专利名称：触头式动力撞击造型及造型机的制作方法
技术领域：
本发明触头式动力撞击造型及造型机涉及铸造生产中潮模造型的一种新方法及新型造型机。
目前潮模造型有以下几种型式一种是GF公司的气冲造型，见图8。在气包内充入一定压力的压缩空气后，开启快开阀(开启时间＜0.02秒)，以高速气流冲击型砂，获得紧实铸型。此种造型不足之处在于铸型型腔表面易发生“灰化”现象；型腔棱角不清晰；铸型背部浮砂层(厚度＞40mm)需刮去，造成型砂浪费；压缩空气消耗量大，能耗较高；工装之间(气冲头与充砂框、充砂框与砂箱、砂箱与模板框之间)要求密封良好，否则易喷砂，以及气冲时的冲击噪声均恶化环境；气路系统也较复杂。
一种是日本新东公司的静压造型，见图9。在气包内充入一定压力的压缩空气后，开启气阀(开启时间0.2～0.4秒)，气流对型砂进行“预紧实”(模板上设有排气塞)，然后主动多触头以04～1.2Mpa的比压压实型砂，获得紧实铸型。此种造型方法不足之处在于压缩空气消耗量较大，总能耗高；工装之间要求密封良好，否则易喷砂，以及预紧实时的冲击噪声，均恶化环境；模板上需设排气塞；造型机头部主要部件是主动多触头，主动多触头压力为分区控制，设备结构复杂，造价高，难维修。
一种是丹麦DISA公司(原BMD公司)的动压脉冲造型，见
图10。该设备压杆部分由若干单独气缸活塞杆组成，利用改变气压来单独调节每个压杆伸出压板的状态与各压杆背部压缩气体的压力，撞击压实型砂时各压杆随着包围活塞杆的压板箱以相同速度向型砂撞击，紧实砂型。各压杆有对应的压力控制系统，压板箱的撞击速度靠活塞上部是高压气体活塞下部是液压油的气液缸驱动来获得。此种造型方法不足之处在于各压杆需单独控制，控制系统复杂；撞击速度受气液缸排油速度限制，撞击速度仅在0.5～5m/s范围内变化，且为分级设定；其总体结构较复杂，造价较高，维修困难。
本发明的目的就在于克服上述造型方法的缺点，以密封箱体内压缩气体气压为动力的多触头同时高速撞击型砂，使型砂发生“触变”现象，获得紧实度高而均匀的铸型。根据这一机理提出一种新的造型方法，称为“触头式动力撞击造型”，并设计出相应的新型造型机。
为达到上述目的，触头式动力撞击造型的标准工作过程设计为触头“复位”(上升)→触头“静止”(触头顶端密封空间降压)→触头撞击“准备”(多孔板下降)→触头高速“撞击紧实”(触头同时高速下冲撞击型砂)四个工作过程。为适应特殊铸件的生产，亦可采用二次成型方法，即触头“复位”后，第一次触头以一定速度压实型砂(即“预紧实”型砂)，第二次按前述标准工作过程紧实型砂。
本发明设计出的造型机之一(见图1、图2、图3)其主要组成部分有提升多孔板用油缸、蓄有压缩气体的密封箱体、多孔板、触头(包括触头杆、触头顶端密封结构和触头头部)、前端带扩容器的油缸和气阀。
提升多孔板用油缸的功能是驱动多孔板作升降运动，该油缸可为一个油缸，亦可为二个油缸，可为上置式，亦可为下置式。
蓄有压缩气体的密封箱体是由箱体下体和顶盖组成。箱内的压缩气体是按需要事先充好，设备运行中(方案一、方案二)不消耗箱内的压缩气体，只需补充因密封不良造成压缩气体的泄漏部分或(方案三)消耗压缩气体极少。蓄有压缩气体的密封箱体的功能是利用箱内压缩气体的气压始终给触头提供撞击能量。按不同气压，箱内压缩气体可为压缩空气也可为压缩氮气。根据铸型紧实度要求，箱内压缩气体气压可连续设定(在0.5～2MPa范围内变化)。
多孔板(见图3)板上各孔为矩阵分布，其孔数、孔径与触头杆数和杆径相适应，多孔板可为单板，亦可为双板，以适应不同尺寸砂箱。其功能在于多孔板上升带动触头上升使触头“复位”或其下降为触头下冲作“准备”。
