CN104625029A - 一种铝或镁合金铸件砂芯清理装置及其砂芯清理方法 - Google Patents

Abstract

一种铝或镁合金铸件砂芯清理装置及其砂芯清理方法，属于砂芯清理装置及方法，解决现有薄壁复杂铝或镁合金铸件砂芯清理困难，清理周期长的问题，用于薄壁复杂铝或镁合金铸件砂芯的高效清理。本发明的装置包括铸件压紧组件和机械振动组件，还可以具有超声波清理组件。本发明的砂芯清理方法，包括浸泡步骤、振动步骤和超声波冲击步骤。本发明的装置结构简单、能耗低、易于控制；本发明综合了化学溶解，振动破碎和超声波空化清理的作用，铸件清理效果好，效率高，适用于薄壁复杂铝或镁合金铸件用砂芯的高效清理。

Description

一种铝或镁合金铸件砂芯清理装置及其砂芯清理方法

技术领域

本发明属于砂芯清理装置及方法，适用于铝或镁合金复杂薄壁铸件用砂芯的高效清理。

背景技术

随着航空航天、国防、汽车工业等产业的不断发展，铸件越来越向轻量化和精密化方向发展，镁铝合金薄壁铸件的需求越来越多。大多数镁铝合金薄壁铸件常常带有复杂内腔结构或细、弯、长的孔结构，而且砂芯往往是组合砂芯，导致铸件的铸后清理工作非常困难。

目前，常见的砂芯清理方法可分为湿法、干法两大类：湿法清理有水力清砂、水爆清砂、电液压清砂和化学清砂等；干法清理有气振除芯和抛丸清理等。

水力清砂是利用高压水泵输入的高压水，经喷枪的喷嘴形成高压射流，射向铸件表面的型砂和砂芯，进行清理。水力清砂需要配备专门动力装备和清砂室，占地面积广，电耗和水耗都比较大；此外铸件氧化皮、粘砂不能得到有效清除。

水爆清砂是将一定温度的铸件吊入水爆池中，进入热砂型和砂芯的水受热汽化，随着水的汽化和蒸汽继续地被加热，压力不断增加，发生爆震，砂型和砂芯“崩毁”，从铸件表面和内腔脱落出来，从而达到清砂的目的。水爆清砂虽然能有效的清理砂芯，但其工艺要求比较严格，如铸件的入水温度，不易掌握；此外铸件易产生裂纹和机械性能变化，影响铸件质量。

电液压清砂是利用高压脉冲发生器通过置于水中的特殊电极进行相间放电，产生大的液力冲击，利用铸件表面粘附物与铸件本身的弹性模数及振动频率不同达到清砂目的。其对形状复杂的铸件如深孔、盲孔、内腔有较为有效的清理效果。但电液压清砂存在高压充放电，设备费用昂贵。

化学清砂是利用化学反应清理砂芯的清砂工艺，单独的化学清理效率比较低，常常与高温和电解相结合来清理型芯。化学清砂虽然清理干净彻底，对工件无机械损伤，但会排放有毒有害物质，污染环境；清理效率比较低；与加热和电解相结合时还会提高设备投资和能耗。

气振除芯是用空气锤小能量高频率的击打铸件使砂芯和铸件分离的清砂方法。气振除芯噪音大、粉尘多，对砂芯的振碎效果差，生产效率低。

喷丸清理工艺是以压缩空气为动力，将弹丸以高速喷射到工件表面，清除粘砂或氧化皮，清理砂芯时钢丸无法有效地进入细长的型腔内，清理时间长，效果差，清理成本高。

上述各种砂芯清理方法及设备都存在各自的一些缺点，单独使用某一种方法来清理砂芯，会出现劳动强度大或清理时间长或生产效率低或设备成本高等问题。近年来，研究者开始研究复合砂芯清理方法，有效地将单一清理方法的优点相结合，来实现砂芯的高效清理。

公开号CN202779717U实用新型专利，提出了一种锤击和振动组合式落砂机构。落砂机可以将铸件进行360^o锤击落砂，并辅助于振动落砂，大大降低了人工成本，提高了清理效率。但该落砂机部件较多，结构复杂，清理铸件时噪声大，粉尘多。

