铸造设备及其自动化-3

ppAz＋GT ≥ N＋R
N ≤ ppAz＋GT –R
式中: pp为膨胀行程终了时缸内气压
膨胀行程终了时弹簧恢复力为：N＝N0＋（Δ＋Se十Sr）P＇ 式中 N0——预震开始前弹簧的恢复力；
•N0＝Qy＋Qz＋GT 有效负荷重量 震铁重 震击机构升起部分自重
N≤ ppAz＋GT－R
•N＝Qy＋Qz＋GT＋（Δ＋Se十Sr）P′
•假设缸内气压为P时，活塞上升距离为ds，则气体对活塞所做 的功为： •在上升行程AB中，气体对活塞单位截面所作的功为：
W A
B A
( p 1105 Pa)dS
A
B
• 整个上升行程中气体对活塞单位截面积所作的功可用面积 ABCD41 A表示。同样，在活塞下落过程中，活塞对气体所作 的功可用面积AFED41 A表示。因而，在每一循环中，气体对 活塞的单位截面积所作的净功为：
震击总高度S是影响砂型紧实度的主要工艺参数之一，S一 般可在0.04~0.08 m之间选取，小型造型机取低值，大型造型机 取高值。其它参数如下： 进气行程Se约为Se＝(0.4~0.5)S 膨胀行程Sr约为Sr ＝(0.2~0.4)Se 余隙高度S0约为（0.7~1.0）S 进气孔总截面积为Aj＝(0.005~0.007)A 排气孔的总截面积约为Ap＝(0.03~0.05)A
•图 d 是膨胀行程终了， 即将打开排气孔时的 状态。
1. 缸内气压产生向下推力pFz， 2. 震铁重力GT，方向始终向 下，大小不变。 3. 弹簧恢复力N，方向始终向 上，大小与震铁行程成正 比， 它是一个规则变化的外力。 4. 摩擦阻力R，它的方向总是 逆着震铁运动的方向，大 小一 般可视为常数 还有一个与上述外力的 合力相平衡的假想力—— 惯性力Sn ,惯性力的方向与 加速度方向相反。 震铁的运动是这四种外力 综合作用的结果。
图2-1 Z145B震压造型机总图
1-机身 2-按压阀 3-起模同步架 4-震击气缸 5-起模导向杆 6-起模顶杆 7-起模液压缸 8-振动器 9-转臂动力缸 10-转臂中心轴 11-垫块 12-压板机构 13-工作台 14-起模架
图2-3 震击气缸的工作工程示意图
1—震击活塞； 2—进气孔； 3—排气孔
图2-4 震击循环的示功图
•产生双重撞击的原因：
•（1）管路气压低； •（2）工作负荷过大。
•（3）进气孔太小，进气过慢。
结构方式： 不断进气司气方式 优点： 结构简单。 缺点： 空气浪费大。
图2-6 压板高度的调整 1—防尘罩 2—调整手轮 3—调整螺杆 4—导向及锁紧螺钉 5—压板
•图a是静止状态； •图 b 是震击缸刚刚开 始进气时的状态； •图 c 是震铁向下走完 全部行 程 S 时 的 状 态 ；
P
'
p p Az R (Qy Qz ) Se S r
摩擦力可取R＝αpP Az; 根据实测数据：α＝0.05~0.15，上式又 可写成:
P
'
(1 a) p p Az (Qy Qz ) Se S r
根据有关实验，膨胀行程终了时，缸内气压一般为 250~350kPa 。按此值确定的弹簧刚度是保证能够顺利打开排气 孔的，但刚度偏小，震击力相应也小，对撞击不利。 经对现有的震击效果较好的造型机的震击机构进行验算表明， 取pp＝300~350kPa代入是比较恰当的。在弹簧下设置可换垫片可 以调整Δ的大小，从而也可起到调整弹簧恢复力的作用。
W •＝面积ABCD41A一面积AFED41A＝面积ABCDEFA A
•一次震击循环中活塞实际所得到的震击能量，还必须从 气体对活塞所做的功W中减去运动摩擦所消耗的功，即：
•循环一次气体对活塞所作的功
•震击能量
•震击比能
e0 A W 2RS
•活塞的总行程
•活塞截面积 •活塞的运动摩擦阻力
•设活塞在撞击后回弹时具有反跳比能e′
五．弹簧气动微震机构的设计
要实现压震，缸内气压需要克服：（实现压震的条件） 1. 活塞、工作台和有效负荷的重力； 2. 由于消除工作台与压实活塞上沿间的间隙△而增加的弹簧恢 复力； 3. 震铁移动进气行程Se、膨胀行程Sr及惯性行程Si所产生的弹 簧恢复力。
可能导致不能压震的原因： （1）运动部件（活塞、震铁和震击缸）的加工精度低； （2）运动部件配合过紧或进气通道阻力过大； （3）弹簧恢复力（或弹簧刚度）过大。 在设计压震机构时，必须对微震弹簧的刚度进行认真的核算。 为了保证震铁实现压震，要 求震铁在打开排气孔前，一直 是在加速下降，亦即作用于震 铁上外力的合力的方向始终向 下，惯性力Sn方向向上。 根据动静法，可得震铁受力 平衡方程式： pP Az＋GT＋Sn＝N＋R 因为打开排气孔前Sn≤0，代入上式有
