多工位浮动油封毛坯自动浇铸系统研究

0引言

浮动油封是一种适应恶劣工况的机械端面动密封结构,其优点在于结构简单紧凑,密封性能可靠,耐磨损和冲击,使用寿命较长,能 自动补偿端面磨损,因此广泛应用于挖掘机等工程机械重载中的低压密封场合[1—3]。

目前浮动油封行业普遍采用人工浇铸方法制造浮动油封毛坯,该方法制造工序多,生产效率低,毛坯精度波动大[4—5]。

由于浇铸生产条件恶劣,且浮动油封毛坯通常大批量生产,连续工作时间长,这种工作环境导致操作工人短缺且流动性大,严重影响了浮动油封产品的稳定生产。本文旨在研究一种浮动油封毛坯自动浇铸系统,最大限度地挖掘浮动油封毛坯浇铸生产线的生产能力,提高浮动油封毛坯机械性能,减少浇铸过程的物料损失,确保浇铸过程安全进行[6—8]。

1浮动油封毛坯自动浇铸工艺方案

目前,实现自动浇铸的浇铸设备大致基于底注式浇铸、气压保温式浇铸和离心式浇铸三类工艺方案[9—10]。

1)底注式浇铸。

底注式浇铸的优点在于:浇铸效率高,生产节拍快;铁液杂质少,可以有效减少铸件夹渣、渣孔等缺陷;必要时可以在浇铸时补充铁液。

其缺点在于:塞杆和浇嘴需要频繁更换,导致浇铸成本高;当自动浇铸设备遇故障需要停机时,铁液不能回炉处理,难以回收利用;浇铸过程中,难以控制铁液恒流量和变量。

2)气压保温式浇铸。

气压保温式浇铸的优点在于:铁液温度稳定,便于控制浇铸温度;铸件质量稳定;无须保温炉,可以采用熔炼炉—保温浇铸炉双联的工艺,简化浇铸系统。

其缺点在于:积渣难以清理,不适合浇铸氧化渣较多的球墨铸铁铸件;保温浇铸炉的维护时间长;不易更换不同牌号的铁液。

3)离心式浇铸。

离心式浇铸的优点在于:易于控制铁液流速,克服浇铸漏液现象;易于维护浇包;易于更换不同牌号的铁液。

其缺点在于:浇铸过程中无法补充铁液。

结合浮动油封毛坯结构特点及浮动油封制造企业的生产条件,旋转圆盘离心式浇铸以其工艺稳定可靠,装备结构简单,易于结合机械臂实现自动化的优势,适合在浮动油封毛坯自动浇铸中应用。

2浮动油封毛坯自动浇铸系统总体架构

根据浮动油封毛坯制造的实际需求,浮动油封毛坯自动浇铸系统的浇铸速度需要大于600个/h,本文架构了8工位浮动油封毛坯自动浇铸系统,如图1所示。8工位浮动油封毛坯自动浇铸系统由机械臂、8工位旋转台和浇铸模具等组成。当浮动油封毛坯自动浇铸系统运行时,8工位旋转台旋转到指定位置,带浇铸包的机械臂向浇铸模具注入铁水,铁水达到系统预设值时,机械臂停止浇铸,8工位旋转台开始旋转,驱动下一个空浇铸模具进入浇铸位置,进行下一次浇铸。8工位旋转台旋转过程中,浇铸模具同时自转,铁水在离心运动的作用下沿浇道迅速流动,能够在冷却前充满型腔,完成浮动油封毛坯的成型。

