戴開明，宋 彬

（1.湖北江山重工有限責(zé)任公司，湖北襄陽441057;2.北京北方恒利科技發(fā)展有限公司，北京102600）

ZCP32T鑄型脫模機為全液壓驅(qū)動夾緊固定金屬外型及從金屬外型內(nèi)腔中平穩(wěn)頂出10產(chǎn)品殼體的鑄型脫模機。鑄型脫模機的主要部件優(yōu)選國內(nèi)名優(yōu)產(chǎn)品，使整機性能穩(wěn)定、可靠、壽命長。其結(jié)構(gòu)為分體式，可拆性好，搬遷、安裝迅速方便。操作人員工作環(huán)境好，勞動強度低，生產(chǎn)效率高。同時也能適應(yīng)9產(chǎn)品、5產(chǎn)品及5A產(chǎn)品殼體的脫模。

1 主要研究內(nèi)容

圖1 ZCP32T型鑄型脫模機

10產(chǎn)品金屬鑄型大多比較長，由兩段金屬外型組成，在合箱時，兩段之間擠有防跑火密封泥，會形成小的間隙，鑄件成型后產(chǎn)生披縫，導(dǎo)致脫模困難。如果強行脫模，會拉傷殼體，造成經(jīng)濟損失，必須先由多人用行車吊著清理打出一段金屬外型后，在現(xiàn)有9產(chǎn)品脫模機上脫去另一段。這種方法費工費時，占用行車時間長，導(dǎo)致造型、制芯、合箱、澆注和烘烤工序等待行車、爭搶行車的混亂狀況，嚴重影響了生產(chǎn)的正常進行。這種方法還會導(dǎo)致金屬外型容易被打壞，長殼體的芯骨芯頭脫不出來，只能氣割破壞去除，增加了生產(chǎn)成本。

鑒于這些生產(chǎn)困難，根據(jù)清理脫模需求，在9產(chǎn)品脫模機研究成果的基礎(chǔ)上進行攻關(guān)，解決相關(guān)結(jié)構(gòu)、工藝、速度和油缸及液壓系統(tǒng)的滲漏油等技術(shù)難題，研制開發(fā)了ZCP32T臥式鑄型脫模機，其頂推速度可達30mm/s，返程速度可達60 mm/s，可大大提高鑄型脫模機的工作效率。鑄型脫模機在設(shè)計過程中結(jié)合車間清理的實際情況，在保證工作速度和工作效率的前提下，減小電機的功率（由22kW電機變?yōu)?.5kW電機，齒輪泵改為柱塞泵），取消節(jié)流閥，降低了噪音，達到了節(jié)能環(huán)保。不論從技術(shù)還是在成本控制上使得鑄型脫模機的綜合性能得到較大提升，并滿足了10產(chǎn)品批產(chǎn)的要求，形成新的自主知識產(chǎn)權(quán)。通過技術(shù)攻關(guān)，將使鑄型脫模機朝直徑尺寸更大，長度更長的方向發(fā)展，以達到又大又長殼體的脫模。

圖2 ZCP32T型鑄型脫模機液壓原理圖

鑄型脫模機工作原理是：用行車把鑄型法蘭直徑為960mm的鑄型水平吊放在自動定心托架車上，操控液壓夾緊機構(gòu)，使外抓鉤住金屬外型的法蘭邊，操控液壓頂出機構(gòu)，重復(fù)幾次推出芯骨芯頭后，直接脫出一段金屬外型；松開液壓夾緊機構(gòu)，再次調(diào)頭吊裝鑄型后，鑄型放在托架車上，已脫出的殼體放支撐車上，操控液壓夾緊機構(gòu)，用里抓或外抓鉤住金屬外型的法蘭邊，操控液壓頂出機構(gòu)，脫出另一段金屬外型，這樣就完成了鑄型脫模清理過程。