公开号CN101623755A发明专利，提出了一种复杂铸件的内部清理的方法和系统，把弹丸引入铸件内部通道之中，然后使铸件振动和旋转，弹丸冲击所述内部通道的表面从而去除砂芯。使用该方法进行复杂铸件内部清理之前，必须进行预处理使砂芯破裂，增加了一定的成本；此外该设备包含旋转机构，振动机构，弹丸筛分机构和弹丸引入机构，结构比较复杂。

US6017398专利，提出了一种铝镁合金铸件细小管道的高效清理方法。该专利主要是利用超声波的高频振动作用激励铸件产生振动与砂芯分离，然后利用循环液体清洗内腔。该方法只能用来清理残留砂芯或切削产生的金属屑，使用该方法清理砂芯之前铸件需进行预处理去掉大部分的砂芯。

发明内容

本发明提供一种铝或镁合金铸件砂芯清理装置，同时提供其砂芯清理方法，解决现有薄壁复杂铝或镁合金铸件砂芯清理困难，清理周期长的问题，用于薄壁复杂铝或镁合金铸件砂芯的高效清理。

本发明所提供的一种铝或镁合金铸件砂芯清理装置，包括铸件压紧组件和机械振动组件，其特征在于：

所述铸件压紧组件包括底座、左前支柱、左后支柱、右前支柱、右后支柱、左横梁、右横梁、前导轨、后导轨、左滑块、右滑块；

所述左前支柱、左后支柱、右前支柱、右后支柱分别垂直固定于底座的四角，所述左前支柱和左后支柱的上端之间通过左连接杆连接，所述右前支柱和右后支柱的上端之间通过右连接杆连接；

所述左横梁的前后两端分别通过导柱与所述左前支柱、左后支柱的顶端滑动配合，左横梁与所述左连接杆之间装设有左驱动机构，用于驱动左横梁上下移动；

所述右横梁的前后两端分别通过导柱与所述右前支柱、右后支柱的顶端滑动配合；右横梁与所述右连接杆之间装设有右驱动机构，用于驱动右横梁上下移动；

所述前导轨的左右两端分别固连于所述左横梁及右横梁的前端顶部，所述后导轨的左右两端分别固连于所述左横梁及右横梁的后端顶部；

所述左滑块为矩形长条，其前后两端分别与所述前导轨、后导轨滑动连接；所述右滑块形状和左滑块相同，位于左滑块右侧并与左滑块平行，右滑块前后两端分别与所述前导轨、后导轨滑动连接；左滑块的前后两端和右滑块的前后两端均设有紧固螺钉以实现与前导轨、后导轨的锁紧；

所述左滑块和右滑块中部各自分别装设有缓冲部件，所述缓冲部件由压杆、压紧弹簧、紧固螺母构成，压杆为台阶轴，压杆上部套有压紧弹簧，压杆上端穿过左滑块或右滑块中部的通孔，再通过紧固螺母限位；

所述机械振动组件包括清洗槽、多个振动弹簧、左振动电机和右振动电机；所述清洗槽的横截面为矩形，位于所述左前支柱、左后支柱、右前支柱、右后支柱之间，清洗槽的底面通过多个振动弹簧安装于底座上，清洗槽的左右外壁分别固定有左振动电机和右振动电机。

所述的铝或镁合金铸件砂芯清理装置，其特征在于：

其具有超声波清理组件，所述超声波清理组件包括超声波发生器、超声波聚能器、移动小车和调整架，调整架由立柱和悬臂梁构成，所述立柱垂直固定于移动小车上，所述悬臂梁处于水平状态与所述立柱垂直滑动连接，并能够通过锁紧机构固定在立柱上；

所述超声波发生器放置于移动小车上，所述超声波聚能器悬挂在所述悬臂梁上，两者通过电缆连接。

本发明所提供的铝或镁合金铸件砂芯清理方法，包括下述步骤：

(1)浸泡步骤：将待清理的铝或镁合金铸件从砂芯清理装置上部吊入清洗槽，将所述缓冲部件压杆的底端与铸件接触，压紧铸件；再注入清洗液直至浸没整个砂芯，浸泡5分钟～60分钟；对砂芯起到化学溶解作用；