3浮动油封毛坯自动浇铸系统各模块设计

3.1 8工位旋转台

为提高生产效率,需要对多个浇铸模具同时进行处理,因此设计了8工位旋转台,每个工位都可以进行铸造,缩短了生产周期,增加了产量。8工位旋转台在旋转的同时,安装在其上的8个模具也能进行自转,在每个浇铸模具依次浇铸时,液态金属能够更加均匀地分布在浇铸模具内,确保了浮动油封毛坯的一致性和质量,有助于减少缺陷和气孔。该设计自动化程度高, 自动浇铸和旋转减少了人工干预的需求,降低了操作员的劳动强度,提高了工作安全性。此外,在8工位旋转台上可以轻松更换浇铸模具,以适应不同形状和尺寸的毛坯件生产,增加了生产的灵活性和多样性,在相同的生产环境下,可以更容易地实施质量控制和监测,以确保所有生产的浮动油封毛坯达到一致的质量标准。

8工位旋转台的设计如图2所示,旋转台中安装了9台电机,中心电机控制8工位旋转台按指令每次旋转45O,使得一个浇铸模具进入浇铸位置。8个工位各有一台电机控制工位上的浇铸模具自转,产生驱动浇铸模具中铁水流动的离心力。

3.2 机械臂

机械臂带有浇铸包,当8工位旋转台旋转到位时,机械臂在指令控制下舀取铁水将其浇铸到浇铸工位的浇铸模具中。当铁水达到系统预设值时,机械臂停止浇铸。机械臂替代人工舀取浇铸铁水,实现了浇铸区域无人化,减少了高温恶劣工况带来的安全隐患。而且机械臂 自动作业,在提升生产效率的同时,保证了生产一致性和质量,减少了缺陷和废品。机械臂结构如图3所示。

3.3 浇铸模具及其夹具

浇铸模具及其夹具如图4所示。在进行浇铸作业前,需要将浇铸模具固定在夹具上,然后将铁水倒入浇铸模具,经过冷却后可以形成油封毛坯。浇铸模具具有尺寸和几何形状精确,耐磨性、耐久性和强度高,表面质量光滑,易于清洁和维护等特点,有助于确保油封毛坯的浇铸过程顺畅,最终产品具有一致的质量和性能。

4浮动油封毛坯自动浇铸系统实验研究

4.1浮动油封毛坯自动浇铸系统样机

浮动油封毛坯自动浇铸系统样机如图5所示,相对于如图6所示的浮动油封毛坯人工浇铸,浮动油封毛坯自动浇铸系统基本实现了浇铸自动化、浇铸区域无人化。

4.2浮动油封毛坯自动浇铸系统实验结果

为验证浮动油封毛坯自动浇铸系统工作性能,从浇铸速度和浮动油封毛坯工作面硬度两个方面开展实验研究,论证浮动油封毛坯自动浇铸系统工作效率及产品质量。

浇铸速度实验多次测试每小时浮动油封毛坯浇铸数量取平均值,确定浮动油封毛坯浇铸速度是否达到指标。测试共10次,针对A和B两种型号的油封模具,每小时浮动油封浇铸数量如图7所示。

由图7可以看出,针对A和B两种型号,油封毛坯自动浇铸装置的速度始终大于等于720个/h,而指标要求浇铸速度大于600个/h,该装置的浇铸速度已经完全达标且远远超出,显著提高了企业的生产效率。

工作面硬度实验针对A和B两种毛坯型号的模具,分别随机抽取一组浮动油封毛坯,统计所有浮动油封毛坯的工作面硬度,计算其平均值。实验结果表明,A和B型号的浮动油封工作面平均硬度分别为HRC65.2和HRC66.7,已经达到指标要求的HRC65。因此,油封毛坯自动浇铸装置的设计完全符合预期。

5 结束语

根据浮动油封的实际生产要求,本文设计了一种浮动油封自动浇铸系统,可以实现浮动油封的 自动浇铸,能够最大限度地发挥铸造生产线的生产能力,获得高质量的油封毛坯铸件,避免铁液的浪费,保证浇铸过程的安全性,节省人力和物力成本。测试显示,该系统的整体生产能力和运行状况稳定,表明该系统适合在浮动油封的工业化生产中推广使用。

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《机电信息》2025年第15期第12篇