触头(见图1、图2)是由触头杆、触头顶端密封结构和触头头部组成。触头是紧实型砂过程中产生撞击能量的关键部件，其作用是靠它同时高速撞击型砂以紧实砂型。多触头为矩阵式分布，标准型布置为布置在周边触头杆径Φ1大于布置在中部触头杆径Φ2(多孔板上相应孔径为d1、d2且d1＞d2)，触头顶端直径为D，则D＞d1＞Φ1D＞d2＞Φ2，触头顶部形成的环形面积
，当触头顶端密封空间气压降低为P顶时，作用在S环1和S环2上的上压力为F环1＝S环1·P箱-S顶·P顶；F环2＝S环2·P箱-S顶·P顶，因此使触头静止在“复位”状态的合力分别为F合1＝F环1+F阻力1-Q自重1；F合2＝F环2+F阻力2-Q自重2(其中S顶1为布置在周边的触头顶端密封空间截面直径D1所形成的面积
S顶2为布置在中部的触头顶端密封空间截面直径D2所形成的面积
；P箱为各触头“复位”后密封箱体内压缩气体的设定压力；P顶为各触头顶端密封空间内降压后的气压；F阻力1和Q自重1为布置在周边的每个触头所受的摩擦阻力和自重；F阻力2和Q自重2为布置在中部的每个触头所受的摩擦阻力和自重。)，触头在合力F合1(2)作用下使触头静止在“复位”状态；当触头顶端密封空间气压上升为P冲(使触头发生冲击时的气压)时，触头在密封箱体内压缩气体的气压作用下发生同时下冲。触头长短和杆径大小按所需撞击能量确定。触头撞击速度在0.5～10m/s范围内变化。触头顶端密封结构是(方案一、方案三、方案二图5中)由密封皮碗及压板或(在方案二图6中)由密封皮碗、压板及触头顶部单向阀组成，其功能是当多孔板被提升至密封箱体顶端使触头“复位”时，将触头顶端密封，形成触头顶端密封空间。
前端带扩容器的油缸是由前端的扩容器和驱动扩容器活塞的油缸组成。其功能是使连通触头顶端密封空间的扩容器前腔容积增大(“扩容”)，引起其气压降低至P顶，使触头静止在“复位”状态，反之，使扩容器前腔容积减小(“减容”)，触头顶端密封空间气压上升为P冲时，使触头发生同时下冲。
本发明使触头顶端密封空间降压，设计有三个方案方案一单独扩容器降压(如前述见图1、图2)；方案二提升活塞顶杆“扩容”降压(见图4、图5、图6)；方案三气阀换向降压(即使触头顶端密封空间连通大气，见图7)。
气阀的功能如下在方案一中(见图1)，关闭气阀，然后触头“复位”和触头顶端被密封，扩容器“扩容”，使触头顶端密封空间降压为P顶，触头在合力F合1(2)作用下使触头静止在“复位”状态；多孔板下降后，扩容器“减容”，当触头顶端密封空间气压上升为P冲时，使触头发生下冲。触头下冲后，开启气阀接通气源以补充因密封不良而泄漏的压缩气体(此时气源的气压与密封箱体内的气压相同)。
在方案三中(见图7)，当触头“复位”和触头顶端被密封后，气阀换向使触头顶端密封空间与大气相通(降压)，触头在合力F合1(2)作用下使触头静止在“复位”状态；当多孔板下降后，气阀复位，触头顶端密封空间瞬间通入压缩气体，触头顶端密封空间气压上升为P冲时，使触头发生同时下冲；同时亦可补充因密封不良造成泄漏的压缩气体。
由于采用了以密封箱体内压缩气体的气压为动力的多触头同时高速撞击型砂造型，其优点不需高速气流冲击型砂，上述方案一、方案二造型时不消耗压缩气体，方案三造型时消耗极少量压缩气体，使得总能耗大大降低，节能效果显著；工装之间无密封要求，无喷砂，低噪声，不污染环境；模板上不需设排气塞；提升多孔板使各触头同时准确复位，完全消除因触头复位失误而造成的机械事故，提高了设备运行可靠性；在密封箱体内作用于各触头上的气压无需分区控制，使设备结构和控制系统简单，易制造和维修，造价低，易操作，根据需要各触头撞击速度和能量又可不同，撞击速度可调范围大(在0.5～10m/s范围内变化)，有利于提高铸型质量，应用范围广。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
在说明书附图中图1为具有单独扩容器降压的触头式动力撞击造型机头部结构图(方案一)。
