改善制芯中心液壓系統(tǒng)提高制芯工序質(zhì)量

1、改善制芯中心液壓系統(tǒng) 提高制芯工序質(zhì)量改善制芯中心液壓系統(tǒng) 提高制芯工序質(zhì)量 惠彥 山，王公昱 摘要：制芯工序是鑄造工藝中非常關(guān)鍵的一個(gè) 過程，對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用。液壓系 統(tǒng)是制芯中心的核心組成部分，其運(yùn)轉(zhuǎn)情況是制芯中心技術(shù) 狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，對設(shè)備的穩(wěn)定工作和產(chǎn)品尺寸精度保 障起著非常關(guān)鍵的作用。 關(guān)鍵詞：鑄件；質(zhì)量控制；液壓 技術(shù)；雙液壓缸驅(qū)動同步 我公司主營業(yè)務(wù)是汽車發(fā)動機(jī)零 部件的毛坯，在籌建之初就立足于單品種、大批量，適合汽 車生產(chǎn)需求的高效率生產(chǎn)模式，以生產(chǎn)尺寸精度高、加工余 量少的發(fā)動機(jī)缸體及缸蓋等鑄件為主導(dǎo)產(chǎn)品。公司投入多套 進(jìn)口自動化設(shè)備，其中包括自動化

2、程度很高的意大利 FA 制 芯中心，其制芯工序是鑄造工藝中非常關(guān)鍵的一個(gè)過程，對 產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用。制芯中心實(shí)現(xiàn)了 制芯、取芯、去毛刺、預(yù)組芯、鎖芯和浸涂的全自動化生產(chǎn) 作業(yè)方式，特別是鎖芯工藝的采用，極大地提高了勞動效率 和主體芯的尺寸精度，尤其對于缸孔中心距、缸孔壁厚差等 客戶高度關(guān)注的關(guān)鍵尺寸起到直接的保障作用。 1. 制芯中 心與液壓系統(tǒng) 液壓技術(shù)對于機(jī)械制造業(yè)而言，有著非常重 要的作用，是一個(gè)十分重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域。液壓技術(shù)推動著裝 備制造業(yè)的發(fā)展，在裝備制造業(yè)的諸多領(lǐng)域中，都起著非常 重要的作用。可以說在目前以及在未來幾十年內(nèi)沒有出現(xiàn)顛 覆性的傳動技術(shù)的情況下，液壓

3、傳動技術(shù)是衡量一個(gè)國家工 業(yè)水平的最重要標(biāo)志之一。 液壓系統(tǒng)是制芯中心的核心組 成部分，其運(yùn)轉(zhuǎn)情況是制芯中心技術(shù)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)， 對設(shè)備的穩(wěn)定工作和產(chǎn)品精度保障起著非常關(guān)鍵的作用。我 公司現(xiàn)場也經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)橐簤合到y(tǒng)故障引發(fā)的設(shè)備停機(jī)和 產(chǎn)品質(zhì)量問題，對正常生產(chǎn)秩序造成很大的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)， 我公司制芯中心液壓系統(tǒng)的故障在當(dāng)時(shí)的設(shè)備總停臺中占 比高達(dá) 40%，是關(guān)鍵的少數(shù)。 意大利 FA 制芯中心由三臺制 芯機(jī)、一臺鎖芯機(jī)、兩臺六軸機(jī)器人及一些附屬裝置組成。 在制芯機(jī)中，上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)的動作是否精準(zhǔn)和平穩(wěn)，會直 接影響到砂芯關(guān)鍵尺寸的控制水平，從而影響到缸體鑄件的 缸孔中心距、缸孔壁厚差等產(chǎn)品

4、重要特性。上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu) 基本工作過程就是上模架帶動模具上芯盒工作，工作行程 400mm 。上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，上模架運(yùn)行 機(jī)構(gòu)液壓原理如圖 2 所示。 圖 1 上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu) 1. 上芯盒 2. 導(dǎo)桿 3. 上部橫梁 4. 液壓缸 5. 液壓缸連接裝 置 6. 上模架 7. U 形梁 在液壓缸同步機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用的 方式主要有四種：第一種，機(jī)械框架同步、齒輪齒條同步加 液壓閥組；第二種，機(jī)械框架同步、同步電動機(jī)或同步閥加 其他閥組；第三種，機(jī)械框架同步、比例閥加其他閥組；第 四種，機(jī)械框架同步、伺服閥加其他閥組。四種控制方式各有利弊，精度、成本逐步增加。在實(shí)際應(yīng)用中

5、常依據(jù)產(chǎn)品尺 寸精度、生產(chǎn)節(jié)拍要求等具體工況將以上幾種方式組合使 用。 意大利 FA 制芯機(jī)上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用的是上述第三種 設(shè)計(jì)方式。但這種機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中關(guān)于液壓缸工作的同步性考 慮不足，造成在實(shí)際運(yùn)行中存在以下問題：同步框架上部橫 梁、U形梁、導(dǎo)桿強(qiáng)度不能滿足現(xiàn)有工況要求，兩只液壓缸 進(jìn)出油口與液壓閥組之間沒有流量、沒有壓力分配裝置，兩 只液壓缸運(yùn)行阻力差別較大時(shí)， 壓力出現(xiàn)波動， 加之活塞桿、 導(dǎo)桿彈性形變及其他阻力影響，加劇了液壓缸供油側(cè)的壓力 波動，液壓缸出現(xiàn)交替爬行的現(xiàn)象，造成上模架在運(yùn)行中常 出現(xiàn)前后擺動現(xiàn)象，這樣會造成模具的不正常損壞、砂芯缺 陷及生產(chǎn)停頓。具體而言，現(xiàn)場最常見的

