CN1045240A - 高压水射流铸件清砂法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种利用高压水激振射流技术清除铸件表面型砂和芯砂的清砂方法及其设备。高压水泵将水箱中的常压水抽水，并加压，通过高压水激振射流铸件清砂机的电液控制柜压入产生高频微振的高压水激振射流喷射器的喷嘴，以高速激振喷出射向安置在能够水平自动回转360°的回转承送车上的铸件，由于垂直升降机构的上、下运动，水平伸缩机构的前后运动及全方位偏摆机构的多方位复合运动，使喷射装置对准铸件的任一角度，任一位置进行高效清砂。

Description

本发明涉及的是一种利用高压水射流巨大能量清除铸件表面型砂及芯砂的清砂方法-高压水激振射流铸件清砂法及其设备。

高压水射流用于大型铸件清砂工艺，在我国许多工厂已广泛采用。这一技术与传统的“水爆”，“喷丸”工艺相比，改善了劳动条件，提高了清砂效率。但从已使用水射流清砂的实际情况来看，普遍存在着能耗大、水量大、效率低，以及砂水处理不配套等问题。造成这些问题的主要原因是落后的射流技术和操作工艺，设备，造成射流能量损失太大。已有的水力清砂采用的是普通高压水连续射流技术。来自高压泵的高压水流，经过喷杆，由喷咀喷出，形成高压水连续射流，当射流以高速冲向固体时，在一个极短的时间内，产生一个极高的压强，类似管道中的“水锤”，也类似一个小型炸弹的爆炸，这时液体将受到压缩，开始沿固体表面流动，冲击压强迅速降低，射流头部呈现非压缩状态、产生所谓的“水垫”现象，使水射流的切割破碎能力降低。

本发明的目的就是用高压水激振射流技术替代单一的高压水连续射流技术应用到水射流铸件清砂生产工艺中，改变水射流的运动形式，减少普通连续射流冲击靶物时的停滞载荷和水阻损失，增加水射流在物体表面的移动速度，消除“水垫”效应，使高压水射流的冲击压强能量得到充分利用。同时设计一套实现高压水激振射流铸件清砂技术的机械化和自动化的能够自由调节靶距，灵活跟踪靶物、提高落砂效率的设备，改善水力清砂的工作环境和劳动强度。

高压水激振射流铸件清砂靠的是带有微微振动的高压水射流的冲刷，楔劈及切割作用进行的。经过高压泵产生的高压水流，经过喷杆，由喷咀喷出，形成一股能量高度集中的高速水流，同时喷咀随喷杆产生高频激振，形成高压水激振射流。当砂型及砂芯强度较低时，射流依靠其冲击压强大面积地将砂型及砂芯破碎剥落。当砂型及砂芯强度较高时，射流像一把利斧一样，将砂型劈裂开来，由于喷咀产生的高频微振，使定向射流变成一把飞午的“射流斧”，在靶物表面迅速移动。从而使射流作用在物体表面的连续稳定载荷变成不连续冲击载荷，使射流的冲击压强频率增加，改变了射流对靶物表面的施载特性，使“水垫”效应消失。高频微振又使射流如同一把钢锯，将砂型及砂芯高速往复锯裂开来，加上劈楔作用，砂型上已经形成的条条沟槽遂被迅速挤压帐裂。同时落砂被水流带走，完成清砂作业。

高压水激振射流铸件清砂机是为铸件适应高压水激振射流清砂要求而专门设计的装置，这套装置是由高压水激振射流喷射器，全方位偏摆机构，水平伸缩机构，垂直升降机构，电液控制柜组成。高压水激振射流器是由喷咀，摆杆轴，连杆，偏心轴，油马达，本体组件组成。当进水接头通入高压水时，在喷咀出口则产生一股能量高度集中的高速水流，这股高速水流就是普通的连续高压水射流。与此同时，油马达在电液控制柜的控制下，带动偏心轴旋转，偏心轴带动连杆，使与连杆连接的摆杆轴做上、下高速摆动，从而带动喷咀产生垂直，水平或任一方向的高速切换激振，由此形成高速切换激振射流。更换不同偏心距的偏心轴，可以改变喷咀的激振振幅，调节油马达的供油量，转速，可改变喷咀切换激振频率。全方位偏摆机构，水平伸缩机构，垂直升降机构和电液控制柜的主要功能是保证高压水激振射流器相对于固定座标具有必要的四个自由度的运动能力，满足高压水激振射流铸件清砂的基本使用要求。如：选定射流冲击位置，调整射流的靶距，适应不同的射流冲击方向等。垂直升降和水平伸缩两个移动自由度的运动是按直角座标系进行组合，采用长方形断面的内、外套筒作为导向装置，在内套筒内按装双作用式的工程液压油缸，采用软管供油。为保证以上两个自由度能可靠的停留在确定的运动位置，不因外负荷大小而改变座标位置，在油缸供、回路上均设置了锁闭装置。在垂直升降机构的液控回路上装有一个平衡阀，确保在自重的条件下无明显下落。在水平伸缩机构的液控回路上装有双向液压锁。俯仰和水平两个转动自由度是将上、下俯仰运动与左、右侧偏运动借十字联接的内外联接圈综合在一起，形成一个类似球铰特性的双关节式回转机构组合而成。绕每一个关节的转动是由两个反接的小油缸並联在一起同步操纵的。当两个通道的四个油缸同时动作或两两顺序工作时，即能向所需方向作适当的回转运动。为了保证运动位置的稳定，不受外负荷的影响在两个转动通道的液控回路上加设双向液压锁的锁闭装置。为适应高压水射流摆振喷射的功能要求，本装置设有一个摆振控制通道，与油马达相通，在通道上加设调速阀以保证摆振频率能在一定范围内调整，並提高该通道的工作稳定性能。电液控制柜内设有五个运动通道的液压控制阀，油箱，油泵和电机。各运动组件均由压力油直接驱动，工作压力由五路控制阀上的调压阀调节。压力油经手动五路控制阀分别到各个分通道。在O位时，多路控制阀的内油路处于卸荷回流状态，此时液压油不经过有关节流装置而直接回油箱。本高压水激振射流铸件清砂机的高压水密封结构为O形圈和密封环重叠装配在密封沟槽内，密封环在O形圈的作用下受到预压缩，随着密封面介质压力的提高，O形圈进一步的压缩，使得密封表面上的压力永远大于介质的压力，以此达到密封的目的。密封内圈和外环采用高分子材料，高分子材料加填充剂或高分子材料加编织物制成。被清铸件用大型吊运装置安放在回转承送车上，回转承送车可以水平自动回转360°。当高压水激振射流铸件清砂机开始清砂时，高压泵将水箱中的常压水抽出，并加压，通过电液控制柜压入高压水激振射流喷射器，最后由喷咀喷出并以高速度射向铸件，由于垂直升降机构的上、下运动，水平伸缩机构的前后运动及全方位偏摆机构的多方位复合运动，加之回转承送车的大回转，使喷射装置对准铸件的任一角度，任一位置进行高效清砂，将砂型及砂芯破碎剥落，流入砂浆池中。

高压水激振射流是在积累了大量的普通高压水连续射流切割破碎固体材料的参数基础上遂步认识高压水射流的破碎规律后，形成的高压水射流新类型。无论在理论上，还是在实践中都表明在等能量条件下，高压水激振射流与普通连续射流相比，可提高破碎效率40-60%。本发明把高压水激振射流技术应用到铸件清砂中，改变了水射流的运动形式，减少了普通连续射流冲击靶物时的停滞载荷和水阻损失，充分地利用了射流能量。相应的机械化和自动化的设备实现了自由调节靶距，灵活跟踪靶物，从而提高了水射流的落砂效率，改善了工人的工作环境，减轻了工人的劳动强度。

图1    高压水激振射流器平面示意图    其中：

1    喷咀    2    连接螺套    3    连接管

4    稳流器    10    摆杆轴    13    连杆

17    偏心轴    24    摆杆轴连接座    25    滚针轴承座

图2    高压水激振射流器组装示意图    其中：

5    进水接头    6    O形密封圈    7    密封环

8    透盖    9    轴承    10    摆杆轴

11    滚针轴承    12    定位销    13    连杆

14    闷盖    15    键    16    轴承

17    偏心轴    18    外壳    19    轴承

20    闷盖    21    透盖    22    油马达

23    本体组件

图3    高压水激振射流铸件清砂机总装示意图    其中：

26    高压水激振射流器    27    全方位偏摆机构

28    水平伸缩机构    29    垂直升降机构

30    电液控制柜

图4    电液控制原理示意图    其中：

31    俯仰、侧偏油缸    32    水平伸缩油缸

33    垂直升降油缸    34    摆振通道

35    手动五路液压控制阀    36    液压油箱

37电机和油泵    39    销闭装置

40    调速阀    41    平衡阀

图5    高压水激振射流铸件清砂设备示意图    其中：

42    水箱    43    高压水泵    44    高压

水激振射流铸件清砂机    45    承送车

46    砂浆池    47    铸件

实施例    1

喷咀1由旋在连接管3一头的连接螺套2固定在连接管3上，连接管的另一头旋在摆杆轴连接座24上，内置一稳流器4。摆杆轴连接座直接焊接在摆杆轴10上，摆杆轴10上另焊有一个滚针轴承座25，连杆13通过置于滚针轴承座内的滚针轴承11和定位销12，与摆杆轴连接。摆杆轴10，由固定在上、下外壳18上的闷盖14，透盖8和轴承9固定位置。连杆13的另一端通过轴承16与偏心轴17连接。偏心轴17通过固定在上、下外壳18上的闷盖20，透盖21，轴承19固定位置。上、下外壳18固定在本体组件23上。油马达22通过键15与偏心轴连接。由此组装成高压水激振射流器26。油马达22由摆振控制通道34与电液控制柜30的手动五路液压控制阀35相连，通道上设置一个调速阀40。高压水进水接头5设在摆杆轴10下方，在进水接头和摆杆轴之间由装在密封沟槽内的由聚四氟乙烯，聚四氟乙烯加填充剂或聚四氟乙烯加编织物制成的O形密封圈6和密封环7叠加在一起密封。高压水激振射流器26通过法兰由螺栓固定在全方位偏摆机构27上。全方位偏摆机构27是用内外圈十字联接形成一个球铰似的双关节回转机构，在回转机构内置四个两两反接並联在一起的俯仰、侧偏油缸31。在液压油供，回路上设置双向液压锁闭装置39。垂直升降机构29和水平伸缩机构28均采用长方形断面的内、外套筒作为导向装置，非主要承力面之间的配合间隙由加工工艺尺寸保证，主承力面的配合间隙由调整垫板修磨跑合保证，在内套筒中安装双作用式工程液压油缸32、33，其一端铰接固定在内套筒上，另一端铰接固定在外套筒上。水平伸缩油缸32悬臂端置一撑，其滑动面浮放在内套筒的下底面上。水平伸缩机构的外套筒中腹部与垂直升降机构内套筒的上端通过焊接式法兰盘用螺栓固联在一起。垂直升降机构外套筒下端通过焊接式法兰用螺栓与电液控制柜30固联。在外套筒上段另加一辅助支撑与电液控制柜中的上、中层框架相连。上述两油缸均采用软管供油。在垂直升降机构的供油路上设置锁闭装置39，在回路上装一平衡阀41。在水平伸缩机构的供、回油路上设置双向锁闭装置39。电液控制柜30为板与框架焊接成的整体钢结构。内框架将柜内腔分为三层。底层左、中方位安置电机与油泵。中层左、中方位安置液压油箱，上层为手动五路液压控制阀及其它液压控制元件的布置空间。

本机性能：

工作压力：180-350

流量：140-150

装机容量：55-90

激振频率：0-20

激振振幅：0-90

垂直升降行程：400-1000mm;最大升降速度100mm/S;

水平运动行程：500-800mm;最大水平速度150mm/s;

上、下俯仰角度：±30°;最大俯仰速度15°/s;

左右侧偏角度：±30°;最大侧偏速度15°/s;

复合偏转角度：360°，

实施例    2

用实施例1中的高压水激振射流铸件清砂机进行大型机床铸件清砂实验。将此清砂机的高压水激振射流器26的喷咀1换成锥形和直线内孔是用火花加工成的精细高效陶瓷喷咀。参与实验的机床床身型砂性能参数见表1。

当高压水泵43将水箱42中的常压水加压后输入高压水激振射流铸件清砂机44，通过精细高效陶瓷喷咀喷出，水射流以高速，激振射向安置在回转承送车45上的铸件47，由于垂直升降机构的上、下运动，水平伸缩机构的前后运动及全方位偏摆机构的多方位复合运动，加之回转承送车水平自动的360°大回转，使砂型和砂芯很快破碎剥落，流入砂浆池46中。整个清砂过程完毕。实验数据见表2。

Claims (10)

1、一种利用高压水射流清除铸件表面型砂和芯砂的方法，其特征在于高压水射流喷咀产生的水射流是高频微振的激振射流。

2、一种高压水激振射流铸件清砂的设备，其特征在于是由水箱42，高压水泵43，高压水激振射流铸件清砂机44，承送车45，砂浆池46组成;

3、根据权利要求2所述的高压水激振射流铸件清砂设备，其特征在于高压水激振射流铸件清砂机是由电液控制柜30，外套筒下端通过焊接式法兰用螺栓与电液控制柜固联的垂直升降机构29，外套筒中复部与垂直升降机构内套筒上端通过焊接式法兰用螺栓固联在一起的水平伸缩机构28，通过焊接式法兰用螺栓与水平伸缩机构固联在一起的全方位偏摆机构27，通过焊接式法兰用螺栓与全方位偏摆机构固联在一起的高压水激振射流器26组成;

4、根据权利要求2、3所述的高压水激振射流铸件清砂机，其特征在于高压水激振射流器26是：由螺套2旋在连接管3一头的喷咀1，由摆杆轴连接座25与连接管3相连接的摆杆轴10，由焊接在摆杆轴10上的滚针轴承座26内的滚针轴承11和定位销12与摆杆轴10相连的连杆13，连杆13的另一端通过轴承16相连接的偏心轴17，通过键15与偏心轴连接的由加有调速阀40的摆振控制通道34控制的油马达22，摆杆轴下方由O形密封圈6加密封环7密封的高压水进水接头5等部份组成;

5、根据权利要求3、4所述的高压水激振射流器，其特征在于喷咀为精细高效陶瓷;

6、根据权利要求3、4所述的高压水激振射流器，其特征在于进水接头5与摆杆轴10之间的密封结构采用的是密封环7和O形密封圈6重叠装配在密封沟槽里;

7、根据权利要求3、4、6所述的高压水激振射流器，其特征在于进水接头与摆杆轴之间的密封结构用的是聚四氟乙烯，聚四氟乙烯加填充剂或聚四氟乙烯加编织物制成;

8、根据权利要求2、3所述的高压水激振射流清砂机，其特征在于全方位偏摆机构27是用内外圈十字联接的双关节回转机构，内置四个油缸31，在液压供，回路上设置双向液压锁闭装置39;

9、根据权利要求2、3所述的高压水激振射流清砂机，其特征在于垂直升降机构29和水平伸缩机构28采用长方形断面内，外筒作为导向装置，在内套筒中装有液压油缸32、33。在供，回油路上设置液压锁闭装置39和平衡阀41;

10、根据权利要求2、3所述的高压水激振射流清砂机，其特征在于电液控制柜是由手动五路液压控制阀35，电机和油泵37，液压油箱36及其它液压控制元件组成。

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