•Δ1 ——弹簧的压缩量
•P′——弹簧刚度
•Fz—震击活塞的截面积
(b) 膨胀行程Sr 气缸即不进气也不排气，压缩空气膨胀，继续推着活塞及 工作台上升。 •(c) 排气上升行程Si
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排气孔打开，气缸排气，缸内气压迅速下降，但活塞及工作 台因惯性上升。通常Si≈(0.6~0.7)Se。
•(d) 排气下降行程
• 活塞下降时一定满足 •(e) 压缩行程 当下降的活塞关闭排气孔后，气缸内的气压随活塞快速下降而 有所升高，直至撞击工作台，此时缸内气压一般要比A΄点的气压 低一些，工作台因有撞击时的回弹力，所以可以反弹上升，运动 构成一个循环。

p 0 D 2 pF Q R
（2）导向限位装置 （3）压板架 压板可以绕中心轴旋转 •4．起模机构 为了保证起模质量，起模运动要缓慢平稳，因而用气压油驱动
二、其他震击及震压造型机
1．Z148型震压造型机 最大砂箱内尺寸为800mm×475mm。 2．震击造型机 如Z2310型翻台震实造型机，其砂箱尺寸为:
铸造设备及其自动化-3
宋延沛 教授 2014.6
•第二章 粘土砂造型设备及生产线
• 第一节 震压造型机 • －、Z145 震压造型机
• • • • 1． Z145 震压造型机的结构及工作过程 2．震击机构及震击循环 （1）震击机构 （1）震击循环
• （2）示功图 描述了缸内气压p与活塞行程S间的相互关系。 • （a)进气行程Se • 当 时活塞受气压推动开始上升。
2. 压实机构
（1）压实气缸
压实缸直径的计算应按所需的压实推力确定，可用下式计算
4 Q: 工作台、活塞、砂箱、型砂和模板等的总重量：Q=(1.3~1.8)×104F（N） P: 压实比压（常为250~300kPa) p0 : 工作气压 （常为500~600kP a) R: 气缸壁对活塞运动的摩擦阻力，其值不大，可以略去。 P
ZB148A造型机的气动微震机构为弹簧垫式气动微震机构，工 作原理如下： (1)原始位置 工作台下沿和压实活塞上沿间，留有一定的间隙 Δ, Δ一般为15~20mm。 （2）预震 加砂后、压实之前震击活塞和震铁两者发生撞击。
(3）压震 压实的同时进行震击。
5. 起模机构
三．微震机构的运动分析
震铁在压震过程中的受力状态
四 ．弹簧式微震机构示功图气动微震压实造型机的微震机构撞击效果的优劣，功能转换 是否经济，主要参数选择得是否适当，都可以通过测试得出 的示功图进行评定。 弹簧式气动微震机构的工作方式和示功图与震击式造型机 类似，所不同的是在压震过程中，由于弹簧恢复力随震铁位移 而变化，故示功图有其特殊性，需要时可参考其它相关书籍。
1000mm×800mm×300mm，
•第二节 低压微震压实造型机
•微震压实的优点： 1）对地基的震动较小；
2）可以实现微震、压震等不同紧实方法组合，紧实度分布比较 均匀； 3）工作震动频率较高，因而生产率比震击造型机高。
一、ZB148A半自动低压气动徽震压实造型机
1．概况 2．压头 压头的支承采用支承点结构； 压头的回转是通过两只气缸实现的。为了防止回转终 了时的冲击，设有缓冲液压缸 。 3．震压机构及起模机构 震压机构是弹簧垫式微震压实机构 为防止起模时工作台浮动，装有工作台卡紧器 4．工作程序
•撞击工作台的比能 e= e。＋e′ •震击比能 •反跳比能
显然，撞击比能e越大，震击效果就越好。设撞击的弹性 恢复系数为k，则e与e＇的关系为e＇=k2e。对于一般的震击造 型机，k＝0.3~0.4，所以反跳能约为撞击能的0.1~0.15。
（3）影响震击循环的因素 1）进气行程Se及膨胀行程Sr: 进气行程Se及膨胀行程Sr越大， 则示功图的面积也越大。 2）余隙高度S。: 余隙体积过大，压缩空气进入气缸时，须 先把这一体积填满，于是气压升高速度减慢，而在排气时，需 排出的空气量多，占用时间较长，这些都可能导致震击过程减 缓，并且多消耗压缩空气。 V0 S •设余隙体积为V0，气缸的截面积为A，则 0 A 3）管路气压：管路气压低，能使振击减弱。若气压减低到一 定限度以下，或工作负荷过大，震击循环会出现双重撞击现象。 •4）进气孔和排气孔的大小: 若进气孔太小，进气过慢，也容 易出现双重撞击现象。如果排气孔不够大，惯性行程后，缸内 气体不能及时排出，则活塞下落时，缸内仍有相当大的气压， 会影响震击的力量。