材料成型设备 微震压实造型机

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2.微震过程的运动分析
在此以压震过程为例来进行分析．压震过程中，工作台及其上面的模板框、 模板、砂箱、型砂等已被压头抵住而不能自由运动，震击缸进气后，只有震铁 可上下往复运动，撞击工作台，使型砂紧实，所以震铁是压震过程中的主要运 动部件。
图2—14绘出了震铁在压震过程中的受力状态。震铁在运动过程中，始终受四 种外力的作用：
进一步推导可得出:
摩擦力可取 可写成
．根据一些实测数据得出；a＝0.05～0.15，上式又
根据有关实验，膨胀行程终了时，缸内气压一般为250~350kPa。按此 值确定的弹簧刚度K是保证能够顺利打开排气孔的，但刚度偏小，震击 力相应也小，对撞击不利。在保证打开排气孔的前提下，弹簧刚度还可 以稍大一些，使震铁受力平衡状态提前一些达到，从而使膨胀行程终了 时震铁速度已比最大值有所降低，但仍保持一定数值．
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二、气动微震机构及震压机构
用于造型机的微震机构．绝大多数 是气动的，即所谓气动微震机 构．按缓冲部分结构的不同，气动 微震机构可以分为弹簧垫式及气垫 式两种。
1．弹簧垫式气动微震及压实机构 机构的工作过程如下：
(1)原始位置 如图a所示，此时弹簧高度为H，为防
止工作台与压实活塞在预震时发生 撞击，工作台下沿和压实活塞上沿 间，留有一定的间隙△，△一般为 15~20mm。
• 如运动部件(活塞、震铁和震击缸)的加工精度低，配合过紧或进气通道 阻力过大等，而弹簧恢复力(或弹簧刚度)过大往往是不能实现压震的主 要原因，在设计压震机构时，必须对微震弹簧的刚度进行认真的核算。
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震铁是从静止到运动，然后又到静止的过程，并且开始是加速，速度从零 到最大，然后减速；速度从最大又减到零的过程。为了确保膨胀行程终 了时能够顺利地打开排气孔，且能向下继续走完惯性行程，必须在打开 排气孔时，震铁已具有一定的运动速度。这样，在打开排气孔后，虽然 缸内气压下降，使震铁所受向上外力之和远大于向下外力之和。但震铁 仍能靠惯性向下走完惯性行程．要确保震铁此时具有足够的运动速度， 最可靠的假设就是要求震铁在打开排气孔前，一直是在加速下降，亦即 作用于震铁上外力的合力的方向始终向下，则有：
4-摇臂定位销，5-开关组
2．震压机构及起模机构
它的微震机构是弹簧垫式微震机构， 其工作原理可见下节。
起模方式是顶箱起模，起模机构是由 置于压实活塞3和压实缸7之间的环 形起模活塞6和起模顶杆5所组成， 起模活塞内开有通气道，通入压缩 空气可以控制起模机构的升降．这 种环形起模活塞的优点是同步性好， 缺点是结构复杂，制造精度要求高， 防止灰尘进入比较困难．
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一、ZB148A半自动低压气动 微震压实造型机
1.概况 ZB148A是最常见的微震压 实造型机。全机由机身、震 压机构、加砂机构、压头、 起模机构和控制系统所组成， 适用的砂箱尺寸为：
800 × 600 × 250mm， 震击有效举升力4000N， 总压实力135kN。
ZB148A半自动微震压实造型机 1-微震压实机构，2-压头，3-工作台夹紧器 ，
(1)缸内气压所产生的向下推力PF2，方向向下，其大小则是随震铁的运动而变 化。缸内气压是推动震铁运动作功的唯一动力．
(2)震铁重力GT，方向向下，大小不变．
(3)弹簧恢复力N，方向向上，其 大小与震铁行程成正比，它是一 个规则变化的外力。 (4)摩擦阻力R，它的方向总是逆 着震铁运动的方向，其大小一般 可视为常数。
• (3)压震
• 压震就是在压实的同时进行震击。这时压缩空气 由e孔进入压实缸，使压实活塞上升,并通过弹簧 托起震铁及工作台等．当砂箱中的型砂与压头接 触并受压时，压实活塞克服弹簧的恢复力而消除 间隙△，抵住工作台．此时弹簧的高度为 H- △， 如图c。
