連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備的製作方法

2023-11-07 04:10:17

專利名稱：連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於在對金屬進行精煉的同時，完成產品整體熔鑄成型的設備，特別涉及一種連續作業的曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備。
在各種軸類件中，曲軸是一種外形複雜、機械性能要求高的零件。目前，工業生產廣泛採用著球墨鑄鐵鑄造成型或鋼材的全纖維模鍛成型方法製造各種曲軸毛坯。鑄、鍛技術設備投資大，材料、能源消耗多，環境汙染重，且產品的先天隱患難以消除。近年來，出現了電渣熔鑄曲軸一步整體成型方法及設備，例如，使用中國專利「86108925改進的一次成型曲軸電渣熔鑄設備」已能生產出內在質量不低於模鍛曲軸的電渣熔鑄曲軸毛坯。明顯地克服了鑄、鍛產品易出現的缺陷。現有技術設備由模架支柱、模體、送料機構、自耗電極、底電極、水冷主結晶器組成，利用水冷主結晶器與模體的旋轉，滑移，在逐步形成形腔形狀的同時，連續熔鑄，同時不斷改變形腔形狀，達到複合變形成型，當水冷主結晶器與模體的旋轉、滑移改變形腔形狀完畢，曲軸毛坯一次整體成型完成。但是，現有技術設備靠人工、憑經驗操作滑動模塊使曲拐成型時，不能保障安全，易出事故；產品毛坯周邊熔渣結殼不均，造成尺寸離散性大，不能直接與後道機加工接軌；單體間作式生產效率低，材料、能源、工時浪費大，多臺設備進行大批量生產時，模具費投資大。錘鑿槓撬式開模不但毀模，而且文明程度差。
本發明的目的在於克服現有技術設備的不足，解決現有設備安全性差、效率低、產品尺寸離散性大的問題，採用定量控制生產過程中的電、渣、水、模四大參量，獲得可再現的結晶溫度場，準確判定界面坐標和曲拐成型時機，以達到連續熔鑄作業，產品尺寸近淨成型，保障生產安全，提高效率和產品一致性。
本發明的目的可以通過以下技術方案實現，一種連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，包括(1)主體結構系統，(2)供料系統，(3)電源系統，(4)模具及運行系統，(5)取運工件系統，(6)循環冷卻水系統，(7)控制系統，其具體結構構造是
(1)主體結構由環臺型機座、升降臺、上轉臺、下轉臺和四立柱支承架組成，機座為環臺形空心板式結構，周邊對應各模具單元設透明排水箱，機座上設2-4個液壓升降立柱，液壓升降立柱頂設升降臺，升降臺下方設上轉臺，機座的上表面是板式環形基臺，環形基臺下面對中設置下轉臺，下轉臺下面設置四立柱支承架。
(2)供料系統，由自耗電極送接機構、自耗電極自動進給機構及與其同步運行的恆溫自動過程補渣機構組成，自耗電極送接機構設置在自耗電極自動進給機構的上方和側邊，自耗電極自動進給機構設置在升降臺上居中位置，兩個恆溫自動過程補渣機構懸掛設置在上轉臺下方。
(3)電源系統，由上電極、自動交替工作的雙底電極、電源變壓器組成，上電極絕緣懸掛設置在自耗電極自動進給機構下方，在四立柱支承架的其中兩根立柱上各設一個底電極，每個底電極設有按程序自動升降，伸出、加緊，鬆開、退回的機構。
(4)模具及運行系統，由積木式模具系統及保證模具系統中各模具單元進行三維空間程序運動的各執行機構，包括主體結構的機座、升降臺、上轉臺、下轉臺、雙臂下垂式機械手及開模機，上轉臺下設與其固定懸掛連接的雙臂下垂式機械手，基臺的環面上依序停放等待工作的各模具單元，下轉臺上固連開模機，開模機上對稱設置每邊兩個液壓開模頭，開模頭上支承、定位處於工作狀態的各層模具，在開模機的內側與開模頭呈90°布局，設兩個小型自動進退的砂輪機構，用於在底電極交替前在下轉臺的驅動下，對工件上底電極夾持區域清除渣殼及磨削整形工作。
(5)取運工件系統，由切割槍、取工件機械手、工件輸送機組成，在開模機下面的四立柱支承架外側設取工件機械手，在每個底電極下面設氣割槍，氣割槍與底電極之間有帶水冷腔的底電極鉗形支架、隔離保護，在四立柱支架的底部設錐形漏鬥與傳送帶組成收運渣殼裝置。
(6)循環冷卻水系統，由變頻調速恆壓可調供水裝置、軟管網、接頭、透明排水箱、電控閥、各信號傳感器及顯示儀表與各模具單元中的結晶器連通後組成，透明排水箱設置在立柱結構的機座內。