图2为图1(方案一)中的触头顶端密封结构放大图。
图3为图1、图4、图7(方案一、二、三)中多孔板放大图。
图4为提升活塞顶杆“扩容”降压的触头式动力撞击造型机头部结构图(方案二)。
图5为图4(方案二)中触头顶端密封及其上方结构放大图之一。
图6为图4(方案二)中触头顶端密封及其上方结构放大图之二。
图7为用气阀换向降压的触头式动力撞击造型机头部结构图(方案三)。
图8为GF公司气冲造型。
图9为日本新东公司静压造型。
图10为丹麦DISA公司(原BMD公司)动压脉冲造型。
附图中编号及符号说明提升多孔板用油缸1、导杆顶板和导杆2、多孔板3、触头4、触头顶端密封结构5、前端带扩容器的油缸6、蓄有压端气体的密封箱体7、气阀8、型砂9、活塞顶杆升降油缸10、活塞顶杆11、活塞顶杆上板12、压板13、密封皮碗14、触头顶部单向阀15、触头顶部进气孔16。
1--布置在周边触头杆径2--布置在中部触头杆径d1--布置在多孔板周边孔的孔径d2--布置在多孔板中部孔的孔径D--触头顶端直径D1--布置在周边触头的顶端密封空间截面直径D2--布置在中部触头的顶端密封空间截面直径触头式动力撞击造型机头部结构主要零部件相互关系方案一，见图1。具有单独扩容器降压的触头式动力撞击造型机头部结构主要零部件相互关系多孔板3置于密封箱体7中，其导杆2穿过具有密封圈的密封箱体顶盖与上置(或下置)的提升多孔板用油缸1连接。各触头杆穿过多孔板3和具有密封圈的密封箱体7下体底板，触头头部用螺钉固定在触头杆上，触头4顶端的密封皮碗14用压板13压住(螺钉固紧)。密封箱体7的顶盖以密封垫密封并用螺钉将其固紧在密封箱体7的下体上。前端带扩容器的油缸6的扩容器前腔(顶端)通过管道与各触头4上方的密封箱体顶盖上的气孔接通，在上述管道上并联一个气阀8，气阀8同时与气源管相接。
方案二，见图4。提升活塞顶杆“扩容”降压的触头式动力撞击造型机头部结构主要零部件相互关系密封箱体7顶盖上(在各触头4对应位置上方)装有与触头4数量相等的活塞顶杆11、活塞顶杆11通过活塞顶杆上板12与活塞顶杆升降油缸10相连接。活塞顶杆11上升“扩容”代替了方案一中前端带扩容器的油缸6的作用。另外触头顶端密封结构5(见图6)中增设了一个触端头顶部单向阀15，其余部分与方案一相同。
方案三，见图7。气阀换向降压的触头式动力撞击造型机头部结构主要零部件相互关系与方案一的区别是取消前端扩容器的油缸6，其余部分与方案一相同。
触头式动力撞击造型机的工作过程一、触头式动力撞击造型标准工作过程方案一(见图1)。其标准工作过程1.提升多孔板用油缸1上升，并通过导杆顶板和导杆2将多孔板3提起，多孔板3带动各触头4同时上升至密封箱体7顶端，此工作过程称为触头“复位”。
2.触头4“复位”后，触头顶端密封结构5(由压板13和密封皮碗14组成)将各触头顶端空间密封(此时气阀8已关闭)，前端带扩容器的油缸6驱动扩容器活塞下移，活塞前腔容积增大(“扩容”)，通过各触头顶端上方的连接管道使触头顶端密封空间气压降低为P顶，触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止于“复位”状态，此工作过程称为触头“静止”。
3.提升多孔板用油缸1驱动多孔板3下降到密封箱体7底部，为触头4下冲作“准备”，此工作过程称为触头撞击“准备”。
4.前端带扩容器的油缸6，带动扩容器活塞上移，使活塞前腔容积减小(“减容”)，在使触头顶端密封空间气压上升为P冲时，各触头4在压缩气体气压作用下同时高速(为变加速运动)向型砂9撞击，而获得紧实而均匀的铸型。当触头4下冲结束后，气阀8瞬间开启并接通气源，补充因密封不良而泄漏的压缩气体(此时气源的气压等于触头下冲后密封箱体7内的设定气压)。此工作过程称为触头“撞击紧实”。