6、失效模式有以下 5 種：一是模具定位銷及銷套、 頂桿磨損過快； 二是砂芯錯(cuò)邊、 砂芯與上芯盒不能分離、砂芯缺肉等產(chǎn)品缺陷；三是液壓缸 活塞桿螺紋連接處斷裂、 液壓缸密封失效； 四是上模架 U 形 梁與導(dǎo)桿連接螺栓松動、斷裂；五是上模架導(dǎo)套、防塵圈單 邊磨損，以及導(dǎo)桿彎曲變形等故障。 2. 液壓控制機(jī)構(gòu)優(yōu)化 改造方案 我們針對 FA 制芯單元中液壓控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 方面，進(jìn)行了多方探索和研究，結(jié)合實(shí)際運(yùn)用的一些經(jīng)驗(yàn)， 在現(xiàn)有液壓機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，完成了一系列的改造工作，這樣也 使得整個(gè)液壓系統(tǒng)得到了升級優(yōu)化。 在項(xiàng)目初期，我們結(jié) 合上模架結(jié)構(gòu)、 液壓控制方式、 制芯機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)布局等因素，制訂了以下三

7、種解決方案。 第一種，增強(qiáng)框架強(qiáng)度：連接 上部橫梁，同時(shí)增加導(dǎo)桿、導(dǎo)套直徑。 第二種，加強(qiáng)閥組 控制精度：由一組比例閥組集中控制，改為兩組伺服閥組獨(dú) 立控制單只液壓缸，同時(shí)增加兩只位移傳感器檢測反饋，實(shí) 現(xiàn)閉環(huán)控制。 第三種，為了減小液壓缸活塞桿變形，降低 活塞桿與密封套、活塞與缸筒摩擦阻力，在液壓缸與上模架 本體連接處增加鉸接接頭。 經(jīng)對三種方案從施工難度、改 造費(fèi)用、后期維護(hù)難度、施工周期等方面進(jìn)行對比分析，選 擇了第三種方案。第一種由于設(shè)備空間限制（上模架運(yùn)行機(jī) 構(gòu)位置示意見圖 3）連接上部橫梁會與氣包干涉，安裝、維 護(hù)空間小，增大導(dǎo)桿和導(dǎo)套則需要將設(shè)備上部主體橫架、上 模架拆解加工，拆

8、裝工作量大，停線時(shí)間長，且加工精度不 易保證。第二種方案液壓閥組、線性傳感器費(fèi)用及改造技術(shù) 要求較高，備件多且費(fèi)用高，后期維護(hù)難度大，故障點(diǎn)多。 第三種方案相比以上兩種方案施工難度小、周期短，需要準(zhǔn) 備的備件少，后期維護(hù)簡單，如改造不成功恢復(fù)到原來結(jié)構(gòu) 工作量也小， 因此選擇了可實(shí)施程度最高的第三種方案。 圖 2 上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)液壓原理 我們在實(shí)施第三種改造方案過 程中，主要完成了以下工作：（ 1）對增加的球面軸承接頭選型，設(shè)計(jì)球面軸承接頭與上模架連接板，確認(rèn)改造后的連 接板與目前連接板尺寸變化量。圖 4 為連接板剖面對比，圖 5 為改造前連接板與液壓缸連接方式，圖 6 為改造后連接板與液壓缸

9、連接方式。 （ 2）根據(jù)該尺寸確定上模架與液壓缸 連接處加工量，設(shè)計(jì)后期恢復(fù)到原狀所用的連接塊。（ 3）制作上模架框架與液壓缸連接處的連接板等備件，采購球面 軸承接頭（同時(shí)儲存一臺份備件） 。 （ 4）將液壓缸與球面 軸承接頭等組裝并帶負(fù)載調(diào)試。 （5）結(jié)合前期故障數(shù)據(jù)， 制訂改造驗(yàn)證周期，同時(shí)做好今后可能出現(xiàn)的故障處理預(yù) 案，編制備件更換周期，以及點(diǎn)檢、巡檢、維護(hù)保養(yǎng)等過程 的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程。 圖 3 上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)位置示意 目前該項(xiàng) 改造已經(jīng)完成，實(shí)際生產(chǎn)過程在以下幾個(gè)方面得到了改善： 模具定位銷、銷套、頂桿減少了異常磨損，使用壽命比原來 大幅增加；上模架運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作過程不再出現(xiàn)擺動現(xiàn)象，因

10、 上芯盒晃動造成的砂芯錯(cuò)邊、砂芯與上芯盒不能分離、缺肉 等缺陷消失，同時(shí)一些在后續(xù)檢驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)的隱形缺陷，如 細(xì)小的裂縫也不再出現(xiàn)；砂芯尺寸精度的提高直接保障了缸 孔中心距和缸孔壁厚差的尺寸精度要求，提升了客戶滿意 度。 圖 4 連接板剖面對比 圖 5 改造前連接板與液壓缸連 接方式 圖 6 改造后連接板與液壓缸連接方式3. 結(jié)語 以上是我公司關(guān)于意大利 FA 制芯中心上模架改造項(xiàng)目的總體 情況，通過此次改造有效保障了產(chǎn)品精度，降低了產(chǎn)品不良 率，延長了模具定位、連接件的壽命，降低了設(shè)備故障率， 同時(shí)也降低了維護(hù)成本及備件成本，提高了設(shè)備、能源、原 材料的利用率，提高了生產(chǎn)效率。這種改造思路也可以應(yīng)用 到其他設(shè)