(7)控制系統，採用現有技術，由總控制臺(包括小型計算機工作站，電源配電櫃，驅動循環冷卻水的變頻調速控制櫃，驅動各執行機構的輸出信號控制櫃，攝像機監視器，列印記錄裝置，自動、手動轉換開關，供手動操作時觀察各參變量如電壓、電流、功率、流量、壓力、溫度、進給速度、進給量、熔化速度、熔化量、補渣速度、補渣量的數字儀表)、計算機輸出輸入接口、監測各參變量的信號傳感器及各線路配套件組成。
如上所述的自耗電極自動進給機構為彈簧滾輪壓緊傳動形式，它由裝主動輪組的機架與裝從動輪組的壓架及壓緊彈簧、螺杆、配套標準件組成滾輪機構，用於夾持住自耗電極；在機架上設豎直Z向電機及無極調速驅動裝置，驅動滾輪機構夾持自耗電極給進或退出運動；在Z向電機的輸出軸上設轉速傳感器，在機架下方依次設水平X向、Y向調整底座，在調整底座上分別設X、Y微調電機及無極調速驅動裝置，在各微調電機主軸上設轉速傳感器；在調整底座與升降臺之間設有壓力傳感器支承，進行動態監測，計量自耗電極的熔化速度及熔化量。
在自耗電極自動進給機構的下方設與機體絕緣懸掛連接的上電極，自耗電極通過與上電極的可靠接觸式滑動配合後，插入模具系統成形腔的熔化渣池中，在恆溫自動過程補渣機構的配合下，使其熔化端與金屬熔池的表面保持程序規定的距離hR(t)，從而建立正常的電渣熔鑄生產過程；自耗電極靠X、Y向調整機構根據熔鑄過程的需要，調整溫度場中心位置的平面坐標，同時確保防止自耗電極與成形腔壁面接觸短路的安全距離；X、Y、Z向的速度、距離、壓力傳感器信號線路與計算機接口連接，計算機處理後的各放大指令信號通過輸出接口傳給各伺服驅動機構。
設置在自耗電極自動進給機構上方和側邊的自耗電極送接機構由送料電梯、升降柱、旋轉機構和上下雙轉臂續接機構組成，上臂上設電動三爪夾頭定力矩擰緊和鬆開機構，下臂上設液壓鉗；在需要續接自耗電極時，雙轉臂從電梯上將待續接自耗電極夾住、提升、旋轉到與進給中的自耗電極同軸位置後，下臂上的液壓鉗鬆開，致使待接電極在鉗中可以自由旋轉滑動的導向扶持狀態，這時三爪夾頭夾持待接電極隨升降柱下降插入裝在自動進給機構上面的導向錐筒中；完成對心後，電動三爪夾頭持續接的自耗電極與進給中的自耗電極同步下降的同時，擰緊螺紋接頭，完成續接動作，隨之鬆開機構打開三爪夾頭、雙轉臂歸位待命。
恆溫自動過程補渣機構由溫控貯渣箱、螺旋加渣機組成，溫控貯渣箱與上轉臺之間由壓力傳感器支承，螺旋加渣機導流管嘴靠近自耗電極對準模具系統成型腔頂口，對稱設置的兩個補渣機構隨上轉臺往復定角轉動使過程補渣均勻注入。壓力傳感器及螺旋加渣機的控制電路與計算機接口連接。
積木式模具系統可分為兩種組合形式一種組合形式是由一組底層模具、一組頂層模具、三層相同形腔、帶有滑動模塊液壓曲拐成型機構的模具組成；另一種組合形式是由一組底層模具、一組頂層模具、三組帶有層間相對位移機構的模具組成。每層模具為一組，每組由兩個模具單元對開組成，每個模具單元由外模與結晶器及輔件組成，每個模具單元中的結晶器可設一個或幾個，用幾個結晶器積木式組合成一個模具單元時，可按溫度場的區劃對應設置。
在連作式生產過程中，模具系統中的每個模具單元的三維空間程控運動是靠模具運行系統(機座、升降臺、雙臂下垂式機械手及開模機)在計算機的控制下，協同動作實現自下而上地依序開模、等待、提升、旋轉、合模、對位、安放、下降程控運動。
第一種模具組合方式曲拐部位的成形靠每組模具上自身配置的滑動模塊及小型液壓機構實現。
第二種模具組合方式曲拐部位的成形靠設在各組模具中的層間相對位移機構完成。
為了準確判定曲軸曲拐部位成形時機，設置了由計算機與自動進給機構、恆溫自動過程補渣機構的轉速、壓力傳感器構成的自動監測顯示裝置，用於金屬溶池液面動態坐標Z(t)的判定和顯示。同時，為了精確判定關鍵「界面」(界面指熔化渣池與金屬熔池的交界面)，各曲拐的下沿坐標Zn(n＝1、2…n)，又單獨在各主結晶器壁面的方便處設判定、顯示Zn的電壓或電流歸「0」裝置。該裝置由插入結晶器成形腔並與結晶器絕緣的導電探頭、設在總控制臺上的電流或電壓表、計算機和底電極連接構成。當Z(t)＝Zn(n＝1、2、…n)時，電流或電壓短路歸「0」，計算機控制各曲拐成形機構準時、正確動作，雙保險地實現各曲拐的安全成形。
