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1、铸造设备及其自动控制,第二讲 造型及制芯机械,造型及制芯机械,1.造型机、制芯机的分类方法及种类。 2.造型机、制芯机的实砂原理。 3.造型机的起模方式。 4.造型机、制芯机实砂机构、起模机构的工作原理。 5.造型机、制芯机的结构。 6.造型机、制芯机的工作过程。 7.造型机、制芯机的特点及使用场合。,造型及制芯机械,造型机的分类方法： 造型机的分类有多种方法，主要是按实砂方法来分。按实砂方法不同造型机可以分为： 震压造型机、震实造型机、压实造型机、射压造型机、静压造机、气冲造型机 第一节 震压造型机 以震击和压实方法进行实砂的造型机的总称，无特殊说明时是指普通震击加压实造型机。 震压造型机的
2、种类：Z124系列、Z145系列、Z148B、Z146 造型机代号的意义：Z是“造”字汉语拼音的第一个字头；1代表震压实砂；4代表顶杆起模；5代表最大砂箱尺寸的1/100,造型及制芯机械,第一节 震压造型机 以普通震击加压实方法进行实砂的造型机通称为震压式造型机，震压式造型机主要由震击机构、压实机构、起模机构及控制部分组成 一、震压造型机震击机构的工作原理 震压造型机震击机构按司气方式为： 活塞司气的震击机构：由活塞的运动实现震击机构进、排气控制 司气阀司气的震击机构：由司气阀进行震击机构的进、排气控制 活塞司气的震击机构又可分为不断进气的震击机构、断进气的震击机构。 1.不断进气的震击机构,
3、造型及制芯机械,不断进气震击机构的工作过程 进气行程Se震击活塞由原始位置到刚要打开排气孔时所走过的行程。 惯性行程Si震击活塞从刚打开排气孔位置到运动到最高点时所走过的行程。,造型及制芯机械,返回行程：工作台靠重力下降，首先关闭排气孔，继续下降实现工作台和缸体的一次撞击，并再次上升进入第二个工作循环。 不断进气震击机构的总行程：S=Se+Si 特点：排气时仍在进气，压缩气体能量未获得充分利用。 上升阶段只有进气行程和惯性行程,造型及制芯机械,断进气震击机构的工作过程 进气行程Se震击活塞从原始位置到刚刚关闭进气孔时所走过的行程； 膨胀行程Sr震击机构从刚刚关闭进气孔到刚刚要打开排气孔时活塞所
4、走的行程 惯性行程Si震击机构从刚刚打开排气孔到活塞运动到最高点时所走过的行程。,2.断进气震击机构,造型及制芯机械,返回行程：工作台靠重力下降，首先关闭排气孔，继续下降打开进气孔，然后再下降实现工作台和缸体的一欠撞击，再次上升进入第二个工作循环。 不断进气震击机构的总行程：S=Se+ Sr + Si 特点：工作时断进气压缩气体的能量能获得充分利用。 上升阶段只有进气行程、膨胀行程和惯性行程三个阶段。,造型及制芯机械,活塞司气的两种震击机构的比较 不断进气的震击机构 总震击行程S=进气行程S e + 惯性行程Si 特点：结构简单，工作时不断进气造成一定的能量浪费，用于小型造型机 断进气的震击机
5、构 总震击行程S=进气行程S e + 膨胀行程Sr + 惯性行程Si 特点：结构简单，工作时间断进气，能量利用较充分，用于中型造型机,造型及制芯机械,3.司气阀司气的震击机构 司气阀司气振击机构的组成：司气阀、震击缸 1.进气孔 2.排气孔 3.司气阀芯 4.阀体 5.先导阀芯 6.出气口 7.调节螺钉 8.震击活塞,造型及制芯机械,造型及制芯机械,二、示功图 由震击气缸内的气压和震击气缸的行程所形成的封闭曲线称为示功图，这个封闭曲线所包围的面积代表了一个震击循环中气体对活塞单位面积所作的静功。 活塞刚要开始上升时的压力PA应满足以下条件：,造型及制芯机械,Q举升活塞、工作台、砂箱、模板等被举
