專利名稱：高壓水射流鑄件清砂法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種利用高壓水射流巨大能量清除鑄件表面型砂及芯砂的清砂方法-高壓水激振射流鑄件清砂法及其設備。
高壓水射流用于大型鑄件清砂工藝，在我國許多工廠已廣泛采用。這一技術與傳統的“水爆”，“噴丸”工藝相比，改善了勞動條件，提高了清砂效率。但從已使用水射流清砂的實際情況來看，普遍存在著能耗大、水量大、效率低，以及砂水處理不配套等問題。造成這些問題的主要原因是落后的射流技術和操作工藝，設備，造成射流能量損失太大。已有的水力清砂采用的是普通高壓水連續射流技術。來自高壓泵的高壓水流，經過噴桿，由噴咀噴出，形成高壓水連續射流，當射流以高速沖向固體時，在一個極短的時間內，產生一個極高的壓強，類似管道中的“水錘”，也類似一個小型炸彈的爆炸，這時液體將受到壓縮，開始沿固體表面流動，沖擊壓強迅速降低，射流頭部呈現非壓縮狀態、產生所謂的“水墊”現象，使水射流的切割破碎能力降低。
本發明的目的就是用高壓水激振射流技術替代單一的高壓水連續射流技術應用到水射流鑄件清砂生產工藝中，改變水射流的運動形式，減少普通連續射流沖擊靶物時的停滯載荷和水阻損失，增加水射流在物體表面的移動速度，消除“水墊”效應，使高壓水射流的沖擊壓強能量得到充分利用。同時設計一套實現高壓水激振射流鑄件清砂技術的機械化和自動化的能夠自由調節靶距，靈活跟蹤靶物、提高落砂效率的設備，改善水力清砂的工作環境和勞動強度。
高壓水激振射流鑄件清砂靠的是帶有微微振動的高壓水射流的沖刷，楔劈及切割作用進行的。經過高壓泵產生的高壓水流，經過噴桿，由噴咀噴出，形成一股能量高度集中的高速水流，同時噴咀隨噴桿產生高頻激振，形成高壓水激振射流。當砂型及砂芯強度較低時，射流依靠其沖擊壓強大面積地將砂型及砂芯破碎剝落。當砂型及砂芯強度較高時，射流像一把利斧一樣，將砂型劈裂開來，由于噴咀產生的高頻微振，使定向射流變成一把飛午的“射流斧”，在靶物表面迅速移動。從而使射流作用在物體表面的連續穩定載荷變成不連續沖擊載荷，使射流的沖擊壓強頻率增加，改變了射流對靶物表面的施載特性，使“水墊”效應消失。高頻微振又使射流如同一把鋼鋸，將砂型及砂芯高速往復鋸裂開來，加上劈楔作用，砂型上已經形成的條條溝槽遂被迅速擠壓帳裂。同時落砂被水流帶走，完成清砂作業。
高壓水激振射流鑄件清砂機是為鑄件適應高壓水激振射流清砂要求而專門設計的裝置，這套裝置是由高壓水激振射流噴射器，全方位偏擺機構，水平伸縮機構，垂直升降機構，電液控制柜組成。高壓水激振射流器是由噴咀，擺桿軸，連桿，偏心軸，油馬達，本體組件組成。當進水接頭通入高壓水時，在噴咀出口則產生一股能量高度集中的高速水流，這股高速水流就是普通的連續高壓水射流。與此同時，油馬達在電液控制柜的控制下，帶動偏心軸旋轉，偏心軸帶動連桿，使與連桿連接的擺桿軸做上、下高速擺動，從而帶動噴咀產生垂直，水平或任一方向的高速切換激振，由此形成高速切換激振射流。更換不同偏心距的偏心軸，可以改變噴咀的激振振幅，調節油馬達的供油量，轉速，可改變噴咀切換激振頻率。全方位偏擺機構，水平伸縮機構，垂直升降機構和電液控制柜的主要功能是保證高壓水激振射流器相對于固定座標具有必要的四個自由度的運動能力，滿足高壓水激振射流鑄件清砂的基本使用要求。如選定射流沖擊位置，調整射流的靶距，適應不同的射流沖擊方向等。