摘 要：从J455低压铸造机的改进设计，论述提高低压铸造机工作可靠性的途径。
关键词：低压铸造机 合型机构 可靠性设计
J455型500 kg低压铸造机是我厂早期的低压铸造机产品，该机采用了PC电气控制，可控硅炉温控制，微机控制液面加压装置，大流量插装阀集成液压系统等先进的控制方法。为了使机械执行部件有良好的刚性及精度保持性，提高整机的工作可靠性，我厂在低压铸造机的系列化设计中，以J455为基础，针对经常发生故障的部位及影响工作可靠性的部件，不断加以改进。本文就是在提高J455型低压铸造机可靠性改进设计的工作过程中，提出的一些改进设计方案，在低压铸造机的系列化设计中，如J453、J452型等的设计，也参考了此方案，总结了J455型改进成功的经验，明显地提高了其工作可靠性。
1 合型机构的改进
J455低压铸造机的合型机构为四立柱式，用一个垂直放置的油缸作为合型的动力，带动动模板在上下模板间运动(见图1)。
图1 合型机构
1.主油缸2.拉杆3.螺母4.上模板5.大立柱
6.顶出板7.顶出机构 8.动模板9.下模板10.螺母
由于在动模板上安装有顶出机构(件7)，再加上动模板的行程为1 000 mm，而且动模板距下模板的最小间距为350 mm，因此上下模板的间距为2 350 mm，用大螺母紧固在四根立柱上，工作过程中，要求动模板在四根立柱间平稳地上下运行，为了保证动模板能运行平稳、工作可靠，J455采用了如图2所示的导向结构。
图2 导向机构
1.立柱 2.导向套 3.螺钉 4.压板 5.动模板 6.销钉
导向套总长250 mm，与立柱的配合公差为H8/f8。动模板上另外还有两根拉杆随动模板一起上下运动。拉杆是为了保证动模板可在任意高度停止并且可以防止动模板下滑的保险装置。拉杆总长为2 240 mm(见图1)，下端固定于动模板上，分别与顶出板及上模板的配合公差也都为H8/f8。这种结构就使动模板在1 000 mm的运行范围内，有了六个导向部位，产生了过定位。因此，原设计中，也就对三块模板上对应孔的同轴度及对长度为2 910 mm的四根立柱、长度为2 240 mm的两根拉杆的直线度和同轴度有了较高的要求。这样，在工艺上就必须对三块大模板合镗；大立柱磨削后镀硬铬再磨削；拉杆开槽后调质再磨削等手段，都给机加工带来了较大的难度。在实际生产过程中，虽然采用了这样的工艺手段，也经常发生由于加工中，模板上孔的同轴度或立柱及拉杆的直线度等达不到要求，或者装配后综合误差的影响，而使动模板在运行时，四根立柱和导向套产生不均匀的摩擦力，使动模板在向下运行时，时常发生振动的现象。
压板原设计是为了防止动模板在高温的生产环境下，热膨胀变形的防护装置，共八件，每件上有三个螺钉孔，两个锥销孔，在装配过程中与动模板配合。由于设计中压板与导向套配合的精度要求高，及安装位置的限制，钻孔和攻丝都很困难，成了装配中的难题，经常需要返修。但在实际应用中，通过检测，由于对模具的冷却，采用了双介质(水和压缩空气)六通道冷却，所以这种装置并没有起到作用。
针对这些问题，我们在改进设计中以简化结构、增强工作可靠性为目的，在解决了液压系统对动模板运动的影响之后，对合型机构做了如下处理。① 取消拉杆装置，以消除拉杆对动模板运动导向的影响。② 由于导向套在工作中，不但没起到导向作用，反而和四根立柱“别劲”，影响了动模板的平稳工作。因此，我们加大了导向套和立柱间的配合间隙，根据我厂加工生产齿轮、齿条能力较强的特点，将动模板的导向改为齿轮、齿条机构(见图3)。四对齿轮齿条通过两对伞齿轮联接，实现了动模板在四根立柱上同步、平稳地运动。并且又用其中的两根齿条代替了原结构中的拉杆，同样实现了动模板可在任意位置停止，并且防止动模板下滑的目的。这样改进降低了三块模板上对应孔及立柱的精度要求，而且也减小了机加工的难度。③ 导向套与立柱间的间隙加大后，不存在热膨胀变形的方向及间隙问题，自然可取消压板，简化了这部分结构，也给机加工和装配带来了方便。