因此方案一的标准工作过程是触头“复位”→触头“静止”→触头撞击“准备”→触头“撞击紧实”。
方案二(见图4)，其标准工作过程触头“复位”→触头“静止”(是由活塞顶杆升降油缸10通过活塞顶杆上板12使活塞顶杆11上升即“扩容”，各触头顶端密封空间气压为P顶，触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止在“复位”状态)→触头撞击“准备”→触头“撞击紧实”(是由活塞顶杆升降油缸10推动活塞顶杆11下降，使触头顶端密封空间气压上升为P冲，同时活塞顶杆11也顶开触头4，见图5，或活塞顶杆11的小圆柱体顶开触头顶部单向阀15使压缩气体通过触头顶部进气孔16进入触头顶端密封空间，见图6，使触头同时高速撞击型砂9)。
方案三(见图7)。其标准工作过程触头“复位”→触头“静止”(是由气阀8换向使各触头顶端密封空间与大气相通，触头顶端密封空间的气压降为一个大气压，触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止在“复位”状态。)→触头撞击“准备”→触头“撞击紧实”(是由气阀8复位，瞬间接通气源，当触头顶端密封空间气压上升为P冲时，使触头4同时高速撞击型砂9，此时也补充因密封不良而泄漏的压缩气体，气源的气压与密封箱体7内在触头4发生冲击时的设定气压瞬时相等)。二、触头式动力撞击造型二次成型造型工作过程为适应特殊铸件生产，采用二次成型造型。当触头4复位后，第一次触头4以一定速度“压实型砂9(其“压实”速度是由提升多孔板用油缸1下降速度来决定的)，使型砂9第一次被“压实”(“预紧实”)，这样在砂型背面形成凸凹不平，凹处说明其模型低，紧实时需要更大撞击能量，凸处说明其模型高，紧实时需要较小的撞击能量。第二次紧实的工作过程，接前述标准工作过程成型，从而获得紧实度高而均匀的铸型。(凹处由于触头4下冲撞击时空行程加长，撞击能量增大，凸处由于触头4下冲撞击时空行程较短，撞击能量相对较小。)
权利要求
1.本发明涉及一种铸造生产中潮模造型的新方法，它是应用触头4同时高速撞击型砂9，使型砂9产生“触变”现象的机理，获得紧实度高而均匀的铸型。见图1或图4或图7造型机头部结构。其特征在于触头4紧实型砂9时，其标准工作过程设计为触头“复位”→触头“静止”→触头撞击“准备”→触头“撞击紧实”；为适应特殊铸件生产，还可采用二次成型方法，即触头“复位”后，第一次触头4以一定速度压实型砂9(“预紧实”型砂)，第二次按前述标准工作过程紧实型砂。在新型造型机中采用改变触头顶端密封空间气压使触头4保持静止“复位”状态或发生同时高速下冲，设计出三种方案(见图1、图4、图7和权利要求6)。
2.根据权利要求1设计出的新型造型机(造型机头部结构见图1、图4、图7和图2、图3、图5、图6)是由以下主要零部件组成提升多孔板用油缸1、导杆顶板和导杆2、多孔板3、触头4(方案一、方案三和方案二图5中由压板13和密封皮碗14组成触头顶端密封结构5；在方案二图6中由压板13、密封皮碗14和触头顶部单向阀15组成触头顶端密封结构5。触头4是由触头杆、触头顶端密封结构5和触头头部组成、并在触头4顶部开设触头顶部进气孔16。)、前端带扩容器的油缸6，蓄有压端气体的密封箱体7、气阀8、活塞顶杆升降油缸10、活塞顶杆11、活塞顶杆上板12。其特征在于处于蓄有压缩气体的密封箱体7内的多孔板3通过导杆顶板和导杆2在提升多孔板用油缸1的驱动下作升降运动，上升时带动触头4同时上升“复位”(升至密封箱体7顶端)，由触头顶端密封结构5将触头顶端的空间密封，随后触头顶端密封空间“扩容”降压为P顶，触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止在“复位”状态，多孔板3下降后，当触头顶端密封空间被“减容”其气压升至P冲时，触头4同时高速下冲撞击型砂9，其撞击速度在0.5～10m/s之间变化。
3.根据权利要求1和权利要求2，蓄有压缩气体的密封箱体7由箱体下体和顶盖组成。其特征在于密封箱体7内的压缩气体按所需气压的大小事先充好，设备运行中方案一(见圈1)、方案二(见图4)不消耗压缩气体，只需补充因密封不良而造成泄漏部分，方案三(见图7)消耗极少量压缩气体。蓄在密封箱体7内的压缩气体为压缩空气或压缩氮气。密封箱体7内的压缩气体气压始终给触头4提供所需撞击能量。
4.根据权利要求1和权利要求2，多孔板3(见图3)上装有导杆顶板和导杆2。其特征在于多孔板3上的孔数和孔径与触头4的个数和杆径相适应，各孔采用矩阵分布。根据砂箱尺寸大小多孔板3可为单板，亦可为双板。当多孔板3被提升时带动触头4同时上升“复位”；多孔板3下降，则为触头4发生F冲作“准备”。
5.根据权利要求1和权利要求2，触头4是由触头顶端密封结构5(含压板13、密封皮碗14)、触头杆及触头头部组成(见图1、图4、图2、图5和图7)，或由触头顶端密封结构5(含压板13、密封皮碗14、触头顶端单向阀15)、触头杆及触头头部组成(见图4和图6)。其特征在于触头杆径大小、触头头部长短和质量按撞击能量大小而定。触头4是撞击型砂的关键部件，撞击速度在0.5～10m/s之间变化。
6.根据权利要求1、权利要求2和权利要求5，触头顶端密封结构5。其特征在于当触头4“复位”后，触头顶端密封结构5使触头顶端形成一个密封空间，利用触头顶端密封空间“扩容”降压为P顶时，实现触头4“静止“或将触头顶端密封空间“减容”使其气压上升为P冲时，实现触头4发生同时高速下冲，为此本发明设计有三种方案方案一(见图1、图2)为前端带扩容器的油缸6驱动扩容器活塞而实施触头顶端密封空间“扩容”降压为P顶，此时触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止在“复位”状态，当扩容器“减容”，使触头顶端密封空间气压上升为P冲时，触头4立即发生同时高速下冲。触头下冲结束后，气阀8瞬间开启补充因密封不良造成压缩气体泄漏的部分(气源气压与密封箱体7内气压瞬时相等)。方案二(见图4)是由活塞顶杆升降油缸10提升活塞顶杆11，使触头顶端密封空间“扩容”而实施降压为P顶，此时触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止在“复位”状态，当活塞顶杆11下降“减容“时，触头顶端密封空间气压上升为P冲，此时活塞顶杆11顶开触头4(见图5)或活塞顶杆11前端小圆柱体将触头顶部单向阀15顶开使密封箱体7内的压缩气体通过触头顶部进气孔16瞬间进入触头顶端密封空间(见图6)，触头4立即发生同时高速下冲。方案三(见图7)是由气阀8换向使触头顶端密封空间连通大气而降压，此时触头4在合力F合1(2)作用下使触头4静止在“复位”状态，当气阀8复位，使触头顶端密封空间与气源瞬间连通，当其气压上升为P冲时，触头4立即发生同时高速下冲。此时也补充了因密封不良而造成的压缩气体泄漏部分。
全文摘要
触头式动力撞击造型及造型机属铸造中潮模造型方法和设备。以密封箱内气压为动力的多触头同时高速撞击型砂成型。工作过程为触头复位→触头静止→撞击准备→撞击紧实;或二次成型造型。造型机触头顶端密封空间降压有三种方案(扩容器扩容降压、活塞顶杆扩容降压和气阀换向降压)。本发明优点:铸型紧实度高而均匀;各触头撞击能量调幅大;低噪声;消耗压缩气体极少,节能;工装间无需密封,结构和控制系统简单、造价低;应用范围广。
文档编号B22C15/00GK1180595SQ9612231
公开日1998年5月6日 申请日期1996年10月18日 优先权日1996年10月18日
发明者邸天庆, 卫行熙 申请人:机械工业部第四设计研究院