垂直升降和水平伸縮兩個移動自由度的運動是按直角座標系進行組合，采用長方形斷面的內、外套筒作為導向裝置，在內套筒內按裝雙作用式的工程液壓油缸，采用軟管供油。為保證以上兩個自由度能可靠的停留在確定的運動位置，不因外負荷大小而改變座標位置，在油缸供、回路上均設置了鎖閉裝置。在垂直升降機構的液控回路上裝有一個平衡閥，確保在自重的條件下無明顯下落。在水平伸縮機構的液控回路上裝有雙向液壓鎖。俯仰和水平兩個轉動自由度是將上、下俯仰運動與左、右側偏運動借十字聯接的內外聯接圈綜合在一起，形成一個類似球鉸特性的雙關節式回轉機構組合而成。繞每一個關節的轉動是由兩個反接的小油缸並聯在一起同步操縱的。當兩個通道的四個油缸同時動作或兩兩順序工作時，即能向所需方向作適當的回轉運動。為了保證運動位置的穩定，不受外負荷的影響在兩個轉動通道的液控回路上加設雙向液壓鎖的鎖閉裝置。為適應高壓水射流擺振噴射的功能要求，本裝置設有一個擺振控制通道，與油馬達相通，在通道上加設調速閥以保證擺振頻率能在一定范圍內調整，並提高該通道的工作穩定性能。電液控制柜內設有五個運動通道的液壓控制閥，油箱，油泵和電機。各運動組件均由壓力油直接驅動，工作壓力由五路控制閥上的調壓閥調節。壓力油經手動五路控制閥分別到各個分通道。在O位時，多路控制閥的內油路處于卸荷回流狀態，此時液壓油不經過有關節流裝置而直接回油箱。本高壓水激振射流鑄件清砂機的高壓水密封結構為O形圈和密封環重疊裝配在密封溝槽內，密封環在O形圈的作用下受到預壓縮，隨著密封面介質壓力的提高，O形圈進一步的壓縮，使得密封表面上的壓力永遠大于介質的壓力，以此達到密封的目的。密封內圈和外環采用高分子材料，高分子材料加填充劑或高分子材料加編織物制成。被清鑄件用大型吊運裝置安放在回轉承送車上，回轉承送車可以水平自動回轉360°。當高壓水激振射流鑄件清砂機開始清砂時，高壓泵將水箱中的常壓水抽出，并加壓，通過電液控制柜壓入高壓水激振射流噴射器，最后由噴咀噴出并以高速度射向鑄件，由于垂直升降機構的上、下運動，水平伸縮機構的前后運動及全方位偏擺機構的多方位復合運動，加之回轉承送車的大回轉，使噴射裝置對準鑄件的任一角度，任一位置進行高效清砂，將砂型及砂芯破碎剝落，流入砂漿池中。
高壓水激振射流是在積累了大量的普通高壓水連續射流切割破碎固體材料的參數基礎上遂步認識高壓水射流的破碎規律后，形成的高壓水射流新類型。無論在理論上，還是在實踐中都表明在等能量條件下，高壓水激振射流與普通連續射流相比，可提高破碎效率40-60%。本發明把高壓水激振射流技術應用到鑄件清砂中，改變了水射流的運動形式，減少了普通連續射流沖擊靶物時的停滯載荷和水阻損失，充分地利用了射流能量。相應的機械化和自動化的設備實現了自由調節靶距，靈活跟蹤靶物，從而提高了水射流的落砂效率，改善了工人的工作環境，減輕了工人的勞動強度。
圖1高壓水激振射流器平面示意圖其中1噴咀2連接螺套3連接管4穩流器10擺桿軸13連桿17偏心軸24擺桿軸連接座25滾針軸承座圖2高壓水激振射流器組裝示意圖其中5進水接頭6O形密封圈7密封環8透蓋9軸承10擺桿軸11滾針軸承12定位銷13連桿14悶蓋15鍵16軸承17偏心軸18外殼19軸承20悶蓋21透蓋22油馬達23本體組件圖3高壓水激振射流鑄件清砂機總裝示意圖其中26高壓水激振射流器27全方位偏擺機構28水平伸縮機構29垂直升降機構30電液控制柜圖4電液控制原理示意圖其中31俯仰、側偏油缸32水平伸縮油缸33垂直升降油缸34擺振通道35手動五路液壓控制閥36液壓油箱37電機和油泵39銷閉裝置40調速閥41平衡閥圖5高壓水激振射流鑄件清砂設備示意圖其中42水箱43高壓水泵44高壓水激振射流鑄件清砂機45承送車46砂漿池47鑄件實施例1噴咀1由旋在連接管3一頭的連接螺套2固定在連接管3上，連接管的另一頭旋在擺桿軸連接座24上，內置一穩流器4。