大型发动机缸体振击除芯工艺应用.pdf

第 1 期0引言振动落芯机运用机械振动原理，采用空气锤对铸件进行冲击，利用共振效应使铸件产生一定的应变、应力、加速度，当铸件与芯砂粘接层界面的应力达到砂芯的破损强度时芯砂即破损，破损的芯砂在振动电机的激振作用下与铸件界面分离，进而实现铸件的落芯除砂1。铸件芯砂的去除方式主要有人工敲击、落砂床震动、振动落芯去除三种方式。其中人工敲击的方式劳动强度大，生产效率低，无法满足大批量生产的需要。落砂床震动去除芯砂主要依靠铸件与栅床相互碰撞达到落砂的目的，但是此方法存在铸件与栅床碰撞方向不固定，冲击强度大等问题，铸件损伤风险较大。对此，我厂引入振击除芯设备去除芯砂，提高工作效率，降低铸件损伤率。1设备设计理念1.1柔性设计理念鉴于我厂生产大缸径发动机种类较多，项目组引入柔性制造系统（FMS）概念，提出研发涵盖 5种 9 类发动机缸体铸件2，考虑到发动机外形、尺寸，项目组设计能够实现 V 型与直列变化的 2 组6 个振击器进行振击除芯，实现一机多用效果，见图 1。1.2精益生产理念采用 ECRS 原则，将铸件上下料、振击落砂过程、震动落砂过程、废砂回收过程设计为一条生产线，使铸件通过振击+震动方式最大限度实现铸砂脱落，同时实现废砂回收，确保高效率生产。1.3环保理念除上下料辊道外，整机设置隔声罩、隔振装置、除尘装置，确保生产过程无噪声、粉尘危害，使之符合安全生产、环境保护的安全标准。2设备结构及工作过程2.1设备结构振击除芯机主要包括上下件辊道、振击机构、翻转机构、隔音除尘罩等，如图 1 所示。2.2工作过程人工将铸件吊放至上料辊道，进出料门开，铸件由进料辊道输送至振击工作台，当铸件到达指定位置时，进料门关闭，振击器下落压紧铸件并对铸件施以高能振击，使得铸件内腔的芯砂和表面的粘砂脱离铸件。振击一定时间后，振击器停止工收稿日期：2023-03-25；修订日期：2023-04-21作者简介：刘跃（1995），男，硕士，主要从事铸件清理工艺以及质量方面的工作。E-mail：大型发动机缸体振击除芯工艺应用刘跃，王宝全，谢广义，李金桥，王文明，王晓丽（潍柴重机股份有限公司 大缸径材料成型中心，山东潍坊 261001）摘要：描述了大缸径发动机振击除芯设备应用柔性设计、精益生产、绿色制造等理念的设计过程，实现一机多用、高效生产、绿色制造的过程。振击除芯设备实际应用过程中工装设计采用瓦口进行定位，通过 2K 全因子实验、响应曲面法确定振击除芯参数。铸件经振击除芯后铸件外表面及缸孔内部铸砂明显脱落，振击除芯效果明显。关键词：振击除芯;2K 全因子实验;响应曲面法中图分类号：TG234文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2024.01.007文章编号：1006-9658（2024）01-0027-04第 59 卷 第 1 期Vol.59 No.1CHINA FOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024 年 1 月Jan.202427-第 59 卷作，铸件通过输送辊道到达震动机构，通过震动将已初步脱离但轻微粘附在铸件表面的铸砂脱离铸件本体，清除下来的砂子经栅格板进入地坑内的砂斗，后经过皮带机输送至砂再生系统，震动一定时间后，停止震动，出料门打开，铸件通过下料辊道回到上料原点，至此一个工作周期完成。如此连续进行作业，完成铸件的振击除芯作业。3工艺参数调试参数调试过程主要分为以下步骤:工装设计；确定振击位置；确定振击时间；确定震动时间。3.1工装设计工装的作用为承载铸件在输送辊道上移动。由于工装定位点设计为铸件瓦口位置，因此根据不同种类铸件瓦口大小，设计专用工装，如图 2 所示。3.2确定振击位置由于铸件缸孔为重要位置，因此振击点应远离缸孔，避免缸孔因振击产生损伤，V 型机体以及直列机体振击位置如图 3 所示。3.3参数设定影响铸件落砂程度的两项因素为空气锤振击时间和震动机构震动时间。为科学衡量此两项因素对落砂重量的影响，本文通过开展 2 水平的 2K全因子实验研究直列机体振击除芯效果，并以此作为其他类型机体参数设定的依据。实验设计及实验结果（落砂重量）见表 1。对实验结果进行方差分析，弯曲项 P 值小于 0.05，证明模型呈非线性，故采用响应曲面实验设计进一步探索。响应曲面实验设计及实验结果，见表 2，回归方程如下所示：落砂量=-7.48+1.06震动时间+3.05振击时间-0.012震动时间振击时间-0.12振击时间振击时间+0.018震动时间振击时间。对回归方程进行方差分析，失拟项大于 0.1，表明回归方程有效。结合回归方程，分析震动时间以及振击时间对落砂的影响，分析方案见表 3,分隔音除尘罩振击机构翻转机构输送辊道图 1设备结构图 2铸件工装（a）直列机体振击位置（b）V 型机体振击位置图 3铸件振击位置28-第 1 期析结果见图 4。通过分析发现当振击时间大于 13s，震动时间大于 45 s 时，落砂量不再明显增大，因此选择此参数进行振击除芯。