6、升部分所需的举升力； R气缸和活塞间的静摩擦力； F活塞的截面积 活塞开始下降时应满足的条件是： 但实际下降时的气压要比（QR）/F小很多。,造型及制芯机械,当压力为PA，活塞上升ds距离时气体对活塞所作的功为： dWPAF ds 气体对活塞单位面积所作的微功为：dW/FPA ds 在整个上升过程中气体对活塞单位面积所作的功为：,造型及制芯机械,当活塞下降时活塞单位面积对气体所作的功为： 气体对活塞单位面积所作的静功为：,造型及制芯机械,3.影响震击循环的因素 1)进气行程Se：进气行程大则一次震击能量大。 Se0.40.5S， 2)膨胀行程Sr：膨胀行程大，有利于降低震击缸内气压，提高撞击比
7、能。Sr0.20.4S 一般S4080mm 2)余隙高度S0：活塞下方和震击缸之间形成的空间称为余隙体积。余隙体积除以活塞的断面积称为余隙高度。 S00.71S 3）管路气压 4）进气孔和排气孔的大小 Fj0.0050.007F Fp0.030.05F,造型及制芯机械,三、Z145B震压式造型机 1.造型机的结构 造型机由震压机构、回转式压头、机架和控制系统组成 2.造型机的工作过程 放砂箱-加砂震击(预实砂)压头转入工作台上升压实工作台复位-压头转出-起模缸上升起模将铸型搬走-起模缸复位,主要技术规格： 砂箱最大尺寸：500400mm 砂箱最小尺寸：355280mm 起模行程：150mm 压
8、实行程：150mm 压头到工作台最大距离 420mm 工作台最大举升力：1568N 最大压实力：24500N 工作过程： 压头转出-放砂箱-加砂并震击-压头转入-压实-起模-压头转出,造型及制芯机械,3.Z145B造型机的震压机构 不断进气的震击机构 气缸压实 导向杆防止工作台转动 压实缸直径的计算 P0工作气压； P压实比压，一般为0.250.35MPa； Q被举升部分所需举升力一般 Q（1.31.8）104F F砂箱内腔横截面积。,4.压头及回转机构 压头高度的调节采用丝杠螺母机构；压头的回转采用齿轮齿条机构，其动力为气液阻尼缸,第二章 造型机的结构,压头转臂机构的驱动缸,气液阻尼缸的结构
9、：左端为阻尼缸，右端为气缸，阻尼缸和气缸串联，气缸是动力缸，阻尼缸主要起阻尼作用，用于控制活塞的运动速度。,5.起模机构 组成：起模缸、同步架、起模顶杆 起模缸：由气压油缸和油缸组成。 气压油缸：将气体的压力能转变为液体的压力能。 油缸：是起模的动力缸，用于驱动同步架及顶杆的运动以实现起模。,造型及制芯机械,顶杆调节,四、其它类型的震压造型机 Z148B造型机 龙门双立柱式机架； 移动式压头； 不断进气的震击机构； 气缸压实； 顶杆起模(可实现顶漏模板漏模起模),Z145造型机主要技术规格： 砂箱最大尺寸：500400 200mm 起模行程：150mm 压实行程：170mm 压头到工作台最大距
10、离 420mm 工作台最大举升力：1500N 压实缸直径：380mm 工作过程： 压头转出-放砂箱-加砂并震击-压头转入-压实-压头转出-起模,Z124C造型机主要技术规格： 砂箱最大尺寸：400300 150mm 起模行程：150mm 压实行程：130mm 压头到工作台最大距离 420mm 工作台最大举升力：1400N 压实缸直径：260mm 工作过程： 压头转出-放砂箱-加砂并震击-压头转入-压实-压头转出-上升并翻转模板-放上箱加砂并震击-压头转入压实压头转出起模,造型及制芯机械,第二节 低压微震压实造型机 分类：气垫式、弹簧式 一、微震机构 (一)气垫式微振机构 分类：单柱塞式、双柱塞
11、式、环形气垫式 环形气垫式微震机构工作原理 1.结构：震击活塞、震铁、压实活塞、压实缸,b,c,造型及制芯机械,2.工作过程 预震：预震时在气垫腔进气口接入压力为Pb的压缩气体，同时在震击进气口接入压力为Pa 的压缩气体，并且Pa Pb。 随着震击腔压缩气体压力的升高，当其能克服工作台所需的举升力时，工作台下升，同时震铁克服气垫腔的阻力下降(工作台和震铁相向运动)，完成进气行程、膨胀行程和惯性行程后，工作台下降，震铁向上运动实现一次撞击。,造型及制芯机械,压震：压震时压实缸通入压力为PC的压缩气体， PC =Pa，工作台上升，将砂箱顶在压头上。气垫腔和震击腔进气和预震时相同，这时由于工作台通过
