球墨铸铁管型芯安装装置工艺探析

袁传东 敬著辉 原 艺

(大连万通工业装备有限公司，辽宁 大连 116023)

1 公司概况

大连万通工业装备有限公司坐落于中国大连，成立于1992年，是集球墨铸铁管生产线、钢板处理生产线和工业炉窑的设计、制造、安装、调试于一体的高新技术企业;是目前世界上规模最大、规格及品种最全的球墨铸铁管生产技术及其成套设备的供应商。公司先后通过了ISO9001和ISO14001国际质量体系认证。

2 型芯安装装置简介

球墨铸铁管有承口和插口之分。承口内部形状有一个沟槽，可以安装橡胶密封圈;插口端外形尺寸由管模保证。插口可以插入承口内，并通过橡胶密封圈的挤压变形，达到球墨铸铁管之间的密封连接。型芯是指在球墨铸铁管浇注成型时，被安放在管模承口端，用来保证形成承口内部形状的砂型，也叫砂芯。为了提高生产效率，就要求将砂芯自动安装到管模承口端，并定位。这个装置就是型芯安装装置。

2.1 小口径(DN80－400)

(1)简述。由于小口径球墨铸铁管承口端比较短，型芯也比较短，所以小口径的型芯安装一般由一个动作完成型芯的安装。此装置由型芯、型芯架、压紧弹簧、摆臂、驱动油缸等组成。

(2)结构特点。在水冷型离心机的水套上有一个型芯安装的杠杆臂，也叫摆臂，靠近承口端。杠杆臂的中间转轴与管模的轴向垂直。杠杆臂的前端通过压紧弹簧连接芯架，型芯手动安装到芯架上。杠杆臂的后端连接一个驱动油缸，油缸的伸缩运动，通过杠杆臂转化为型芯的摆动，这样型芯就能在管模的承口端摆进摆出。

(3)设计注意事项

①在设计型芯摆动位置时，需要确认型芯的两个极限位置。在工作位置时，型芯的端面一定必须与管模的轴线垂直。由于制造与安装的误差会影响此处的位置精度，所以此处一般不会设计在油缸的极限位置，需要将油缸的极限位置减小3mm。这样就可以通过调整油缸接头与油缸杆的相对位置，调整型芯与管模轴线的垂直度。

②在型芯摆进管模承口端时，由于砂芯是沿圆弧运动的，这样型芯与管模的距离就会产生一定的变动，一般把型芯安装杠杆臂的转轴安放在管模与砂型贴合的平面上。这样，就能保证型芯在摆进管模的瞬间是接近垂直于管模轴线进入管模。同时，需要检查型芯边缘与管模边缘间隙不小于3mm。如果，某种型芯长度超过此范围，应该适当将杠杆臂的转轴向远离管模承口的方向移动，以保证型芯与管模的间距。

③在型芯摆出位置时，要注意拔管钳与芯架末端的相对位置，间距不能小于型芯长度+100mm，方便在拔管钳未离开拔管位置时安装型芯。否则，等待拔管钳运动的时间，将会降低生产率。型芯的摆出位置，应该通过杠杆臂后端连接的油缸行程控制。

④杠杆臂后端的油缸直径应该根据型芯需要的压紧力确认。一般油缸的推力矩不小于型芯压紧力矩的1.35倍。

⑤由于小口径(DN80－400)规格生产效率比较高，最高每小时可以达到95支管，上芯的时间仅有1秒，对速度要求比较高，型芯与芯架之间又存在1mm的间隙，这样在上芯动作快速摆动时，尤其是启动的瞬间，非常容易造成型芯从芯架上脱落。为避免这种情况发生，在生产率要求比较高时，在液压系统中需要增加一个比例阀。在型芯摆动时速度通过比例阀控制，启动时比较平稳;在型芯压入管模承口端的之前也控制得比较平稳。根据多个项目的检测，虽然在液压系统上增加了一定的成本，但是型芯脱落的现象几乎杜绝，收到了良好的效果。

2.2 大口径(DN400－1200)

(1)简述。由于大口径球墨铸铁管承口端比较长，型芯也比较长，所以大口径的型芯安装一般由摆进和压紧两个动作完成型芯的安装。此装置包括型芯、压紧弹簧、摆臂、导杆、压紧油缸和摆动油缸等组成。

(2)结构特点。由于型芯的加大、加长，小口径规格的型芯安装型式无法满足原来的设计要求。摆动时，随着规格的加大，芯架与管模的间隙逐渐减小，到达DN600规格时，型芯与管模已经发生了干涉现象。所以必须采用两个油缸分别驱动摆动与压紧两个动作。虽然，增加了成本，但是，能够很好的满足了型芯安装的工艺生产要求。在水冷型离心机的水套偏上方，安装两个滑动轴承座，轴承座的轴心与管模的轴心平行，型芯安装摆臂可以在这两个轴承座内沿管模轴线方向滑动。在型芯安装摆臂前进到一定位置后，由摆动油缸驱动，使摆臂沿管模端面，绕滑动轴承座轴线摆动，将型芯摆动到与管模同心的位置，然后压紧油缸收缩，将型芯压入管模承口端。

(3)设计注意事项

①压紧油缸在伸出位置时，保证型芯能够摆进管模，并且与拔管装置无位置干涉。

②缸杆缩进时保证型芯能够压入管模，油缸的拉力应该大于型芯压紧力的1.35倍。

③型芯架安装在摆臂上，并且位置可调。这样可以避免由于摆臂长度不等于轴承座轴线与管模轴线间距而产生型芯与管模不同心的问题。

④由于大口径的摆臂比较长，又是悬臂结构，型芯压紧力也比较大，所以设计时要注意摆臂的强度。一般情况摆臂的安全系数不小于12，才能避免由于摆臂受力变形产生型芯与管模不贴合的现象。

3 其他注意事项

①液压系统的压力一般为7MPa，由于管道压力损失，到达型芯油缸处的压力大概在5～6MPa之间。在选择液压缸直径和确定液压缸驱动位置时，应该注意液压系统压力不能按照系统压力计算，要考虑管道的压力损失。

②型芯架在工作时是高速旋转的，转速从 1000～200RPM，所以在设计型芯架时，一定要对型芯架的动平衡检测做一定的要求。一般为平衡精度等级为G6.3。

③型芯架，一般采用铸造，材质选用QT450－10。此材质在高温时变形比较小，使用过程中相对稳定性比较好。

［1］GB/T 13295－2003，《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件》［S］;

［2］ISO 2531:1998，《输水和输气用球墨铸铁管、配件、附件及接头》［S］;

［3］张伯明，《离心铸造》，［M］机械工业出版社，第4章;

［4］范英俊，《离心球墨铸铁管工艺及装置》，［M］，北京，中国科学技术出版社。