自動混砂系統(tǒng)的雙組份樹脂定量裝置的設(shè)計與應(yīng)用

宋保華，劉 霞，楊啟帆，溫松明，周存堂

（1.第一拖拉機(jī)股份有限公司 制造工程中心，河南洛陽 471004；2.第一拖拉機(jī)股份有限公司 鑄鍛廠，河南洛陽 471004）

0 前言

雙組份樹脂砂自動混砂系統(tǒng)由砂加熱、砂定量、樹脂配送、樹脂定量、樹脂加熱、混砂機(jī)等部分組成，用于配套冷芯盒制芯機(jī)使用，實現(xiàn)現(xiàn)混現(xiàn)用。與傳統(tǒng)的離線混砂相比，自動混砂系統(tǒng)與冷芯盒制芯機(jī)聯(lián)鎖使用，對提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定砂芯質(zhì)量具有積極的促進(jìn)作用。

用于冷芯盒的雙組份樹脂砂是經(jīng)過混砂裝置把芯砂和兩種成分的樹脂按一定比例混合而成的一種鑄造砂模用砂，Ⅰ組份為酚醛樹脂，Ⅱ組份為聚異氰酸酯。冷芯盒芯砂的混制要求兩種樹脂定量準(zhǔn)確，過低會造成強(qiáng)度不足，過高會造成發(fā)氣量增大和成本的浪費(fèi)。

在自動混砂系統(tǒng)中，要求樹脂定量裝置可靠性高，重復(fù)穩(wěn)定性好。當(dāng)前的定量加料方式分為5種：容積式、流量式、稱重式、混合式和組合式[1-3]。與容積式定量加料相比，后3 種定量方式均存在的問題是增加了加料、稱重計量和投料三個環(huán)節(jié)，增加環(huán)節(jié)的同時也帶來了裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、加料裝置可靠性降低、維修保養(yǎng)不方便、抑制了定量加料的生產(chǎn)速度、降低了工作效率等一些問題[4，5]。在樹脂定量中，流量式即流量時間控制方法也較為常用，采用定量泵依靠時間定量完成，但受樹脂本身粘度高、易變性結(jié)塊、流動性不穩(wěn)定及定量泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響，經(jīng)常受定量泵打空、泵體內(nèi)積料固化、負(fù)載波動等因素影響，會造成定量精度不夠、穩(wěn)定性差等問題[6]。目前在工業(yè)上常用的容積式定量為螺旋定量加料裝置和應(yīng)用場合不多的定量孔分配定量裝置的兩種形式，螺旋定量加料裝置是一種無撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送設(shè)備，借助旋轉(zhuǎn)螺旋葉片的推力將物料沿著機(jī)槽進(jìn)行輸送，雖然該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高、輸送密閉的優(yōu)點(diǎn)，但適宜輸送散落性好、干燥的顆粒狀或者粉體顆粒物料，同時也存在定量準(zhǔn)確度低、穩(wěn)定性差等不足，因此不適合具有粘性的鑄造樹脂類流體的精確定量[4，5，7]?？追峙涠垦b置通過設(shè)置上、下固定片，每個固定片上設(shè)有多個孔，每次定量由電機(jī)轉(zhuǎn)動一定角度，帶動定量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，上、下不同孔徑的定量孔聯(lián)通，實現(xiàn)定量孔對液體進(jìn)行定量分配，由于樹脂具有一定的粘性，僅靠自重流經(jīng)豎直通孔時，會有部分樹脂粘連在孔壁上，在后面的工作中存在計量不夠準(zhǔn)確的問題[8]。

在實際生產(chǎn)中，定量精度不夠、穩(wěn)定性差等問題長期以來一直沒有得到很好地解決，不僅會造成樹脂的浪費(fèi)，而且也會造成鑄造砂芯的廢品率上升。因此，該問題仍然是一個亟待解決的難題。

1 注射式樹脂定量裝置的技術(shù)方案

為了解決上述存在的問題，研究了一種用于冷芯盒自動混砂系統(tǒng)的注射式雙組份樹脂定量裝置[9]，所采用的技術(shù)方案為：該雙組份樹脂定量裝置共設(shè)兩套，用于給自動混砂系統(tǒng)的混砂機(jī)供給雙組份樹脂，定量裝置的進(jìn)口端分別聯(lián)接樹脂罐，出口端分別接入混砂機(jī)，如圖1 所示。該雙組份樹脂定量裝置包括Ⅰ組份定量裝置和Ⅱ組份定量裝置。Ⅰ組份定量裝置包括編碼器、驅(qū)動電機(jī)、減速箱、電動螺旋推桿、伸縮桿、聯(lián)接體、定量缸桿、定量缸、活塞、單向閥a、單向閥b、樹脂定量管道、樹脂罐以及電控系統(tǒng)，其中，驅(qū)動電機(jī)經(jīng)減速箱變速后，由編碼器計數(shù)，將編碼器的脈沖信號轉(zhuǎn)換為位移量來控制容積的定量，進(jìn)而驅(qū)動電動螺旋推桿、伸縮桿、聯(lián)接體、定量缸桿以及活塞在定量缸內(nèi)按制定行程一同往復(fù)移動，當(dāng)抽吸樹脂時，單向閥b打開，樹脂由樹脂定量管道從樹脂罐經(jīng)過單向閥b 流入定量缸，當(dāng)向混砂機(jī)注射樹脂時，單向閥a打開，樹脂由樹脂定量管道從定量缸經(jīng)過單向閥a供給于混砂機(jī)。