在支承開模機的下轉臺下面設四立柱支承架，架頂為支承下轉臺的支承環，支承環與下轉臺之間用錐形軸承連接配合，驅動開模機轉動的電機及無極變速傳動機構安裝在四立柱支承架的外側；在四立柱支承架的單邊兩個立柱上各設兩條直線滾動付，兩個交替工作的底電極分別通過滾動付安裝在各自的立柱上，在底電極升降底座上設絲槓螺孔，底電極升降絲槓穿過螺孔後其頂端鉸接在支承環下面，下端安裝驅動齒輪，驅動齒輪通過無極調速機構與安裝在基礎上的驅動電機連接，在各電機軸上安裝速度傳感器、信號線路及放大指令線路通過接口與計算機連接。在底電極升降底座上固定連接液壓驅動四連杆機構，四連杆機構的另一端設底電極支架板，在底電極支架板上端設鉗式水冷底電極支座，其鉗臂有空心水冷腔，通過循環冷卻水對其進行強制冷卻，在鉗式水冷底電極支座上塗附絕緣塗層，兩瓣底電極通過絕緣塗層的隔離、固定連接在鉗式水冷底電極支座上，構成間接水冷式底電極，底電極通過軟網、紫銅排與電源變壓器的輸出端接通。
循環冷卻水系統的特徵是水源為變頻調速恆壓可調供水裝置，其供水總管上設流量計、溫度傳感器、壓力傳感器。供水總管分兩路其中一路負責給壓力貯水罐供水，使其保持常備壓力水量，專為出現異常停電時保護模具之用，因此，壓力貯水罐上設壓力傳感器、液位計，壓力貯水罐出口管通過安裝在總控臺上的手動球閥與模具系統的供水管路連通；另一路分為多個支路(支路數≥模具系統中結晶器、滑動模塊或位移層及底電極支座水冷腔的個數)，每個支路上設流量、壓力傳感器，並通過電控閥門、軟管、接頭與各水冷腔的進口連通，各水冷腔的出水口通過軟管、接頭與對應的透明排水箱入口連通，在透明排水箱的入口內設監測出水溫度的測溫傳感器，在透明排水箱側壁上標有水位刻度，便於肉眼觀測排水工況，透明排水箱的出口與排水總管連通。排水總管導入總貯水池，總貯水池設防塵、散熱、過濾裝置。在各水冷腔主工作面的特徵區(高溫區)設溫度傳感器。在各主結晶器密封堵蓋上開設密封透明觀察窗、裝安全氣門。各流量、壓力、溫度、液位信號傳感器及各電控閥門的執行迴路通過接口與計算機連通，組成實施「按需分配，定量供給」水制度的循環冷卻水系統。
本發明的生產運行方法是(1)準備階段自耗電極送接機構、自動進給機構聯動裝定自耗電極至開機前狀態；恆溫自動過程補渣機構的溫控系統啟動，將渣系預熱到設定溫度；雙臂下垂式機械手將初始工作的三層模具安放在初始位置的開模機上；底電極夾持好初始引弧棒上升與底模成形腔底孔對中接觸配合(與底電極上端面配合裝有耐熱阻燃絕緣薄板，其外圓直徑大於底模成形腔的底孔直徑)；初始熔渣裝置適時啟動準備熔化渣液。
(2)連作式生產階段循環冷卻水系統啟動，對開模機上各模層以「按需分配，定量供給」的水制度分別供給冷卻水，隨之初始熔渣裝置將備好的渣液定量注入模具成型腔，並及時啟動電源系統，穩步建立起電渣過程；電渣過程建立時，各系統及相關輔助裝置進入程控工作狀態，首先由自動進給機構和恆溫自動過程補渣機構根據模具系統成形腔已知容積的變化率及與其相應的所需電功率變化率的要求，由計算機控制自耗電極的進給速度、進給量，過程補渣速度、補渣量，使過程補渣保證設定的最佳渣池深度H(t)範圍，使自耗電極浸入渣池的深度hQ(t)保持穩定的埋弧工作，使自耗電極熔化端與金屬溶池液面的距離hR(t)(決定渣阻熱源的關鍵值)實現定量控制下，可再現的最佳距離變化曲線，由此奠定連作式生產的基礎。當Z(t)＝Zn(n＝1、2、…n)曲拐成形時機出現時，計算機控制各模層上的液壓曲拐成形機構平穩啟動，安全、準確地完成各曲拐的成形。當Z(t)升入自下而上數第三層模腔時，雙臂下垂式機械手從機座上把第四層模具兩個模具單元夾住、提升、旋轉、對位、合模、安放在第三層模具的頂上後脫開，然後隨上轉臺轉至第二層模具單元後面的設定位置，雙臂下垂式機械手上的夾持工作頭及開鎖頂杆分別工作，由夾持工作頭負責夾持住第二層模具，並給以靜支撐力，開鎖頂杆負責頂開第一層模具兩個模具單元的鎖定裝置，頂開後開鎖頂杆自動退回。同時開模機將第一層模具的兩個模具單元打開，送到環形基臺上的等待工作位置。完成第一層開模工作後，開模機自動轉至下一個支撐位置，升降臺及底電極同步平穩下降，把下垂式機械手靜力支撐的工作中的各模層就位在開模機上，就位後雙臂下垂式機械手脫開，升降臺平穩上升到原高度，升降臺上升的過程中自耗電極自動進給機構的進給速度疊加升降臺的上升速度。在升降臺上升的過程中上轉臺帶動下垂式機械手轉至下一個搬模方位，升降臺歸位後，下垂式機械手按時將等待中的下一層兩個模具單元放到工作位置。以此類推，模具及運行系統按程控進行連作式生產運動。