12、砂箱顶在压头上，震击活塞不能在震击气缸内举升力的作用下向上运动，当震击腔内气体的推力使震铁能够克服气垫腔气体的阻力时，震铁向下运动，并完成进气行程、膨胀行程和惯性行程后，在气垫腔恢复力的作用下向上运动，完成一次震击循环。,造型及制芯机械,特点： 起模时气垫腔不需排气，耗气量少，操作简单 撞击面为环形，实砂效果好 可通过调整气垫压力调节震击效果 结构较复杂，制造成本高,第二章 造型机的结构,(二)弹簧式微震机构 1.组成：震击活塞、震铁、微震弹簧、压实活塞、压实缸 微震机构在工作时可实现预震、压震、预震压震三种实砂操作。,造型及制芯机械,2.工作过程 预震：预震时向震击缸内通入压缩气体， 随着震
13、击缸内压缩气体压力的升高，当其能克服工作台所需的举升力时，工作台上升，同时震铁克服弹簧的弹力下降，完成进气行程、膨胀行程和惯性行程后，工作台下降，震铁向上运动实现一次撞击。,造型及制芯机械,压震：压震时压实缸通入压缩气体，工作台上升，将砂箱顶在压头上。然后继续上升一距离，将压实活塞顶到工作台上。当向震击腔通入压缩气体时，由于工作台通过砂箱顶在压头上，震击活塞不能在震击气缸内举升力的作用下向上运动，当震击腔内气体的推力使震铁能够克服弹簧的弹力时，震铁向下运动，并完成进气行程、膨胀行程和惯性行程后，在弹簧恢复力的作用下向上运动，完成一次震击循环。,造型及制芯机械,特点：结构简单，应用应泛 在起模时
14、有浮动现象 （三）弹簧式微振机构实现压震的条件 预震时气体的推力只要能大克服工作台举升部分的重力和摩擦力即可。而在压震时，气体的推力需克服弹簧的弹力，因此，弹簧式微振机构能够实现预震，未必能够实现压震。,造型及制芯机械,1.震铁的受力分析： PFZ缸内气压产生的推力； GT震铁的重力 N弹簧恢复力 R摩擦力 Sn为用动静法时和外力相平衡的假想外力惯性力,造型及制芯机械,按动静法得到的震铁的受力平衡方程 PFZGTSNR 为确保能打开排气孔，假定在打开排气孔前，震铁始终加速下降，即： S0 则PFZGTNR NPFZGTR NN0（SeSr）P N0QYQZGT,N0预震开始前弹簧的恢复力 QY
15、有效负荷 QZ震击机构升起部分自重 预震前工作台下面和压实活塞上沿间的距离 P弹簧的刚度,NQYQZGT（SeSr）P,造型及制芯机械,弹簧式微振机械实现压震的条件 PPFZP（SeSr）RQYQZ 影响压震的因素： 弹簧刚度 摩擦力 以举升的质量 工作台下面到压实活塞上沿的距离 震击机构能实现预震，但不一定能实现压震。,造型及制芯机械,二、ZB148A造型机 微震压实造型机的种类：Z148系列(除Z148B之外)、Z1410以及四立柱造型机，我们以ZB148A造型机为例进行介绍 1、ZB148A造型机的组成 微震压实机构、压头及回转机构、起模机构、机架、控制系统 2、ZB148A造型机的工作过程 放砂箱-加砂并微震-压头转入-压实并震击-压头转出-起模,造型及制芯机械,3.造型机的主要结构 1）震压机构： 震击机构：弹簧式气动微震机构 压实机构：气缸 起模机构：环形起模缸、刚性同步架，顶杆起模,造型及制芯机械,2）压头及转臂机构 压头的回转： 压头的回转采用齿轮齿条机构。工作时齿轮轴不动，齿条带动压头围绕齿轮的轴线回转。 回转的动力由气缸提供，其回转速度由阻尼缸控制。,造型及制芯机械,压头高度的调节：采用双丝杠螺母差动增速机构。当转动升降盘时，升降盘带动差动丝杠回转。差动丝杠的内、外分别为左旋和右旋螺纹，分别和外螺母和内丝杠旋合，升降盘每回转一周，可使压板上