擺桿軸連接座直接焊接在擺桿軸10上，擺桿軸10上另焊有一個滾針軸承座25，連桿13通過置于滾針軸承座內的滾針軸承11和定位銷12，與擺桿軸連接。擺桿軸10，由固定在上、下外殼18上的悶蓋14，透蓋8和軸承9固定位置。連桿13的另一端通過軸承16與偏心軸17連接。偏心軸17通過固定在上、下外殼18上的悶蓋20，透蓋21，軸承19固定位置。上、下外殼18固定在本體組件23上。油馬達22通過鍵15與偏心軸連接。由此組裝成高壓水激振射流器26。油馬達22由擺振控制通道34與電液控制柜30的手動五路液壓控制閥35相連，通道上設置一個調速閥40。高壓水進水接頭5設在擺桿軸10下方，在進水接頭和擺桿軸之間由裝在密封溝槽內的由聚四氟乙烯，聚四氟乙烯加填充劑或聚四氟乙烯加編織物制成的O形密封圈6和密封環7疊加在一起密封。高壓水激振射流器26通過法蘭由螺栓固定在全方位偏擺機構27上。全方位偏擺機構27是用內外圈十字聯接形成一個球鉸似的雙關節回轉機構，在回轉機構內置四個兩兩反接並聯在一起的俯仰、側偏油缸31。在液壓油供，回路上設置雙向液壓鎖閉裝置39。垂直升降機構29和水平伸縮機構28均采用長方形斷面的內、外套筒作為導向裝置，非主要承力面之間的配合間隙由加工工藝尺寸保證，主承力面的配合間隙由調整墊板修磨跑合保證，在內套筒中安裝雙作用式工程液壓油缸32、33，其一端鉸接固定在內套筒上，另一端鉸接固定在外套筒上。水平伸縮油缸32懸臂端置一撐，其滑動面浮放在內套筒的下底面上。水平伸縮機構的外套筒中腹部與垂直升降機構內套筒的上端通過焊接式法蘭盤用螺栓固聯在一起。垂直升降機構外套筒下端通過焊接式法蘭用螺栓與電液控制柜30固聯。在外套筒上段另加一輔助支撐與電液控制柜中的上、中層框架相連。上述兩油缸均采用軟管供油。在垂直升降機構的供油路上設置鎖閉裝置39，在回路上裝一平衡閥41。在水平伸縮機構的供、回油路上設置雙向鎖閉裝置39。電液控制柜30為板與框架焊接成的整體鋼結構。內框架將柜內腔分為三層。底層左、中方位安置電機與油泵。中層左、中方位安置液壓油箱，上層為手動五路液壓控制閥及其它液壓控制元件的布置空間。
本機性能工作壓力180-350流量140-150裝機容量55-90激振頻率0-20激振振幅0-90垂直升降行程400-1000mm;最大升降速度100mm/S;
水平運動行程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;
左右側偏角度±30°;最大側偏速度15°/s;
復合偏轉角度360°，實施例2用實施例1中的高壓水激振射流鑄件清砂機進行大型機床鑄件清砂實驗。將此清砂機的高壓水激振射流器26的噴咀1換成錐形和直線內孔是用火花加工成的精細高效陶瓷噴咀。參與實驗的機床床身型砂性能參數見表1。