根據(jù)鑄型脫模機工作原理，主要研發(fā)變量泵型液壓泵站，確保在節(jié)能降耗的情況下，能為頂出液壓缸提供足夠的動力和流量；開發(fā)設(shè)計油缸安裝座，提高鑄型脫模機的整體結(jié)構(gòu)和承載能力，采用前鋼板焊接結(jié)構(gòu)，保證有足夠的強度和剛度，節(jié)省試制時間；開發(fā)設(shè)計液壓夾緊機構(gòu)，改變受力方式，解決了殼體長短不一的裝夾技術(shù)難題，有效減少頂出油缸的空行程，極大提高鑄型脫模機的工作效率；開發(fā)設(shè)計出橫向頂出機構(gòu)，提高了頂出油缸軸的剛度；開發(fā)設(shè)計出落地導(dǎo)軌工作臺、托架車和支撐車，提高鑄型導(dǎo)向定心精度和承載能力，用滾動摩擦代替滑動模，減小了阻力，降低了能耗；采用最簡單的液壓控制系統(tǒng)，有效解決油路、液壓件能耗損失的難題，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)最為理想的性能要求。

鑄型脫模機的零部件和整機采用計算機三維輔助設(shè)計，使圖紙的設(shè)計精度和設(shè)計質(zhì)量以及效率都有了很大的提高。其設(shè)計的圖紙和有關(guān)參數(shù)，可以提供于數(shù)控機床和數(shù)控火焰切割機或水刀切割機加工零件時切割使用，大大提高了零件的加工精度和制造水平，節(jié)省了人工放樣、加工的工時，消除了手工操作所產(chǎn)生的加工誤差。在結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計方面，也采用結(jié)構(gòu)靜動力有限元分析軟件，模擬鑄型脫模機結(jié)構(gòu)的實際脫模受載工況，通過計算分析，對整個鑄型脫模機各部位的結(jié)構(gòu)強度和剛度有了比較精確和全面的了解。

對鑄型脫模機整機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，將有限元分析方法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法相結(jié)合，以輕量化、動特性為主要目標對工作臺、油缸安裝座、夾緊機構(gòu)、頂出機構(gòu)、托架車等大型基礎(chǔ)件進行結(jié)構(gòu)修正和優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)優(yōu)化分析結(jié)果，改進鑄型脫模機結(jié)構(gòu)，研究鑄型脫模機非均勻載荷工況；分析零部件之間連接形式、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)合面特性；獲得一些重要特征參數(shù)（如中心高），并且把這些參數(shù)應(yīng)用于后面的零部件和整機建模，以確保建模精度。

研究開發(fā)新型部件結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)鑄型脫模機的高精度性能。應(yīng)用了新型全鋼火車導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，提高鑄型脫模機的運行效率。

研發(fā)創(chuàng)新設(shè)計鑄型脫模機的液壓系統(tǒng)（見圖2），提高鑄型脫模機的工作效率。

根據(jù)鑄型的內(nèi)腔直徑548mm和外圓直徑960mm，通過作圖法，確定出頂出機構(gòu)的壓頭直徑為520mm，中心高為780mm。本著油缸軸剛度最大，又能滿足壓頭尺寸520mm和行程與缸徑的比值≤10的原則，確定頂出液壓缸型號HSGK01-160/110E4211，S=1600mm，軸端長120mm；速比等于2;兩只夾緊液油缸型號HSGK01-50/28E1311；25YCY14-1B柱塞泵。

頂出液壓缸的推力F1=8×8×3.14×160/1000=32(t)；

表1 鑄型脫模機主要技術(shù)指標與原來同類產(chǎn)品的對比分析

頂出液壓缸的容積Vt=0.8×0.8×3.14×16=32(L)；

柱塞泵每秒供油量Q1=25×1440/60/1000=0.6(L);

頂出液壓缸全行程時間t=V/Q=32/0.6=53.3(s)；

頂出液壓缸的頂出速度V=1600/53.3=30(mm/s);

油泵的驅(qū)動功率N=PQ1/η=16×0.6/0.9=10.67(kW)

由于25YCY14-1B柱塞泵是變量泵，剛開始推動時推力最大，可以用減小流量的方法來達到最大推力，加上電動機短暫有25%的超負荷能力。油泵的驅(qū)動功率N=16×0.45/0.9×100/125=6.4(kW)

所以選用7.5kW電動機Y132-4來驅(qū)動柱塞泵。

夾緊油缸的推力F2=2.5×2.53.14×160/1000=3.14(t)；

實際夾緊力為3.14×360/650=1.74(t)；

夾緊油缸夾緊時間t=0.25×0.25×3.14×2×2/0.6=1.3(s)；

油缸安裝座由面板、油缸連接板、連接面板、腳板、吊耳和一些加強筋焊接后加工而成，具有強度高，成型工藝好的優(yōu)點；夾緊機構(gòu)由拉鉤、連接軸、連接桿、支架、轉(zhuǎn)軸、隔套裝配后用螺釘連接固定，安裝拆卸方便；頂出機構(gòu)由壓頭和導(dǎo)向軸用螺釘連接構(gòu)成；工作臺由面板和型材焊接而成，整體穩(wěn)定性好，便于清理；托架車由大托架和車輪組成，共有四架，相互之間能定位組裝，脫模時快速分開，具有輕便靈活的特點；支撐車起到支撐殼體的作用，避免殼體脫出時受到損傷；液壓控制系統(tǒng)主要由溢流閥YF-L20H、手動換向閥ZS2-L20E2TO、壓力表開關(guān)KF-L8-20E和壓力表Y-00組成，系統(tǒng)比較簡單，壓力損失小，操控性好的優(yōu)點；泵站由泵站底座、動力裝置和油箱組成，屬于整體型下置式結(jié)構(gòu)，有效改善柱塞泵的吸入性能，傳遞功率較大。油箱上安裝有油面指示器、空氣濾清器、網(wǎng)式濾油器、放油塞、隔板和球心截止閥QJH-20L2，其作用是儲油、散發(fā)油的熱量、沉淀油的雜質(zhì)和使油中的氣泡上浮釋出。

圖3 筒狀殼體金屬型鑄造脫模機主視圖

圖4 筒狀殼體金屬型鑄造脫模機俯視圖

2 實施方法

如圖3、4所示，具體實施方式是：接通變量泵型液壓泵站（8）的電源，操作液壓控制系統(tǒng)（7）上的兩個換向閥手柄，空運行兩個夾緊油缸（13）和一個頂出液壓缸（15），直至兩個夾緊油缸（13）和頂出液壓缸（15）平穩(wěn)運行。

用行車把金屬外型法蘭直徑為960mm的鑄型水平吊放在自動定心托架車（2）上，推至液壓夾緊機構(gòu)的抓鉤內(nèi)，操作液壓控制系統(tǒng)（7）上的左邊換向閥手柄，使液壓夾緊機構(gòu)（3）的抓鉤鉤住金屬外型的法蘭邊，然后操控液壓控制系統(tǒng)（7）上的右邊換向閥手柄，控制頂出液壓缸（15）的活塞推桿左直線移動，帶動橫向液壓頂出機構(gòu)（10）及導(dǎo)向桿（14），推動樹脂砂芯及鑄件向左直線移動，直接脫出金屬外型或一段金屬外型，操作液壓控制系統(tǒng)（7）上的左邊換向閥手柄，使液壓夾緊機構(gòu)（3）松開，吊走已脫出的金屬外型；對由兩段金屬外型組成的鑄型，還需再次調(diào)頭吊裝鑄型后，鑄型放在托架車（2）上，已脫出的殼體放支撐車（9）上，推至液壓夾緊機構(gòu)的抓鉤內(nèi)，操作液壓控制系統(tǒng)（7）上的左邊換向閥手柄，使液壓夾緊機構(gòu)（3）的抓鉤鉤住金屬外型的法蘭邊，然后操控液壓控制系統(tǒng)（7）上的右邊換向閥手柄，控制頂出液壓缸（15）的活塞推桿左直線移動，帶動橫向液壓頂出機構(gòu)（10）及導(dǎo)向桿（14），推動樹脂砂芯及鑄件向左直線移動，脫出另一段金屬外型，松開液壓夾緊機構(gòu)（3），吊走金屬外型及鑄件，停機后，清理干凈筒狀殼體金屬型鑄造脫模機，這樣就完成了鑄型清理脫模。

