梁守友
(安徽全柴动力股份有限公司,安徽滁州239500)
消失模铸造工艺是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘接成模型簇,浸涂耐火材料进行烘干后,泡沫模型放置在无粘结剂的干砂里振动造型,在负压下浇注,使模型气化,液态金属置换模型位置,凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。其优点就是得出的铸件表面质量高,比传统铸造减重10%,能将多个独立泡沫模样组合成一个完整的产品进行铸造。铸件尺寸基本接近于产品尺寸。所以要想得到一个成功的铸件,其重点就在于白区的白模制造。
针对白区的白模设计,结构简单的可以直接成型,但对于产品结构复杂的铸件,在设计过程中,通常是将一个白模分成几个部分成型,最后通过胶水粘合,变成一个完整的白模。那么胶合工序的优化直接影响到后期铸件的产品质量和白区白模的生产效率。
胶合工序的传统工艺是用画笔蘸冷胶,在结合面上涂胶,不但速度慢,而且不能保证胶水蘸的均匀,易产生断胶现象。对于胶合线复杂的产品,可能无法蘸到胶合线的某个地方,使操作更加复杂,手工工作效率低,劳动强度大。手工对产品进行胶合可能会产生以下缺陷。
(1)因冷胶凝固时间长,白模组合后,可能因为冷胶未干,造成产品胶合处错位。
(2)对于胶合线复杂的模片,可能导致员工无法快捷精确蘸在胶合线某点,造成胶合缝不密封的后果。
(3)人工进行胶合产品,胶合线处胶水不均匀,可能造成多胶和漏胶现象,造成涂料进入胶合线,产品质量报废。
(4)进行胶合过程中,必须力度适中,避免造成模片变形或损坏,每个模片必须按照尺寸要求完全对齐。
(5)担任此岗位的员工,必须上岗培训,对产品结构了然于胸,胶合经验丰富。
2.1.1 胶合机的主体框架
主体框架包括四周立柱、支架、模具安装基板(上板、下板、胶板),附件基座等,为了保证模具上下板闭合,产品可以精确胶合、不错位,胶合机的上板、下板和胶合板都做成固定模具,在安装过程中,各板的平行度误差必须小于0.2mm。
2.1.2 油温加热系统
油温加热系统是由胶槽和模温机组成,胶槽用于盛装液态热熔胶,是一个空心的长方体结构,其上方装有印板固定架,可带动印板上下运动;胶槽的底部和四周采用高温热油加热,常温下把固态的热熔胶加热到融化状态。进、出油口温度、胶槽温度、炉膛温度和胶液温度均可以进行人工设定,自动测温系统会对以上温度进行实时监测,并根据测量结果,发出胶温过高、过低或超温报警等。
模温机(必须具备防结碳功能)单独放置,模温机内的导热油加温后泵入胶槽油夹层,以熔化胶槽内的固态胶,并持续维持一定的温度状态。加热主电路采用两级控制,主交流接触器和固态继电器串接控制,双重保护。一旦超温报警,将同时切断加热和油泵。
2.1.3 液压系统
本设备的动力供给,包括上板旋转、上板前后运行、下板升降、胶板升降。
2.1.4 真空系统
运动机构利用真空吸附原理,在安装上靠模模片时,真空泵开始抽负压,打开电磁阀A,电磁阀B和电磁阀C,模片能更好的贴合在模具上,便于较薄模片的安装。胶合后,关闭电磁阀A,电磁阀B和电磁阀C,打开电磁阀D,释放空气压力,模片就能顺利拿下来,整个运动过程由PLC控制。
2.1.5 电控系统
通过PLC控制各液压动作和胶槽加温可靠有序进行,并保障人员操作及设备运行的安全,降低能耗。
(1)模温机胶槽加热受PLC控制,使热熔胶保持温度均匀的液态。印模板安装在胶池内模板上,上靠模安装在上模架上,下靠模安装在下模架上。
(2)打开真空负压,人工将相匹配的模片放到对应的上靠模和下靠模具里,如图1所示。
图1 把模片放入胶合机
(3)液压站提供动力,PLC控制,使上模架旋转与下模架平行,通过液压缸,导轨将上模架运转至胶槽上方,印模板从胶槽池中匀速升起,触碰到上靠模上的模片,这样就在上靠模的模片胶合线上蘸了一层均匀的胶水,如图2所示。由于胶的发气量是泡沫的10倍,为了减少胶水的使用,印模版与胶水的接触方式由面接触设计成线接触。