雙底電極交替工作程序是當進入第二個產品生產周期開模機打開底層模具後，升降臺平穩下降的過程中，需在下降途中暫停在規定高度上。這時設在下轉臺內側的兩個小型砂輪機構伸出，在隨開模機轉動的過程中，把產品上將被交替的底電極夾持區域上的渣殼清除並輕磨整形，清理工作完成後，小型砂輪機構退回原位，開模機停在規定支撐位置，升降臺繼續下降把工作中的模層安放在開模機上。取工件機械手的上、下臂依次伸出，其下臂與底電極同步下降完成夾持工件動作，底電極交替工作完成，氣割槍切取工件，取工件機械手下降，旋轉將工件放在輸送機支架上。
本發明的優點是本技術設備採用模具系統的優化組合方式及自下而上依次脫模和各模具單元按程序三自由度運動方法，比現有技術設備節省模具費用30-50％，曲軸的拐數越多，產品的尺寸重量越大，節省的模具費用越多；本技術設備由於實施「按需分配，定量供給」的冷卻水制度，可節省能耗30％左右；本技術設備採用自耗電極的進給與過程補渣同步按程序自動運行，比現有技術用一人手動進給自耗電極，另一人手動補渣的方式，可準確控制渣池深度H(t)及自耗電極端頭至界面的距離hR(t)，排除人為因素對電渣過程的隨機幹擾，使電渣過程實現自動控制的定量狀態；本技術設備採用模具運行系統操作各模具單元自動進行三維空間運動，比現有技術設備用2-4人掄大錘砸開模具的現狀，實現文明生產，減輕勞動強度，延長模具壽命；本技術設備實現對電、渣、水、模四大參量的定量控制，使結晶溫度場具有再現性，從而可明顯提高產品的尺寸及內部組織的一致性；本技術設備與現有技術設備以生產一萬根6V汽車曲軸毛坯相比，原料可節省90噸，電力可節省27萬度，模具費可節省30-50％，勞動力可節省90％以上，生產效率可提高一倍。本技術設備與模鍛設備相比，建相同規模生產線(每三分鐘生產一根汽車曲軸毛坯的能力)設備投資可節省2/3，電力可節省30％左右，場地、廠房節省30％以上，勞動力可節省20％以上，產品的綜合性能和使用壽命可提高30％左右，勞動環境可實現高度文明。對於中、大馬力柴油發動機所需曲軸及軸類件產品(如坦克、自行火炮、戰車、內燃機車、重型載重車、礦山機械、艦艇及輪船等)採用本技術設備與現有鍛造技術設備相比，設備投資可節省2/3以上，能耗節省15％以上，材料及後道機械加工工時及設備損耗可節省25％以上，產品的機械性能及使用壽命可提高30％左右。本發明適用於各種曲軸及軸類件的連作、近淨成型毛坯。
以下結合附圖及實施例，對本發明作進一步描述

圖1是連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備的總體結構示意圖；圖2是自耗電極自動進給機構示意圖；圖3.是自耗電極送接機構示意圖；圖4.是恆溫自動過程補渣機構示意圖；圖5.是滑動模塊擠入式模具系統的組成示意圖6是圖5的B-B視7是層間相對位移式模具系統的組成示意圖；圖8是圖7的C-C視9是雙底電極機構示意圖；圖10是圖9的頂視局部剖視11是模具成型腔中滑塊式曲拐成型工作示意圖；圖12是取工件機械手示意圖；圖13是圖12的局部視14是循環冷卻水系統示意圖。
由圖1可見，本發明作為一種連作式曲軸及軸類件的電渣溶鑄近淨成型設備由七個系統及輔助裝置(包括水激除塵中和濾氣裝置、收運渣殼裝置、初始溶渣裝置、非自耗電極補救殘品裝置等)組成，其中七個系統是主體結構系統包括環臺形機座(10)，板式環形基臺(14)、升降臺(11)，上轉臺機構(12)，下轉臺機構(15)，四立柱支承架(4)組成。
供料系統包括自耗電極送接機構(1)，自耗電極自動進給機構(2)，恆溫自動過程補渣機構(3)組成。
電源系統包括；上電極(7)，底電極A及執行機構(6)，底電機A』及執行機構(5)，電源變壓器及連接電纜、銅排等(注圖中未示出)。
模具及運行系統包括積木式模具系統中處於工作狀態的三層模具(8)，處於等待狀態的各模具單元(9)，雙臂下垂式機械手(13)，開模機(15)(注與下轉臺機構同用一個序號)，(13)和(15)的驅動裝置及各運動信號傳感器、線路、接口(注圖中未示出)組成。