• 当压缩空气由a孔引入，经b、c孔进入震击缸时， 由于工作台已被压住，压缩空气只能迫使震铁下 移。震铁向下移动Sj (进气行程)距离后，进气孔b 关闭，压缩空气膨胀作功，震铁继续下移Sp(膨胀 行程)距离，排气孔d打开，震击缸内气压很快下 降，但由于惯性，震铁还能继续下移Sg(惯性行程) 距离．震铁的最大行程为S=Sj+Sp+Sg，此时的弹簧 高度为H1=H- △-S，如图d所示。整个下行程结束 后，震铁在弹簧恢复力的作用下，向上运动并撞 击工作台．这样，震铁周期性地撞击工作台，从 而获得边压边震的紧实效果．
(2)预震
是指在加砂过程中或加砂后压实之前的震 击．压缩空气由a孔引入，经b、c孔进入 震击缸，使震击活塞(工作台)上升，同时 使震铁向下压缩弹簧移动一段距离△S， 如图b所示．在震击活塞和震铁相对运动 的过程中，进气孔b自动关闭，压缩空气 在缸内膨胀作功，然后排气孔d打开，压 缩空气排出，震击缸内气压迅速下降，震 击活塞和震铁由于惯性仍继续沿原方向运 动一段距离。之后，震击活塞(工作台)等 靠自重下落，震铁则在弹簧恢复力的作用 下向上运动，两者发生碰撞，完成一次震 击，如此重复循环．
这时，如图2—14b所示，与前不同者，外力中仅摩擦阻力改变了方向，其他外 力方向不变，但缸内气压和弹簧恢复力的大小还是变化的．在震铁向上运动阶 段，弹簧恢复力成为推动震铁向上运动的唯一动力，其他各外力皆为阻力．震 铁在最低位置时，弹簧恢复力达到最大值。这时缸内仍在排气，气压继续下降， 震铁开始加速向上运动，走完惯性行程，排气口关闭，缸内气体开始绝热压缩， 气压稍有回升。压缩行程(膨胜行程的回程)终了，进气口打开，重新进入压缩 空气，缸内气压迅速增大，而弹簧恢复力则逐渐减小，在到达撞击面之前某一 距离时，作用在震铁上的诸外力再次达到平衡，加速度为零，震铁向上运动， 速度达到最大值，然后开始减速运动，直到撞击工作台，完成一次震击循环。
式中 Pp——膨胀行程终了时缸内气压。 此时的弹簧恢复力为：N=N0+(△+Sj+Sp)K
N=N0+(△+Sj+Sp)K
式中 N0——预震开始前弹簧的恢复力； Qy——有效负荷重量； Qz——震击机构升起部分自重； GT——震铁重； △——预震开始前，工作台下面压实活塞上沿间的距离； Sj ——进气行程； Sp——膨胀行程； K——弹簧刚度。
第三节 微震压实造型机
前面已分析过，对于较高的砂型，采用微震压实方法，可以获得较好的砂 型紧实度分布，这种紧实方法的优点有：
1)由于机构中有弹簧垫或气垫缓冲，对地基的震动较小； 2)可以实现微震及压震及不同紧实方法组合，有高大模样也能得到很好 的紧实，紧实度分布比较均匀； 3)工作震动频宰相对于震击实砂为高，因而其造型机的生产率比震击造 型机高。 由于微震压实造型机有以上的优点，所以在60及70年代，微震压实造 型方法盛行一时。然而微震实砂时，所产生的振动和噪声仍然很大，而且 微震机构的结构相当复杂，因而应用日渐减少。
震铁的运动是这四种外力综合作用的结果。当压震开始时，震击缸进气，气体 压力、震铁重力推动震铁向下运动，而弹簧恢复力和摩擦阻力则阻碍震铁向下 运动．由于向下的外力占优势，外力的合力向下，故震铁由静止开始向下运动， 且速度不断加大。进气口关闭后，震铁处于膨胀行程阶段，缸内气压开始下降， 而弹簧恢复力则一直在增大。当达到某一位置时，作用于震铁上的推力与阻力 达到平衡，外力的合力为零，加速度为零，Sn=0，向下运动速度达最大值．再 往下，向上的外力开始占优势，合力方向向上，加速度变为负值，震铁开始减 速运动， 膨胀行程终了，排气口打开，缸内气压骤降，向下的推力急剧减小， 向上外力仍在增加，故外力合力方向向上，大小迅速增加，减速度增大，震铁 向下运动的速度迅速下降， 直到走完惯性行程，震铁达到运动行程的下限， 然后改变运动方向，转而向上运动．
• 3．气动微震机构实现压震的条件
• 要实现压震，缸内气压不仅要克服活塞、工作台和有效负荷的重力，而 且要克服由于消除工作台与压实活塞上沿间的间隙△而增加的弹簧恢复 力，还要进一步克服震铁移动进气行程Sj、膨胀行程Sp，所产生的弹簧恢 复力，故压震比预震困难．能够预震的微震机构，未必能进行压震。以 下几方面的原因都可能导致不能压震: