大型發動機缸體振擊除芯工藝應用

劉 躍，王寶全，謝廣義，李金橋，王文明，王曉麗

（濰柴重機股份有限公司 大缸徑材料成型中心，山東濰坊 261001）

0 引言

振動落芯機運用機械振動原理，采用空氣錘對鑄件進行沖擊，利用共振效應使鑄件產生一定的應變、應力、加速度，當鑄件與芯砂粘接層界面的應力達到砂芯的破損強度時芯砂即破損，破損的芯砂在振動電機的激振作用下與鑄件界面分離，進而實現鑄件的落芯除砂[1]。鑄件芯砂的去除方式主要有人工敲擊、落砂床震動、振動落芯去除三種方式。其中人工敲擊的方式勞動強度大，生產效率低，無法滿足大批量生產的需要。落砂床震動去除芯砂主要依靠鑄件與柵床相互碰撞達到落砂的目的，但是此方法存在鑄件與柵床碰撞方向不固定，沖擊強度大等問題，鑄件損傷風險較大。對此，我廠引入振擊除芯設備去除芯砂，提高工作效率，降低鑄件損傷率。

1 設備設計理念

1.1 柔性設計理念

鑒于我廠生產大缸徑發動機種類較多，項目組引入柔性制造系統（FMS）概念，提出研發涵蓋5種9 類發動機缸體鑄件[2]，考慮到發動機外形、尺寸，項目組設計能夠實現V 型與直列變化的2 組6 個振擊器進行振擊除芯，實現一機多用效果，見圖1。

圖1 設備結構

1.2 精益生產理念

采用ECRS 原則，將鑄件上下料、振擊落砂過程、震動落砂過程、廢砂回收過程設計為一條生產線，使鑄件通過振擊+震動方式最大限度實現鑄砂脫落，同時實現廢砂回收，確保高效率生產。

1.3 環保理念

除上下料輥道外，整機設置隔聲罩、隔振裝置、除塵裝置，確保生產過程無噪聲、粉塵危害，使之符合安全生產、環境保護的安全標準。

2 設備結構及工作過程

2.1 設備結構

振擊除芯機主要包括上下件輥道、振擊機構、翻轉機構、隔音除塵罩等，如圖1 所示。

2.2 工作過程

人工將鑄件吊放至上料輥道，進出料門開，鑄件由進料輥道輸送至振擊工作臺，當鑄件到達指定位置時，進料門關閉，振擊器下落壓緊鑄件并對鑄件施以高能振擊，使得鑄件內腔的芯砂和表面的粘砂脫離鑄件。振擊一定時間后，振擊器停止工作，鑄件通過輸送輥道到達震動機構，通過震動將已初步脫離但輕微粘附在鑄件表面的鑄砂脫離鑄件本體，清除下來的砂子經柵格板進入地坑內的砂斗，后經過皮帶機輸送至砂再生系統，震動一定時間后，停止震動，出料門打開，鑄件通過下料輥道回到上料原點，至此一個工作周期完成。如此連續進行作業，完成鑄件的振擊除芯作業。

3 工藝參數調試

參數調試過程主要分為以下步驟∶工裝設計；確定振擊位置；確定振擊時間；確定震動時間。

3.1 工裝設計

工裝的作用為承載鑄件在輸送輥道上移動。由于工裝定位點設計為鑄件瓦口位置，因此根據不同種類鑄件瓦口大小，設計專用工裝，如圖2 所示。

圖2 鑄件工裝

3.2 確定振擊位置

由于鑄件缸孔為重要位置，因此振擊點應遠離缸孔，避免缸孔因振擊產生損傷，V 型機體以及直列機體振擊位置如圖3 所示。

圖3 鑄件振擊位置

3.3 參數設定

影響鑄件落砂程度的兩項因素為空氣錘振擊時間和震動機構震動時間。為科學衡量此兩項因素對落砂重量的影響，本文通過開展2 水平的2K全因子實驗研究直列機體振擊除芯效果，并以此作為其他類型機體參數設定的依據。實驗設計及實驗結果（落砂重量）見表1。對實驗結果進行方差分析，彎曲項P 值小于0.05，證明模型呈非線性，故采用響應曲面實驗設計進一步探索。

表1 2K 全因子實驗設計

響應曲面實驗設計及實驗結果，見表2，回歸方程如下所示：落砂量=-7.48+1.06×震動時間+3.05×振擊時間-0.012×震動時間×振擊時間-0.12×振擊時間×振擊時間+0.018×震動時間×振擊時間。

表2 響應曲面設計

對回歸方程進行方差分析，失擬項大于0.1，表明回歸方程有效。結合回歸方程，分析震動時間以及振擊時間對落砂的影響，分析方案見表3,分析結果見圖4。通過分析發現當振擊時間大于13 s，震動時間大于45 s 時，落砂量不再明顯增大，因此選擇此參數進行振擊除芯。

表3 分析方案

圖4 分析結果

4 效果確認

振擊除芯前：鑄件外表面粘附一層鑄砂，部分缸孔內存在大砂塊，見圖5a、c；振擊除芯后：鑄件表面粘砂基本脫落，缸孔內不存在大砂塊，振擊除芯效果明顯，見圖5b、d。

圖5 振擊效果對比

5 結論

（1）振擊除芯設備設計時充分考慮柔性制造、精益生產、綠色環保理念，確保高效、高質量生產。

（2）采用2K 全因子設計以及響應曲面法科學分析振擊時間、震動時間對落砂重量的影響，并得出回歸方程，結合回歸方程分析最佳振擊時間為13 s，最佳震動時間為45 s。

（3）鑄件經振擊除芯后鑄件表面及內腔鑄砂明顯脫落，振擊除芯效果明顯。