图2 液压控制印模板在模片上涂胶水
(4)印模板均匀复位,液压站给动力,上模架经过导轨伸出设备外,与下模框对齐,然后下模框向上运动,直至产品上模片压到下模片上面,两个模片压到一起,真空系统停止工作,保持一段时间,使胶冷却,以增强胶缝胶水的粘接强度,如图3所示。
图3 模片胶合过程
(5)到达保压时间后,下靠模向下移动,产品留在下靠模,上靠模旋转90°最后人工将粘接好的产品取下。如果有多片模片需要粘接的,按上述四步周而复始。
粘接后的白模从胶合机取下后,由检验人员对白模的胶缝处进行检查,如果有断开的胶缝,及时调整模具,并手工补刷断开处的胶缝。一个完整的胶合循环大概45秒,按这样算,一个小时可以完成大约70~80个成品。
胶是胶合机设备不可缺少也是最重要的部分,胶的种类是否适用消失模工艺直接影响白模的产品质量。目前热熔胶被选用作为胶合工艺常用胶。热熔胶常温凝固,接触硬化,是100%的热固性塑料,放在胶合机的胶槽中,通过模温机进行高温加热,变成流动性好的液态,经过动力系统,上靠模移动使得模片一面粘上胶水,下靠模上升,使一套模片成功胶合,保持10秒左右,使胶冷却固化。对粘接缝处的胶用量也有严格的控制,粘接缝处的胶多,胶在浇注过程中会阻碍金属液的浇注,致使铸件的问题率越大,胶如果少,涂料和砂会渗进去,最后被携带进铸件。因此胶的使用量也决定白模的质量。因为热熔胶的粘接强度高,化学性质稳定,流动性好,溶胶时无烟无气味,在模片粘接后,不会对白模造成烫伤。胶水在融化后,长时间使用后胶质无明显变化。
热熔胶的优点:
(1)热熔胶在裂解的时候,发气量水平低,避免在浇注过程中产生气孔缺陷。
(2)热熔胶的流动性很好,化学性质稳定,不会腐蚀白模,更不会对白模造成烫伤损坏。
(3)经过胶合后的模组放入烘箱后,在高温环境下,依然可以保持足够的强度和粘度。
(1)胶合机的上靠模可以快速精确的在粘接组装的位置和印模热胶的地方快速切换,以减少打开时间,增加工作效率。打开时间就是上靠模从印上热胶到与另一个模片粘接上之间的时间。打开时间需要根据热胶的特性进行仔细计算,时间过长,胶的粘接强度效果将变弱。打开时间经过计算后,直接输入PLC控制。
(2)胶池里温度要均匀一致,粘接过程温度变化波动较小。
(3)胶池里的胶水在搅拌器作用下,尽量保持胶的水平面一致。
(1)胶线高度不超过1mm,宽度不超过2mm。
(2)生产效率高每小时生产量为70~80只,比人工胶合速度快5倍以上。
(3)用胶量少,无断胶、缺胶现象,比手工用胶少70%。
(4)不管是平面、曲面还是垂直面,胶线均匀一致。
(5)可以自动校正局部变形。
(6)可以带角度胶合。
(7)不需要经验丰富的员工,降低员工成本
(8)胶出的模样定位精确稳定。
(9)操作过程完全自动化,程序化。
模片胶合后,形成一个完整的泡沫模样,胶合缝隙称之为胶合线,如图4所示。
图4 胶合线
通过数年的生产使用验证,胶合后产品的精度和强度都满足要求,符合生产工艺,柴油机缸盖采用的是四片模成型工艺,由于模片的胶合质量高,胶合线密封良好,经过铸造后的外观质量和尺寸精度都达到一级铸件的标准。胶合机的重要参数例如:胶合保温时间、运动轨迹、印胶时间、真空压力、固定时间等,均可以在电控系统操作屏上进行操作,在运行中找出最佳的参数组合编为程序,存储在计算机,确保胶合工艺的完整性、精确性、重复性,保证每一个模组的质量。并且,我们自主开发的自动胶合机具有国际先进水平,现在已经广泛用于缸体、缸盖、箱体、飞轮等各类复杂模片的胶合,因其效率高、质量好,已经获得多家企业的认可。
因为人工成本的日益昂贵,在白区模片的胶合过程中,提高模簇组装的自动化程度,我们将自主研制浇注系统胶合机,用于浇道和模型之间的胶合。此设备将直接取代白区组合工序,工作效率至少提高4倍,产品质量得到有效的控制,大大的减少人工成本。浇注系统胶合机的研制成功将进一步促进消失模在行业的发展,为消失模铸造技术拓展出更大的发展空间,进一步为企业创造大的经济效益。