圖1 注射式雙組份樹脂定量裝置機(jī)構(gòu)示意圖

Ⅱ組份定量裝置的結(jié)構(gòu)以及樹脂抽吸、注射步驟與Ⅰ組份定量裝置相似。該混砂系統(tǒng)采用兩套定量裝置是為了能同步將Ⅰ組份、Ⅱ組份注入混砂機(jī)14 進(jìn)行充分混合，該形式可節(jié)省樹脂注入的時間、提高生產(chǎn)效率，同時可有效地避免樹脂在混砂前的固化。

2 注射式樹脂定量裝置的工作過程及原理

雙組份自動加入過程：當(dāng)樹脂罐13 內(nèi)的浮子液位計16 顯示低液位時，打開截止閥a18、截止閥b20，樹脂加入泵19 開始工作，使樹脂桶21 內(nèi)的Ⅰ組份通過樹脂加入管道17 加入樹脂罐13 內(nèi)，當(dāng)液位達(dá)到要求時，樹脂加入泵19 停止工作，關(guān)閉截止閥a18、截止閥b20，完成本次Ⅰ組份的加入；樹脂罐13′的Ⅱ組份加入步驟同上。

雙組份自動定量供應(yīng)過程：驅(qū)動電機(jī)2 轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱3 減速后，由編碼器1 計數(shù)，驅(qū)動電動螺旋推桿4、伸縮桿5、聯(lián)接體6、定量缸桿7 以及活塞9 一同往復(fù)移動，使定量缸8 內(nèi)腔體P 的體積發(fā)生變化，以此進(jìn)行樹脂的抽吸和注射。當(dāng)沿抽吸運(yùn)動方向A 移動時，單向閥b11 打開，Ⅰ組份由樹脂定量管道12 從樹脂罐13 經(jīng)過單向閥b11 流入定量缸，流入量的大小由控制系統(tǒng)將編碼器的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為位移量，再折算為滿腔體P 的體積，以此為定量依據(jù)。當(dāng)活塞行程達(dá)到d 時，Ⅰ組份在腔體P 的容量達(dá)到設(shè)定量時，單向閥a10 打開，活塞9 等附件沿注射運(yùn)動方向B 移動，Ⅰ組份由樹脂定量管道12 從定量缸8 經(jīng)過單向閥a10 供給于混砂機(jī)14；與此同時，驅(qū)動電機(jī)2′、編碼器1′ 和減速箱3′ 在電控系統(tǒng)的控制下，驅(qū)動電動螺旋推桿4′、伸縮桿5′、聯(lián)接體6′、定量缸桿7′ 以及活塞9′在定量缸8′ 內(nèi)按制定行程往復(fù)移動，當(dāng)沿抽吸運(yùn)動方向A 移動時，單向閥d11′ 打開，Ⅱ組份由樹脂定量管道12′ 從樹脂罐13′ 經(jīng)過單向閥d11 流入定量缸,當(dāng)活塞行程達(dá)到d′ 時，Ⅱ組份在腔體P′ 的容量達(dá)到設(shè)定量時，單向閥c10′ 打開，活塞9′ 等附件沿注射運(yùn)動方向B 移動，Ⅱ組份由樹脂定量管道12′從定量缸8′經(jīng)過單向閥c10′供給于混砂機(jī)14；當(dāng)Ⅰ組份、Ⅱ組份注入完成后，開始在混砂機(jī)14 內(nèi)混合。

3 結(jié)論

針對在實際生產(chǎn)中樹脂定量精度不夠、穩(wěn)定性差的問題，本文設(shè)計了一種雙組份樹脂定量裝置：通過采用編碼器，將編碼器的脈沖信號轉(zhuǎn)換為位移量來控制容積的定量方式，解決了鑄造樹脂類等流體控制精度低的問題，從而減少樹脂的浪費(fèi)，降低了鑄造砂芯的廢品率，提高了砂芯的質(zhì)量穩(wěn)定性；同時編碼器安裝、維護(hù)、損耗成本低，使用壽命長；設(shè)計的注射式加料方式，通過電控系統(tǒng)控制單次注射時間，解決了樹脂加入不穩(wěn)定的問題；設(shè)置的單向閥能實現(xiàn)在本周期供應(yīng)結(jié)束后樹脂定量管道自動關(guān)閉，避免了樹脂與空氣接觸而造成的空氣管道內(nèi)樹脂硬化。該裝置定量精確、運(yùn)行可靠、自動化程度高、調(diào)節(jié)方便，已在本單位應(yīng)用且運(yùn)行良好，可推廣應(yīng)用。