒng)在合芯過(guò)程中實(shí)現(xiàn)上下兩半芯盒內(nèi)芯砂及預(yù)制砂臺(tái)之間相互擠壓。同時(shí)利用鎖芯銷對(duì)芯砂的鎖緊作用，使已經(jīng)硬化的上半芯盒內(nèi)的芯砂與未硬化的下半芯盒內(nèi)的芯砂相粘合。成型工藝原理如圖1所示。

圖1 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝原理圖

1.2 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝的生產(chǎn)工藝流程[1]

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。該工藝具體操作步驟為：

步驟S 01，將冷鐵、芯鐵擺放至工藝要求的位置，然后啟動(dòng)混砂機(jī)向上半芯盒內(nèi)填砂。

圖2 搖枕、側(cè)架盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝流程圖

步驟S 02，等待在上半芯盒內(nèi)的芯砂硬化。

步驟S 03，判斷上半芯盒內(nèi)的芯砂是否硬化達(dá)到工作需要；若是，則進(jìn)入步驟S 04；若否，則返回步驟S 02.

步驟S 04，將填滿芯砂的上半芯盒轉(zhuǎn)至合芯機(jī)上與下半芯盒相對(duì)的位置。

步驟S 05，將冷鐵、芯鐵擺放至工藝要求的位置，然后啟動(dòng)混砂機(jī)向下半芯盒填砂。該步驟與步驟S 04同時(shí)進(jìn)行。

步驟S 06，將裝滿芯砂的上半芯盒采用合芯機(jī)組合到裝滿芯砂的下半芯盒。該步驟必須與步驟S 05緊密銜接，這是由于此處需要利用尚未硬化的下半芯盒內(nèi)芯砂的水玻璃黏結(jié)劑的粘性，通過(guò)擠壓、鎖芯銷的鎖緊作用，與上半芯盒內(nèi)的芯砂相粘合，實(shí)現(xiàn)了上、下兩半芯盒內(nèi)芯砂的自粘合。如果下半芯盒內(nèi)的芯砂硬化，則不能完成。這樣則避免砂芯出現(xiàn)披縫，并且無(wú)需粘合芯段和打磨，提高了生產(chǎn)效率。

步驟S 07，取下上半芯盒。

步驟S 08，等待在下半芯盒內(nèi)的芯砂硬化。

步驟S 09，判斷下半芯盒內(nèi)的芯砂是否硬化達(dá)到工作需要；若是，則進(jìn)入步驟S 10；若否，則返回步驟S 08.

步驟S 10，整體砂芯芯盒移動(dòng)到起模工位。

步驟S 11，整體砂芯起模。

由于上砂芯的芯盒已經(jīng)取下，因此，該步驟實(shí)際只需要取下下砂芯芯盒，然后采用專用的吊具將整體砂芯吊出。

步驟S 12，刷涂料并將砂芯烘干后下入型腔。

2 盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝專用制芯線及工藝裝備

將盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，還需要繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)與之配套的專用生產(chǎn)線和工藝裝備，來(lái)完成工藝流程每一步驟中的各項(xiàng)工作，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、及方便操作等因素，所設(shè)計(jì)的制芯線主要分為填砂工位、翻轉(zhuǎn)合芯工位、起芯工位、刷涂工位、烘干工位等5個(gè)工位。

2.1 填砂工位

在填砂工位完成上、下芯盒填砂；如圖3、圖4.在正常的生產(chǎn)節(jié)奏中完成下芯盒填砂后，迅速與上芯盒合芯如圖4，與此同時(shí)前一輥道上芯盒活塊歸位組合，繼續(xù)進(jìn)行上芯盒填砂如圖3，完成下一輪上芯盒冷芯鐵擺放及填砂。從而實(shí)現(xiàn)上芯盒夾緊、翻轉(zhuǎn)與下芯盒填砂同時(shí)進(jìn)行；合芯與上芯盒活塊起模及歸位同時(shí)進(jìn)行。

圖3 上芯盒填砂

圖4 下芯盒填砂

1）設(shè)備功能

1臺(tái)15 t連續(xù)式混砂機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)輥道。功能要求為混砂機(jī)原砂及液料定量準(zhǔn)確并可隨天氣溫度和濕度調(diào)節(jié)，來(lái)控制芯砂的硬化時(shí)間；運(yùn)轉(zhuǎn)輥道運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)工裝及砂芯無(wú)沖擊。

2）工裝設(shè)計(jì)

搖枕、側(cè)架芯盒設(shè)計(jì)采用上下芯盒分別填砂，可滿足擺放冷、芯鐵等工藝措施的實(shí)施；活塊設(shè)計(jì)時(shí)考慮舂砂方向，避免橫向彎角影響芯砂緊實(shí)度。

2.2 翻轉(zhuǎn)合芯工位

在翻轉(zhuǎn)合芯工位依次利用翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)完成上芯盒夾緊、起升、翻轉(zhuǎn)、移動(dòng)至下芯盒上方、擠壓合芯、上芯盒脫盒及上芯盒回位等工作如圖5.上芯盒回位后上芯盒與下芯盒連帶整體砂芯連續(xù)移動(dòng)兩個(gè)輥道位，進(jìn)行上芯盒起活塊，并組合至上芯盒，進(jìn)行下一輪上芯盒填砂。