4效果确认振击除芯前：铸件外表面粘附一层铸砂，部分缸孔内存在大砂块，见图 5a、c；振击除芯后：铸件表面粘砂基本脱落，缸孔内不存在大砂块，振击除芯效果明显，见图 5b、d。5结论（1）振击除芯设备设计时充分考虑柔性制造、精益生产、绿色环保理念，确保高效、高质量生产。（2）采用 2K 全因子设计以及响应曲面法科学分析振击时间、震动时间对落砂重量的影响，并得出回归方程，结合回归方程分析最佳振击时间为13 s，最佳震动时间为 45 s。（3）铸件经振击除芯后铸件表面及内腔铸砂明显脱落，振击除芯效果明显。标准序运行序中心点区组振击时间/s震动时间/s实验结果/kg171151015.52311201018.6351156028.64611206045.3510112.53542.2620112.53543.5740112.53540.3表 12K 全因子实验设计1111151015.52911201018.6311156028.641211206045.358-111.83522.31340112.53542.3标准序运行序PtType区组振击时间/s震动时间/s实验结果/kg75-1112.5010.382-1112.570.344.2960112.53542.210100112.53543.51130112.53540.31270112.53541.2表 2响应曲面设计序号振击时间/s震动时间/s15耀14525耀141035耀14204135耀55表 3分析方案刘跃，等：大型发动机缸体振击除芯工艺应用29-第 59 卷图 5振击效果对比（a）外表面振击前（b）外表面振击后（c）缸孔振击前（d）缸孔振击后震动时间 5 s，振击时间对落砂量影响震动时间 10 s，振击时间对落砂量影响震动时间 20 s，振击时间对落砂量影响振击时间 13 s，震动时间对落砂量影响振击时间/s振击时间/s振击时间/s震动时间/s56789101112131456789101112131456789101112131412345678910112018161412108642035302520151050252015105050454035302520151050图 4分析结果Application of vibrating decoring process for large engine blocksLIU Yue,WANG Baoquan,XIE Guangyi,LI Jinqiao,WANG Wenming,WANG Xiaoli（Weichai Heavy Machinery Co.，Ltd.，Weifang 261001，Shandong China）Abstract:This paper describes the design process of applying the concepts of flexible design,lean pro-duction and green manufacturing to the vibrating decoring equipment of large bore engine,and realizesthe process of multi-purpose,efficient production and green manufacturing of one machine.In this pa-per,the tooling design of the vibrating decoring equipment is positioned by the tile mouth in the prac-tical application process of the vibrating decoring equipment,and the vibrating decoring parameters aredetermined by 2K full factor experiment and response surface method.After the casting is vibrated andthe sand is removed from the cylinder bore,the outer surface of the casting and the inside of thecylinder bore fall off obviously,and the effect of vibrating and removing the core is obvious.Key words:Vibratory core removal;2K full factor experiment;Response surface method参考文献：1何演士.震动落芯机冲击参数优化研究D.济南：济南大学,2017.2丁加荣,盛振东.震动除芯技术及在船用发动机铸件生产应用中的技术探讨J.中国铸造装备与技术,2018,53(04):51-54.30-