取運工件系統包括切割槍(17)、(18)，取工件機械手(16)，(17)、(18)的驅動機構(注圖中未示出)，裝在(16)、(17)、(18)上的各運動信號傳感器、電纜、接口(注圖中未示出)組成。
循環冷卻水系統包括變頻調速恆壓可調供水裝置，軟管網、接頭、透明排水箱(圖中未編號)電控閥，壓力、流量、溫度傳感器及顯示儀表與模具系統中各模具單元連通後組成(注圖中未示出)，備用壓力貯水罐(26)。
控制系統包括電磁屏蔽室(19)，總控制臺(20)，各路傳感器信號對計算機的輸入接口及計算機控制各執行機構的指令輸出接口(注；圖中未示出)。
輔助裝置包括；攝像機(21)，水激除塵中和濾氣裝置(22)，收運渣殼裝置(23)，液壓源裝置(24)，氣壓源裝置(25)，初始溶渣裝置、非自耗電極補救殘品(指因意外停電造成的殘品)裝置(注圖中未示出)。
由圖2可見，自耗電極自動進給機構的Z向進退機構由機架(27)、壓架(28)、裝在(27)上的主動輪組(29)、裝在(28)上的從動輪組(46)、用夾緊彈簧組件(30)，將自耗電極(41)壓緊至使(41)在(27)和(28)之間滾壓進退自如，不產生滑動的合適程度。主動輪組用傳動鏈(31)連接，並通過傳動變速機構(32)、(33)與Z向進退電機(35)連接，在(35)上設監測進退速度的傳感器(34)，在生產過程中由(34)取得的速度信號經放大器放大後進行A/D模數轉換，再由計算機處理後，輸出D/A數模轉換指令信號，控制執行機構進行Z向進退的程序運動。X向調整裝置由X向底座(39)、連接(27)與(39)的直線滾動付(36)，裝在(39)上的X向調整電機、變速傳動機構(45)及監測電機轉速的信號傳感器(注圖中未示出)組成。Y向調整裝置由Y向底座(44)，連接(39)與(44)的直線滾動付(37)，裝在(44)上的Y向調整電機、變速傳動機構(40)及監測電機轉速的信號傳感器(注圖中未示出)組成。
為了監測自耗電極的動態熔化速度及熔化量，準確顯示Z(t)值，在(44)與升降臺(11)之間設壓力傳感器組(38)和(43)，壓力傳感器信號經放大器放大，進行A/D模數轉換，經計算機對熔化速度、熔化量、模具系統成形腔已知容積量、過程補渣量、結殼消耗量計算處理後，得出Z(t)值，用動畫技術顯示在監視器上，當Z(t)＝Zn(n＝1、2、…n)時，發出曲拐成型指令，控制各執行機構完成曲軸曲拐部位的安全成形。
在機架(27)的下面，通過絕緣萬向支架(42)與上電極(7)懸掛連接。在機架(27)的上面與(27)固連螺接自耗電極的導向筒(47)。
由圖3可見，自耗電極送接機構由兩部分組成其中(48)～(56)為雙臂續接部分，(57)～(61)為提升運送部分。它們的程控運行情況是送料電梯(59)在行程開關(注圖中未示出)的控制下，沿導軌柱(57)將就位在旋轉料架(61)上的自耗電極(41)提升到規定高度，(61)在步進驅動裝置(60)的驅動下，依序將自耗電極(41)旋轉至待夾持位置。(57)與圖1所示升降臺通過Z向滑動連接的導軌付(58)連接。這時，液壓驅動的升降柱(56)在行程開關(注圖中未示出)的控制下，帶動(48)～(55)升高。同時，轉角執行機構(55)帶動轉軸(53)使雙臂續接部分旋轉至(61)中處於待夾持位置的自耗電極的正上方，這時升降柱(56)下降，使安裝在上臂(51)上的三爪夾頭(49)套入(41)的頂部至規定距離，隨之旋緊電機(50)驅動(49)完成對(41)夾緊動作後與(49)分離，裝在下臂(54)上的液壓鉗(52)夾緊(41)的相應位置，上、下夾緊後(56)驅動(48)～(55)定距上升，使(41)的下端升離(61)的下料架的支撐孔座，轉角機構(55)驅動(48)～(54)將夾持的自耗電極旋轉至與進給中的自耗電極同軸位置，(56)帶動(48)～(55)平穩下降，使夾持的自耗電極插入自動進給機構上的導向筒，與進給中的自耗電極頂部接觸時，(56)改變下降速度為自耗電極的進給速度，液壓鉗(52)解除夾緊力，使自耗電極與鉗口保持滑動接觸的扶持狀態，這時旋接電機(48)驅動(49)使夾持中的自耗電極下端的螺頭與進給中自耗電極上端的螺孔旋緊至規定力矩後，旋緊機構(50)恢復與(49)的傳動接觸。及時將(48)鬆開，至此完成一個自耗電極的送接程控運動。以此類推，使連作式生產過程中自耗電極的送接工作在計算機的控制下實現機械化運行。
由圖4可見，恆溫自動過程補渣機構由溫控貯渣箱(63)、(66)，驅動電機(64)、(68)，螺旋加渣機(65)、(67)，它們通過壓力傳感器(62)支承在上轉臺(12)上，兩個溫控貯渣箱與圖1所示雙臂下垂式機械手呈90°角布局。溫控貯渣箱由電熱裝置實施過程補渣的恆溫控制；熔鑄過程中動態補渣量根據模具系統成形腔容積的變化量、熔渣結殼的消耗量及保持最佳渣池深度的需求量，由計算機通過(62)、(64)、(68)、(65)、(67)、實現過程補渣的程序控制。為了使渣池成分穩定、物化性能優良，可用一個溫控貯渣箱專門補給易揮發損耗成分，如CaF，為此需根據渣殼Z向取樣化驗結果制定專用的補給程序，通過計算機控制實施。
由圖5和圖6可見，滑動模塊擠入式使曲拐成形的模具系統，它由底層對開的兩個模具單元組成第一模層(69)，由頂層對開的兩個模具單元組成頂模層(73)，三層曲拐成形腔對開的兩個模具單元，其中一個模具單元的外模加長臂上設液壓滑動模塊擠拐機構及行程、Zn探測、溫度、報警信號傳感器的轉接組件(注圖中未示出)與計算機接口連接，這三個曲拐成形模層分別為(70)、(71)、(72)，它們的組成形式如圖6B-B視圖(72-1)、(72-2)。在(73)的上面設一層對開水冷護渣罩(74)，供生產結束時使用。每個模具單元中的水冷結晶器的數量可根據結晶溫度場溫區的劃分，對應設置結晶器(注圖中未示出)，把它們進行積木式組合後安裝在對開外模上，分別控制各結晶器的循環冷卻水量，以便取得可再現的最佳結晶成型溫度場。該法的優點是結構簡單、造價低，缺點是曲拐頸截面多呈馬蹄形，馬蹄根餘量加重後道工序負擔。
由圖7和圖8可見，層間相對位移式曲拐成形的模具系統，它由底層對開的兩個模具單元組成底層模具(75)，由頂層對開兩個模具單元組成頂層模具(79)，三對相同結構的帶相對位移層及液壓執行機構的模具單元分別組成第(76)、(77)、(78)層模。例如(78)層模的圖8C-C視圖，(78-1)上設兩個平行同步運行液壓機構(注圖中未編號)，負責推動位移層完成曲拐成形、開模後退回原位。(78-2)設一個液壓機構(注圖中未編號)，負責推動設在(78-2)外模滑軌間的半塊位移層與設在(78-1)外模滑軌間的半塊位移層合模，合模後(78-2)上的液壓機構壓力歸零進入從動狀態。在(79)的上面設對開水冷護渣罩，供結束生產時使用。根據需要在各層外模的適當位置安裝行程、Zn探測、溫度、報警信號傳感器的轉接組件，與計算機接口連接。該法優點是能保障曲拐頸呈圓柱形，提高尺寸精度，減少加工餘量。
由圖9和圖10可見，雙底電極A和A』分別在電動升降傳動機構(86)上作程序升降運動。(87)為鉗式底電極，(88)為(87)的夾緊、鬆開液壓機構，(89)和(95)為與(87)連接且隨(87)轉動曲伸、通向電源的X、Y平面內導電軟網，(90)為液壓四連杆機構，(82)為與(83)連接的鉗式水冷底電極支座。(87)和(82)之間通過絕緣塗層緊密配合。(82)的鉗臂上設冷卻水腔通過冷卻水對(87)進行間接水冷。同時保護隔離氣割槍火焰對(87)的影響，(83)為底電極支架板，(85)為隨(83)沿Z向伸縮通向電源的導電軟網，(81)為連接底電極和電源的導電軟網幹線，(92)為矩形框式絕緣架，它的一邊與(93)固連，(86)穿過其矩形內孔，使A及A』沿(86)做程序升降運動，(93)為與(86)中的絲槓用螺紋配合的升降座。通過直線滾動導軌付與(86)中的導軌配合，在(86)中的電機、傳動機構的驅動下，實現A及A』的升降程序運動。(90)與(83)、(93)相連。它在(90)中的液壓作動筒驅動下運動。監測A及A』交替程序運動的速度、行程、夾緊、松升、各信號傳感器與計算機接口連接。
由圖11可見，模具成形腔中滑塊式曲拐成形工作過程，(96)為模具成型腔，(97)為熔渣結殼，(98)為熔化渣池。(7)為上電極，(41)為自耗電極熔化端，其浸入渣池的深度為hQ(t)，(99)為熔化後穿過渣池的金屬熔滴，(100)為金屬熔池，其表面至(41)的端頭的距離為hR(t)，(101)為已結晶成型部分，(102)為厚度為hO的滑動模塊，(A或A』)為底電極，(103)為初始引弧棒，(104)為Zn(n＝1、2、…n)探頭，(105)為(104)與(A)之間的電流監測儀表，(106)為耐熱絕緣套管，(107)為(104)與(A)之間的電壓監測儀表，(108)為電源。由圖可知，當(100)的液面與(104)接觸短路的瞬間，電壓和電流有歸「0」顯示，這時Z(t)＝Zn(n＝1、2、…n)，正是(102)擠入使曲拐部位成形的正確時機。