3 主要技術(shù)特點

（1）主要承載力都集中在油缸安裝座一個部件上，使整機結(jié)構(gòu)簡化，穩(wěn)定性，操作性更好。

（2）分兩次調(diào)頭完成鑄型脫模，降低了脫模力，達到了節(jié)能降噪的目的，同時還有效保護了殼體免受損傷。

（3）分兩次調(diào)頭完成鑄型脫模，擴展了鑄型脫模高度，由1200mm增加到2800mm。

（4）長短芯骨芯頭都能脫出。

（5）鑄型縫隙澆道方向不受限制。

（6）應(yīng)用了新型全鋼火車導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，托架車既能定心又能把滑動摩擦變成滾動摩擦隨鑄型一起移動，減少了脫模阻力，降低了能耗。

（7）液壓夾緊機構(gòu)能快速夾緊和松開，提高鑄型脫模機的運行效率。

4 與國內(nèi)外同類產(chǎn)品的比較

鑄型脫模機就液壓控制系統(tǒng)來說，它屬于本分廠專用脫模設(shè)備，以能適應(yīng)10產(chǎn)品及5A產(chǎn)品中較高殼體的脫模為目的，從油缸的壓力、長度、液壓夾緊金屬外型機構(gòu)、配套新的金屬外型，設(shè)計制作的一臺性能更加穩(wěn)定可靠的脫模機，在后期10產(chǎn)品、9產(chǎn)品及5A產(chǎn)品批產(chǎn)中實現(xiàn)平穩(wěn)脫模，降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

5 存在問題及改進方法

本項目在上級主管部門的關(guān)心支持下，通過本公司各部門、各分廠的通力協(xié)作、積極努力，在計劃規(guī)定的時間內(nèi)完成了鑄型脫模機的試制工作，產(chǎn)品經(jīng)過長達三個多月實踐檢驗，符合標準要求，證實產(chǎn)品性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，綜合指標達到設(shè)計標準。但還存在以下問題：

（1）尾段殼體的一端鑄型法蘭小于?960mm，只有?780mm，不能定心定位，必須用大吊架吊平分型面，加裝上專用掛鉤才能脫模。

（2）有些鑄型法蘭壁厚小于45mm的舊金屬外型，鑄型容易拉壞，造成報廢。

針對尾段殼體的脫模問題，改進方法是重新設(shè)計尾段殼體金屬外型，使鑄型法蘭直徑都等于?960mm，保證能定心定位。

針對有些鑄型法蘭壁厚小于45mm的舊金屬外型，鑄型容易拉壞，造成報廢問題，改進方法是全部使用Y10新的金屬外型。

6 小結(jié)

ZCP32T鑄型脫模機作為新一代的節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品，符合當(dāng)今生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢，今后我們將繼續(xù)跟蹤國內(nèi)外先進技術(shù)，加大科技投入，大力開展自主創(chuàng)新，不斷把本項目產(chǎn)品做好做精。整機結(jié)構(gòu)為分體式，可拆性好，搬遷，安裝迅速方便，性能穩(wěn)定，可靠，壽命長，操作員工工作環(huán)境好，勞動強度低，生產(chǎn)效率高，可以進一步推廣應(yīng)用。