图3 齿轮齿条机构
1.伞齿轮 2.齿轮 3.齿条 4.支撑架 5.连接轴 6.动模板
2 取件机械手的改进
J455低压铸造机上的取件机械手为悬臂回转接盘式(见图4)。结构复杂，加工和装配都有一定难度，并且在应用中调整托盘高度及旋进、旋出的角度和速度都比较麻烦，可靠性较低，而且维修困难，在改进设计中，简化为如图5所示结构。
图4 取件机械手Ⅰ
1.前支承臂 2.立柱 3.后支承臂 4.油缸 5.摆臂 6.托盘
图5 取件机械手Ⅱ
1.油缸 2.上模板 3.支架 4.连杆 5.销子 6.摆臂 7.托盘 8.下模板 9.支架
去掉了前后支承臂，将摆臂用圆柱销直接和立柱联接在一起，立柱上钻有柱销孔，通过柱销孔，可很轻松地调整托盘高度。立柱用旋转油缸带动实现托盘的旋进、旋出，达到接、取工件的目的。改进后，只留下托盘和立柱，结构变得简单、紧凑，加工、装配方便，应用中调试更容易。而且也减化了这部分的液压管路。
3 液压部分的改进
J455低压铸造机的液压系统，为满足低压铸造工艺操作的要求，采用了具有通油能力大、动作速度快、泄漏少的插装阀，控制主油缸的运动(见图6)。
图6 主油缸液压控制原理
1,4.基本插件 2,3.带阻尼插件
四个插装阀采用了进油节流调速的安装方式。这种方式，由于只能控制进油速度，在实际工作中，当油缸活塞上行时，动模板的质量，加上动模板上所带的模具和动模抽芯器的质量，大约有3500 kg，这样主缸负载产生的压力便为：P=F/A,式中：F=3.5×104 N,A=0.25π(D2-d2)=1.2×10-2m2 (D为缸径，d为活塞杆直径)，P负载=3.5×104/(1.2×10-2)Pa=2.9 MPa。在这个负载力作用下，使油缸活塞上升的速度受到了限制，即不会产生速度失控的现象，动模板可平稳地上升。但是，当油缸活塞下行时，由于设计中回油路无法产生背压，动模板的运动便产生了一个负值负载，在负值负载作用下，活塞被拉着向下运动。上腔液体承受拉力，很容易使活塞运动速度失去控制。所以动模板在工作中向下运行时，有时便产生振动现象，影响设备的正常工作。根据液压原理：要使进油路节流调速回路承受负值负载，就得在回油路上加背压阀，使执行元件在承受负值负载时，其进油腔内的压力不致下降到零，以免液体被“拉断”。我们准备直接在回油路上加一节流阀，来实现速度调节，但考虑到我们的设备负载作用力的方向，以及原来设计中安装有液控单向阀，可有效地减小油缸的泄漏，避免起动时的前冲，我们在改进设计中，只将进油路节流改为回油路节流。即将插装阀基本插件和带阻尼插件调换安装位置。这样既不增加成本，也不必重新设计阀板，便有效地抑制了动模板的振动，提高了动模板运动的平稳性。并且，原设计中的进油路节流调速，经节流阀后发热的油液直接进油缸，对油缸泄漏的影响较大，从而也影响了动模板运动的稳定性。改为回油路节流调速，油液经节流阀产生发热后，直接回到油箱，通过油箱散热冷却后，再重新进入泵和液压缸，也可提高油缸运动的稳定性。
4 结 语
通过改进设计，简化了J455主机的结构，在增强了主机工作可靠性的同时，也降低了制造费用，改进设计取得了成功。J455的可靠性改进设计，使我们总结出了许多经验，在J453、J452及低压铸造平台的设计中，我们还是以提高工作可靠性为前题，使主机的结构更加简洁、紧凑，也增强了设备的可维修性。
作者简介：姚伟，男，1968年出生，工程师，天水星火机床厂，甘肃天水(741024)
作者单位：姚伟(天水星火机床厂)(end)
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