如圖12和13可見，取工件機械手在連作式生產過程中，為防止工件變形及減輕工件對底電極的壓力，旋轉、升降、伸縮臂(109)帶動已被液壓轉角機構(117)驅動轉至與水平面呈90°的手架(110)進入等待位置，上液壓鉗(116)處於張開等待狀態，下液壓鉗(115)在電動升降機構(114)的驅動下使下鉗座沿絲槓(112)和滑軌(111)通過張開的上液壓鉗(116)上升至(116)的上面，當設定的工件第一個夾持部位抵達等待中的(115)時，下液壓鉗夾緊工件，此後(115)便在控制系統的操縱下與升降臺同步下降運動，當工件上第二個設定的夾持部位抵達上液壓鉗(116)時，即完成一件產品的生產周期時，(116)夾住工件的第二夾持部位，切割槍切取完工件後，(109)下降、縮回、旋轉的同時(117)使(110)轉到水平位置，(115)、(116)鬆開將工件平穩地放在運送機的支架上。然後重複如上程控運動。
由圖14可見，水冷護渣罩O、O』，模具系統各結晶器I、I』，II、II』，III、III』，IV、IV』，V、V』，VI、VI』，滑動模塊N1、N2、N3、N4及底電極支架鉗臂水冷腔H、H』均由變頻調速恆壓可調供水裝置(118)經相應的電控閥門(122)和流量計(注圖中未示出)供水。它們的出水口通過軟管接頭分別流經相應的透明排水箱(124)流入排水總管回歸(118)的總貯水池。在每個透明排水箱(124)的入口內安裝監測出水溫度傳感器(123)，在每個結晶器、滑動模塊及底電極支架鉗臂水冷腔的高溫特徵區設監測水冷腔主工作面溫度傳感器(121)，在總供水管設監測進水溫度傳感器(119)及進水總流量計(注圖中未示出)。備用壓力貯水罐(120)的進水口通過電磁閥(注圖中未編號)與(118)連接，其出口通過並聯閥門組(注圖中未編號)通往各水冷腔，並聯閥門組中手動球閥設在總控制臺上。當出現異常停電時，手動打開通水保模。各溫度傳感器、流量、壓力及電控閥門的電纜線路與計算機的輸入、輸出接口連接。在計算機的控制下按各結晶器、水冷腔特徵點溫度變化曲線要求，實現「按需分配，定量供給」的循環冷卻水制度。
權利要求
1.一種連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，包括主體結構系統、供料系統、電源系統、模具及運行系統、取運工件系統、循環冷卻水系統和控制系統，其特徵是(1)主體結構由環臺型機座、升降臺、上轉臺、下轉臺和四立柱支承架組成，機座為環臺形空心板式結構，周邊對應各模具單元設透明排水箱，機座上設2-4個液壓升降立柱，液壓升降立柱頂設升降臺，升降臺下方設上轉臺，機座的上表面是板式環形基臺，環形基臺下面對中設置下轉臺，下轉臺下面設置四立柱支承架；(2)供料系統，由自耗電極送接機構、自耗電極自動進給機構及與其同步運行的恆溫自動過程補渣機構組成，自耗電極送接機構設置在自耗電極自動進給機構的上方和側邊，自耗電極自動進給機構設置在升降臺上居中位置，兩個恆溫自動過程補渣機構懸掛設置在上轉臺下方；(3)電源系統，由上電極、自動交替工作的雙底電極、電源變壓器組成，上電極絕緣懸掛設置在自耗電極自動進給機構下方，在四立柱支承架的其中兩根立柱上各設一個底電極；(4)模具及運行系統，由積木式模具系統及各模具單元進行三維空間程序運動的執行機構，包括機座、升降臺、上轉臺、機座、下轉臺及雙臂下垂式機械手開模機；上轉臺下設與其固定懸掛連接的雙臂下垂式機械手，基臺的環面上依序停放等待工作的各模具單元，下轉臺上固連開模機，開模機上對稱設置每邊兩個液壓開模頭，開模頭上支承、定位處於工作狀態的各層模具，在開模機的內側與開模頭呈90°布局，設兩個小型自動進退的砂輪機構；(5)取運工件系統，由切割槍、取工件機械手、工件輸送機組成；在開模機下面的四立柱支承架外側設取工件機械手，在每個底電極下面設氣割槍，氣割槍與底電極之間有帶水冷腔的底電極鉗形支架、隔離保護，在四立柱支架的底部設錐形漏鬥與傳送帶組成收運渣殼裝置。