圖5 翻轉(zhuǎn)合芯

1）設(shè)備功能

1臺(tái)翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)，浮動(dòng)輥道。功能要求為翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)橫向及縱向定位，起升、移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)運(yùn)行平穩(wěn)。浮動(dòng)輥道具有360°順滑移動(dòng)功能，使芯盒底板在浮動(dòng)平臺(tái)固定后，能夠在合芯時(shí)沿芯盒定位銷自動(dòng)對(duì)中。

2）工裝設(shè)計(jì)

整體芯芯盒設(shè)計(jì)時(shí)為起模方便上芯盒采用芯盒外框脫落式結(jié)構(gòu)，以方便砂芯及活塊翻轉(zhuǎn)后整體脫出；在上芯盒兩端設(shè)置翻轉(zhuǎn)夾持孔和定位銷孔，用于芯盒合芯定位。砂芯外形輪廓全部由活塊組成，活塊采用鑄鋁材質(zhì)，芯盒外框采用Q T 400-15材質(zhì)。芯盒設(shè)計(jì)見圖6.

2.3 起芯工位

在此工位完成下芯盒外框抬出、利用專用氣囊吊具完成整體砂芯起模、起活塊、活塊和外框組裝如圖7、圖8。在下一輥道位進(jìn)行冷芯鐵擺放。

圖7 起芯

圖8 起活塊

1）設(shè)備功能

利用2臺(tái)單梁吊分別進(jìn)行芯盒外框抬出和砂芯起模，其中起模單梁吊選用雙速電機(jī)實(shí)現(xiàn)起模和吊運(yùn)時(shí)節(jié)奏變換，利于砂芯的平穩(wěn)起模。

2）工裝設(shè)計(jì)

整體芯下芯盒設(shè)計(jì)時(shí)采用芯盒外框抬出式結(jié)構(gòu)，利于整體砂芯起模和吊運(yùn)；側(cè)架彎角處防裂拉筋和散熱片由活塊帶出，減小起模時(shí)的附著力。下芯盒兩端設(shè)置吊軸和定位銷孔，用于芯盒外框抬出和回位時(shí)定位。砂芯外形輪廓全部由活塊組成，活塊采用鑄鋁材質(zhì)，芯盒外框采用Q T 400-15材質(zhì)，芯盒設(shè)計(jì)見圖9.

搖枕、側(cè)架起模均使用專用氣囊吊具。氣囊采用聚氯乙烯軟管，附著于隨型圓弧托架上，用壓縮空氣對(duì)聚氯乙烯軟管充氣后在吊具托架與砂芯之間形成壓縮氣囊，吊具和砂芯之間實(shí)現(xiàn)軟接觸，壓力可通過(guò)調(diào)壓閥門隨時(shí)調(diào)節(jié)，砂芯起模及吊運(yùn)時(shí)破損率小且操作方便，原理見圖10.氣壓選擇0.3 MPa～0.4 MPa，負(fù)載極限230kg.

圖10 氣囊吊具原理圖

2.4 刷涂及烘干工位

整體砂芯起模后利用氣囊吊具翻轉(zhuǎn)30°，進(jìn)行底面刷涂料?；匚缓笤趯Ｓ秒S型托芯板上定位安放，進(jìn)行上面、側(cè)面刷涂料，進(jìn)入烘干工位如圖11。

1）設(shè)備功能

烘干窯，雙層輥道。烘干窯可控溫度范圍80℃～200℃，使用溫度140℃～160℃.雙層輥道上層輥道為進(jìn)窯輥道，能夠雙向運(yùn)行；下層輥道為芯板返回輥道。

2）工裝設(shè)計(jì)

隨型托芯板利用彈簧支撐座對(duì)整體芯懸臂部位進(jìn)行支撐，彈簧選擇壓力為搖枕16 kg，側(cè)架7.5 kg，見圖12.

圖11 刷涂料及砂芯烘干

2.5 制芯線工藝驗(yàn)收及工裝驗(yàn)證

制芯線落成后對(duì)其運(yùn)行情況及單機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行了工藝驗(yàn)收，整體運(yùn)行情況良好，其中翻轉(zhuǎn)合芯機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，合芯情況良好；浮動(dòng)平臺(tái)、運(yùn)轉(zhuǎn)小車、輥道運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，定位夾緊裝置符合要求；自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)合理，能夠保證工藝流程的順利完成，符合工藝要求。

工裝制作完成后進(jìn)行了投產(chǎn)驗(yàn)證，經(jīng)對(duì)產(chǎn)品劃線、解剖以及樣板檢查，產(chǎn)品各部尺寸合格，工裝合格，符合安全生產(chǎn)要求，可投入批量生產(chǎn)。吊具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，使用效果良好，經(jīng)強(qiáng)度校核符合安全生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝流程及其制芯線和工裝設(shè)計(jì)合理，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證能夠滿足工藝要求和生產(chǎn)使用要求。砂芯質(zhì)量穩(wěn)定、裝備運(yùn)行平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高，已達(dá)到每月500輛份搖枕、側(cè)架整體芯的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)的K 6搖枕、側(cè)架整體芯符合整體芯概念，即表面無(wú)臺(tái)階、披縫，光滑平順的一體砂芯。

［1］郝施奇.盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（6）：21-24.