當高壓水泵43將水箱42中的常壓水加壓后輸入高壓水激振射流鑄件清砂機44，通過精細高效陶瓷噴咀噴出，水射流以高速，激振射向安置在回轉承送車45上的鑄件47，由于垂直升降機構的上、下運動，水平伸縮機構的前后運動及全方位偏擺機構的多方位復合運動，加之回轉承送車水平自動的360°大回轉，使砂型和砂芯很快破碎剝落，流入砂漿池46中。整個清砂過程完畢。實驗數據見表2。
權利要求
1.一種利用高壓水射流清除鑄件表面型砂和芯砂的方法，其特征在于高壓水射流噴咀產生的水射流是高頻微振的激振射流。
2.一種高壓水激振射流鑄件清砂的設備，其特征在于是由水箱42，高壓水泵43，高壓水激振射流鑄件清砂機44，承送車45，砂漿池46組成;
3.根據權利要求2所述的高壓水激振射流鑄件清砂設備，其特征在于高壓水激振射流鑄件清砂機是由電液控制柜30，外套筒下端通過焊接式法蘭用螺栓與電液控制柜固聯的垂直升降機構29，外套筒中復部與垂直升降機構內套筒上端通過焊接式法蘭用螺栓固聯在一起的水平伸縮機構28，通過焊接式法蘭用螺栓與水平伸縮機構固聯在一起的全方位偏擺機構27，通過焊接式法蘭用螺栓與全方位偏擺機構固聯在一起的高壓水激振射流器26組成;
4.根據權利要求2、3所述的高壓水激振射流鑄件清砂機，其特征在于高壓水激振射流器26是由螺套2旋在連接管3一頭的噴咀1，由擺桿軸連接座25與連接管3相連接的擺桿軸10，由焊接在擺桿軸10上的滾針軸承座26內的滾針軸承11和定位銷12與擺桿軸10相連的連桿13，連桿13的另一端通過軸承16相連接的偏心軸17，通過鍵15與偏心軸連接的由加有調速閥40的擺振控制通道34控制的油馬達22，擺桿軸下方由O形密封圈6加密封環7密封的高壓水進水接頭5等部份組成;
5.根據權利要求3、4所述的高壓水激振射流器，其特征在于噴咀為精細高效陶瓷;
6.根據權利要求3、4所述的高壓水激振射流器，其特征在于進水接頭5與擺桿軸10之間的密封結構采用的是密封環7和O形密封圈6重疊裝配在密封溝槽里;
7.根據權利要求3、4、6所述的高壓水激振射流器，其特征在于進水接頭與擺桿軸之間的密封結構用的是聚四氟乙烯，聚四氟乙烯加填充劑或聚四氟乙烯加編織物制成;
8.根據權利要求2、3所述的高壓水激振射流清砂機，其特征在于全方位偏擺機構27是用內外圈十字聯接的雙關節回轉機構，內置四個油缸31，在液壓供，回路上設置雙向液壓鎖閉裝置39;
9.根據權利要求2、3所述的高壓水激振射流清砂機，其特征在于垂直升降機構29和水平伸縮機構28采用長方形斷面內，外筒作為導向裝置，在內套筒中裝有液壓油缸32、33。在供，回油路上設置液壓鎖閉裝置39和平衡閥41;
10.根據權利要求2、3所述的高壓水激振射流清砂機，其特征在于電液控制柜是由手動五路液壓控制閥35，電機和油泵37，液壓油箱36及其它液壓控制元件組成。
全文摘要
本發明涉及的是一種利用高壓水激振射流技術清除鑄件表面型砂和芯砂的清砂方法及其設備。高壓水泵將水箱中的常壓水抽水，并加壓，通過高壓水激振射流鑄件清砂機的電液控制柜壓入產生高頻微振的高壓水激振射流噴射器的噴嘴，以高速激振噴出射向安置在能夠水平自動回轉360°的回轉承送車上的鑄件，由于垂直升降機構的上、下運動，水平伸縮機構的前后運動及全方位偏擺機構的多方位復合運動，使噴射裝置對準鑄件的任一角度，任一位置進行高效清砂。
文檔編號B05B9/04GK1045240SQ9010151
公開日1990年9月12日 申請日期1990年3月22日 優先權日1990年3月22日
發明者劉建卡 申請人:北京科學技術開發交流中心