(2)振动步骤：启动左、右振动电机，带动清洗槽和铸件产生振动，振动电机的激振力为1800N～3000N，振动10分钟～40分钟，软化溶解、破碎的砂芯从铸件内腔排出；对砂芯起到振动打击破坏作用；

(3)超声波冲击步骤：将超声波聚能器插入清洗液中，靠近铸件砂芯部位，超声波功率为1000～2000W，超声清理时间为10分钟～40分钟，清理铸件内部难以清理的砂芯；对砂芯起到超声波冲击清理作用；

上述各步骤综合作用，时间越长、被清出的芯砂越多，直至砂芯清理干净后，将铸件吊离清洗槽。

为了将待清理的铝或镁合金铸件吊入清洗槽，应启动左、右驱动机构工作，在左、右驱动机构的驱动作用下左、右横梁上升，直至压杆的底端脱离清洗槽槽口一定高度，松动左、右滑块两端的紧固螺钉，然后分别将左、右滑块移动至前后导轨的左右两端，在砂芯清理装置上部形成一个空位，便于铸件的吊入和吊离；

在步骤(1)中，还需移动左、右滑块至前、后导轨的中部，锁紧紧固螺钉，然后在左、右驱动机构的作用下左、右横梁下行，直至压杆的底端与铸件接触，压紧铸件；注入清洗液后，在清洗液的作用下砂芯软化甚至部分溶解；

在步骤(2)中，清洗槽产生上下小幅单自由度振动，铸件也随着产生振动，在振动作用下铸件及砂芯与压杆和清洗槽发生撞击，砂芯进一步分裂破碎，软化溶解、破碎的砂芯从铸件内腔排出，大部分的砂芯在振动作用下能够得到有效清理；

在步骤(3)中，对于复杂内腔结构砂芯的不易清理部位，再采用聚能式超声波进行清理：在左、右驱动机构的驱动作用下左、右横梁上升，直至压杆的底端脱离清洗槽槽口一定高度，松动左、右滑块两端的紧固螺钉，然后将左、右滑块移动至前、后导轨的左右两端，将超声波聚能器插入清洗液中，超声波通过铸件壁传入内腔的清洗液中产生强有力的空化作用，能够有效的清理铸件内部难以清理的砂芯；

上述步骤可同时进行、作用强度可调控，时间越长、被清出的芯砂越多，直至砂芯清理干净后，将铸件吊离清洗槽。

清洗液的成分需根据砂芯种类选择、可以是水或者碱溶液。

振动力的大小和超声波功率的大小都可以根据铸件大小进行调整。

本发明的装置结构简单、能耗低、易于控制；采用本发明可以将化学溶解、振动打击和超声波冲击清理方式有机结合起来，有相互叠加之效果，利用了溶解、振动破碎和超声波空化清理的综合作用，铸件清理效果好，效率高，适用于薄壁复杂铝或镁合金铸件用砂芯的高效清理。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为图1中铸件压紧组件和机械振动组件的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为图1中铸件压紧组件和机械振动组件的右视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的装置包括铸件压紧组件、机械振动组件以及超声波清理组件；

所述铸件压紧组件包括底座110、左前支柱121、左后支柱122、右前支柱123、右后支柱124、左横梁131、右横梁132、前导轨141、后导轨142、左滑块151、右滑块152；

所述左前支柱121、左后支柱122、右前支柱123、右后支柱124分别垂直固定于底座110的四角，所述左前支柱121和左后支柱122的上端之间通过左连接杆125连接，所述右前支柱123和右后支柱124的上端之间通过右连接杆126连接；

所述左横梁131的前后两端分别通过导柱132与所述左前支柱121、左后支柱122的顶端滑动配合，左横梁131与所述左连接杆125之间装设有左驱动机构127，用于驱动左横梁131上下移动；

所述右横梁132的前后两端分别通过导柱132与所述右前支柱123、右后支柱124的顶端滑动配合；右横梁132与所述右连接杆126之间装设有右驱动机构128，用于驱动右横梁132上下移动；

所述前导轨141的左右两端分别固连于所述左横梁131及右横梁132的前端顶部，所述后导轨142的左右两端分别固连于所述左横梁131及右横梁132的后端顶部；

所述左滑块151为矩形长条，其前后两端分别与所述前导轨141、后导轨142滑动连接；所述右滑块152形状和左滑块151相同，位于左滑块151右侧并与左滑块151平行，右滑块152前后两端分别与所述前导轨141、后导轨142滑动连接；左滑块151的前后两端和右滑块152的前后两端均设有紧固螺钉153以实现与前导轨141、后导轨142的锁紧；

所述左滑块151和右滑块152中部各自分别装设有缓冲部件，所述缓冲部件由压杆161、压紧弹簧162、紧固螺母163构成，压杆161为台阶轴，压杆161上部套有压紧弹簧162，压杆161上端穿过左滑块151或右滑块152中部的通孔，再通过紧固螺母163限位；

所述机械振动组件包括清洗槽210、多个振动弹簧220、左振动电机231和右振动电机232；所述清洗槽220的横截面为矩形，位于所述左前支柱121、左后支柱122、右前支柱123、右后支柱124之间，清洗槽210的底面通过多个振动弹簧220安装于底座110上，清洗槽210的左右外壁分别固定有左振动电机231和右振动电机232。

所述超声波清理组件包括超声波发生器310、超声波聚能器320、移动小车330和调整架，调整架由立柱341和悬臂梁342构成，所述立柱341垂直固定于移动小车330上，所述悬臂梁342处于水平状态与所述立柱341垂直滑动连接，并能够通过锁紧机构固定在立柱341上；

所述超声波发生器310放置于移动小车330上，所述超声波聚能器320悬挂在所述悬臂梁342上，两者通过电缆连接。

本发明的砂芯清理方法，包括下述实施例：

实施例1：用于水溶性砂芯的清理，包括如下步骤：

(1)浸泡步骤：将待清理的铝合金铸件从砂芯清理装置上部吊入清洗槽，将所述缓冲部件压杆的底端与铸件接触，压紧铸件；再注入清水直至浸没整个砂芯，浸泡30分钟；

(2)振动步骤：启动左、右振动电机，带动清洗槽和铸件产生振动，振动电机的激振力为1800N，振动20分钟，软化溶解、破碎的砂芯从铸件内腔排出；

(3)超声波冲击步骤：将超声波聚能器插入清洗液中，靠近铸件砂芯部位，超声波功率为2000W，超声清理时间为10分钟，清理铸件内部难以清理的砂芯；

上述各步骤综合作用，时间越长、强度越大，直至砂芯清理干净后，将铸件吊离清洗槽。

实施例2：用于水溶性砂芯的清理。

和实施例1的区别在于：步骤(2)中振动电机的激振力调为3000N，振动10分钟；步骤(3)中超声波的功率为1000W，清理时间为40分钟。

实施例3：用于树脂砂芯的清理。

和实施例1的区别在于：步骤(1)中铸件为镁合金铸件，清洗液为1％浓度的NaOH碱溶液，浸泡60分钟；步骤(3)中超声波的功率为1000W，清理时间为20分钟。

实施例4：用于树脂砂芯的清理。

和实施例3的区别在于：步骤(1)中清洗液为2％浓度的KOH碱溶液，浸泡5分钟；步骤(2)中振动电机的激振力调为2400N，振动40分钟；步骤(3)中超声波的功率为1500W，清理时间为10分钟。

实施例5：用于覆膜砂砂芯的清理。

和实施例3的区别在于：步骤(1)中清洗液为3％浓度的NaOH碱溶液，浸泡15分钟；步骤(2)中振动电机的激振力调为3000N，振动40分钟；步骤(3)中超声波的功率为2000W，清理时间为15分钟。

实施例6：用于覆膜砂砂芯的清理。

和实施例5的区别在于：步骤(1)中清洗液为5％浓度的KOH碱溶液，浸泡5分钟；步骤(2)中振动电机的激振力调为1800N，振动30分钟；步骤(3)中超声波的功率为1500W，清理时间为20分钟。

以上6个实施例，采用本发明的砂芯清理方法和设备后，砂芯都得到了良好的清理，铸件无损伤，内腔无粘砂，并且砂芯的清理时间大大的缩短，提高了砂芯的清理效率。

Claims (4)

1.一种铝或镁合金铸件砂芯清理装置，包括铸件压紧组件和机械振动组件，其特征在于：

所述铸件压紧组件包括底座(110)、左前支柱(121)、左后支柱(122)、右前支柱(123)、右后支柱(124)、左横梁(131)、右横梁(132)、前导轨(141)、后导轨(142)、左滑块(151)、右滑块(152)；

所述左前支柱(121)、左后支柱(122)、右前支柱(123)、右后支柱(124)分别垂直固定于底座(110)的四角，所述左前支柱(121)和左后支柱(122)的上端之间通过左连接杆(125)连接，所述右前支柱(123)和右后支柱(124)的上端之间通过右连接杆(126)连接；

所述左横梁(131)的前后两端分别通过导柱(132)与所述左前支柱(121)、左后支柱(122)的顶端滑动配合，左横梁(131)与所述左连接杆(125)之间装设有左驱动机构(127)，用于驱动左横梁(131)上下移动；

所述右横梁(132)的前后两端分别通过导柱(132)与所述右前支柱(123)、右后支柱(124)的顶端滑动配合；右横梁(132)与所述右连接杆(126)之间装设有右驱动机构(128)，用于驱动右横梁(132)上下移动；

所述前导轨(141)的左右两端分别固连于所述左横梁(131)及右横梁(132)的前端顶部，所述后导轨(142)的左右两端分别固连于所述左横梁(131)及右横梁(132)的后端顶部；

所述左滑块(151)为矩形长条，其前后两端分别与所述前导轨(141)、后导轨(142)滑动连接；所述右滑块(152)形状和左滑块(151)相同，位于左滑块(151)右侧并与左滑块(151)平行，右滑块(152)前后两端分别与所述前导轨(141)、后导轨(142)滑动连接；左滑块(151)的前后两端和右滑块(152)的前后两端均设有紧固螺钉(153)以实现与前导轨(141)、后导轨(142)的锁紧；

所述左滑块(151)和右滑块(152)中部各自分别装设有缓冲部件，所述缓冲部件由压杆(161)、压紧弹簧(162)、紧固螺母(163)构成，压杆(161)为台阶轴，压杆(161)上部套有压紧弹簧(162)，压杆(161)上端穿过左滑块(151)或右滑块(152)中部的通孔，再通过紧固螺母(163)限位；

所述机械振动组件包括清洗槽(210)、多个振动弹簧(220)、左振动电机(231)和右振动电机(232)；所述清洗槽(220)的横截面为矩形，位于所述左前支柱(121)、左后支柱(122)、右前支柱(123)、右后支柱(124)之间，清洗槽(210)的底面通过多个振动弹簧(220)安装于底座(110)上，清洗槽(210)的左右外壁分别固定有左振动电机(231)和右振动电机(232)。

2.如权利要求1所述的铝或镁合金铸件砂芯清理装置，其特征在于：

其具有超声波清理组件，所述超声波清理组件包括超声波发生器(310)、超声波聚能器(320)、移动小车(330)和调整架，调整架由立柱(341)和悬臂梁(342)构成，所述立柱(341)垂直固定于移动小车(330)上，所述悬臂梁(342)处于水平状态与所述立柱(341)垂直滑动连接，并能够通过锁紧机构固定在立柱(341)上；

所述超声波发生器(310)放置于移动小车(330)上，所述超声波聚能器(320)悬挂在所述悬臂梁(342)上，两者通过电缆连接。

3.利用权利要求2所述铝或镁合金铸件砂芯清理装置进行砂芯清理的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)浸泡步骤：将待清理的铝或镁合金铸件从砂芯清理装置上部吊入清洗槽，将所述缓冲部件压杆的底端与铸件接触，压紧铸件；再注入清洗液直至浸没整个砂芯，浸泡5分钟～60分钟；

(2)振动步骤：启动左、右振动电机，带动清洗槽和铸件产生振动，振动电机的激振力为1800N～3000N，振动10分钟～40分钟，软化溶解、破碎的砂芯从铸件内腔排出；

(3)超声波冲击步骤：将超声波聚能器插入清洗液中，靠近铸件砂芯部位，超声波功率为1000～2000W，超声清理时间为10分钟～40分钟，清理铸件内部难以清理的砂芯；

上述各步骤中，时间越长、强度越大，被清出的芯砂越多，直至砂芯清理干净后，将铸件吊离清洗槽。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述清洗液为水或者碱溶液。