2.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，自耗電極自動進給機構為彈簧滾輪壓緊傳動機構，由裝主動輪組的機架與裝從動輪組的壓架及壓緊彈簧、螺杆、配套標準件組成滾輪機構，在機架上設豎直Z向電機及無極調速驅動裝置，在Z向電機的輸出軸上設轉速傳感器；在機架下方依次設水平X向、Y向調整底座，在調整底座上分別設X、Y微調電機及無極調速驅動裝置，並在各微調電機主軸上設轉速傳感器；在調整底座與升降臺之間設有壓力傳感器支承；
3.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，設置在自耗電極自動進給機構上方和側邊的自耗電極送接機構由送料電梯，升降柱，旋轉機構和上下雙臂續接機構組成，上臂上設電動三爪夾頭定力矩擰緊和鬆開機構，下臂上設液壓鉗。
4.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，對稱設置的兩個恆溫自動過程補渣機構由溫控貯渣箱、螺旋加渣機組成，溫控貯渣箱與上轉臺之間由壓力傳感器支承，螺旋加渣機導流管嘴靠近自耗電極對準模具系統成型腔頂口。
5.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，積木式模具系統的滑動模塊擠入式模具系統，由一組底層模具、一組頂層模具、三層相同形腔、帶有滑動模塊液壓曲拐成型機構的模具豎向疊置構成。
6.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，積木式模具系統的層間相對位移式模具系統，由一組底層模具、一組頂層模具、三組帶有層間相對位移機構的模具豎向疊置構成。
7.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，兩個自動交替工作的底電極，分別通過滾動付安裝在各自的立柱上，在底電極升降底座上設絲槓螺孔，底電極升降絲槓穿過螺孔後其頂端鉸接在下轉臺的支承環下面，下端安裝驅動齒輪，驅動齒輪通過無極調速機構與安裝在基礎上的驅動電機連接，在各電機軸上安裝速度傳感器、信號線路及放大指令線路通過接口與計算機連接。在底電極升降底座上固定連接液壓驅動四連杆機構，四連杆機構的另一端設底電極支架板，在底電極支架板上端設鉗式水冷底電極支座，其鉗臂有空心水冷腔，通過循環冷卻水對其進行強制冷卻，在鉗式水冷底電極支座上塗附絕緣塗層，兩瓣底電極通過絕緣塗層的隔離固定連接在鉗式水冷底電極支座上，構成間接水冷式底電極，底電極通過軟網、紫銅排與電源變壓器的輸出端接通。
8.如權利要求1所述的連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備，其特徵是，循環冷卻水系統包括變頻調速恆壓可調供水裝置，供水總管上設的流量計、溫度傳感器、壓力傳感器，供水總管分兩路其中一路給壓力貯水罐供水，壓力貯水罐上設壓力傳感器、液位計，壓力貯水罐出口管通過安裝在總控臺上的手動球閥與模具系統的供水管路連通；另一路分為多個支路，每個支路上設流量、壓力傳感器，並通過電控閥門、軟管、接頭與各水冷腔的進口連通，各水冷腔的出水口通過軟管、接頭與對應的透明排水箱入口連通，在透明排水箱的入口內設監測出水溫度的測溫傳感器，在透明排水箱側壁上標有水位刻度，透明排水箱的出口與排水總管連通，排水總管導入總貯水池，在各水冷腔主工作面的特徵區設溫度傳感器，在各主結晶器密封堵蓋上開設密封透明觀察窗、裝安全氣門，各流量、壓力、溫度、液位信號傳感器及各電控閥門的執行迴路通過接口與計算機連通。
全文摘要
一種連作式曲軸及軸類件的電渣熔鑄近淨成型設備,有環臺形機座主體結構、自耗電極自動進給機構、自動交替工作的雙電極、積木式模具、取工件機械手、循環冷卻水系統、計算機控制等七個系統,在計算機控制下運行,對生產過程中的電、渣、水、模四大參量實現自動控制,獲得可再現的溫度場,準確判定界面坐標和曲拐成形時機,保障連作式電渣熔鑄近淨成型作業的安全性、提高生產效率和產品一致性。適用於各種曲軸及軸類件的近淨成型。
文檔編號B22D23/10GK1203130SQ98101898
公開日1998年12月30日 申請日期1998年5月26日 優先權日1998年5月26日
發明者陳中興, 葉正光, 劉延齡 申請人:陳中興, 葉正光, 劉延齡