DISA水平分型造型线错箱垫箱问题研究和解决

黄 桦，陈之伟，李家兴，宋吉浩，荣玉良，王旭淞

（上海通用东岳动力总成有限公司铸锻技术与质量部，山东烟台 264006）

上海通用东岳动力总成有限公司采用两箱湿砂型铸造的方式大批量生产缸体、曲轴、凸轮轴和轴承盖等汽车零部件产品毛坯，分为缸体和小件两条造型线，采用设备为DISA水平分型造型线，缸体造型线造型主机为BMD气冲造型设备，小件造型线造型主机为BMD静压多触头造型设备，这两条造型线生产效率高（缸体造型线理论节拍为115箱/h，小件造型线理论节拍为120箱/h），造型后铸件精度高。但因为设计等诸多原因在实际生产过程中仍然存在一些批量质量问题，如铸件错箱产生废品和造型时垫箱产生废型，从今年2月份起公司错箱和垫箱质量问题频繁发生，错箱量平均每月出现3～5次批量错箱废品，而从3月份开始垫箱问题一度成为造型线影响开动率的主要问题，最高时小件造型线废型率高达20%，平均为7%左右，严重影响了产品的出品率和生产线开动率。

错箱是指铸件的一部分和另一部分在分型面处错开的现象，对于两箱造型来说，主要分为轴向错箱、径向错箱和混合错箱等几种错箱情况[1]，如图1所示；错箱的主要危害是在后续机加工时会产生黑皮、机加工干涉和撞刀，严重时会使铸件尺寸不符合图纸产生铸件报废。垫箱是指造型时砂箱高出砂箱表面过多造成废型的质量问题，如图2所示；废型的主要危害是会严重影响生产线开动率，合箱浇注后铁水冲垮高出的分型面砂型造成跑火，使砂箱损坏并存在安全隐患，有时在合箱时会造成错箱。总之错箱和垫箱的危害都是比较大的，需要在生产过程中对原因分析并解决。

图1 严重错箱产生的废品

图2 严重垫箱产生的废型

1 两箱湿砂型铸造工艺流程图及设备原理

1.1 小件造型线的工艺流程简图

图3 为小件造型线工艺流程简图，图4为型板托框和耐磨条，图5为型板图，图6为型板托框耐磨条、型板装配后情况，图7为造出的砂型。

图3 小件造型线工艺流程简图

图4 型板托框和耐磨条

图5 型板图

图6 型板托框、耐磨条、型板装配后情况图

图7 造出的上砂型

托框周围的耐磨条材质为聚甲醛[2]。耐磨条主要有3个用途：1）造型时弹性缓冲；2）造型时排气作用；3）促进砂型与砂型间接触，防止产生披缝废品。

1.2 设备原理及说明

图8 为DISA多触头静压造型线，图9为多触头造型主机设备，图10为多触头造型主机结构原理简图，型板和托框之间，型板和砂箱之间，砂箱和设备之间形成了三级配合，砂箱和托框间有配合销套2副，托框和型板间有配合销套两副，托框和设备平台有配合销套2副，托框和设备平台有定位块4个，造型时配合销套和关键尺寸等各有10多处之多，加上托框本身质量较大（0.5 t/个），测量和排查影响错箱垫箱关键尺寸因素非常困难。从图10可以直观地看出，砂箱、托框和设备之间就像串在一根虚拟的中心杆上的一串盒子，因为定位销套数量不足和设备在设计时无中心定位，很容易就会造成铸件的错箱；而型板和砂箱由于销套的原因配合不紧密，此处的砂从分型面跑出来高出砂型也会形成垫箱。

图8 DISA多触头静压造型线

图9 多触头造型主机设备

图10 多触头造型主机结构原理简图

2 错箱原因及措施

在分析过程中我们对产生错箱和垫箱的托框和销套关键配合尺寸进行了测量，并对错箱的影响因素进行了分析，如图11所示.

从鱼骨图分析中我们得出造成错箱的主要原因有几点：①托框上销孔间距离不等，4个销孔直线度超差；②型板安装不平，下面垫有杂物；③耐磨条磨损不一致；④销套磨损超差失效[3-4]等。解决措施为:①修整托框上定位孔位置；②加强型板安装的检查，保证平整；③控制耐磨条磨损后平面度（≤0.15 mm）；④加强磨损销套检查频次，对失效销套及时更换。

3 垫箱原因及措施

在分析过程中我们对产生垫箱的托框和销套关键配合尺寸进行了测量，并对垫箱废型的影响因素分析如图12.

从鱼骨图分析得出垫箱废型的主要原因有几点：设备定位设计不合理[5]（设备与砂箱间定位间隙过大，设备无中心定位），造型主机101平台未转到位即上升；销套结构不合理，配合间隙过小，销套松动脱落。解决措施：调整设备定位和101转台定位；改进销套结构，增大配合间隙[6-7]，增加弹簧垫圈防止销套脱落。

4 问题解决效果

根据上述原因分析我们对其中设备、托框和销套等进行了修整和结构改良，效果十分明显，图13为4个型板托框问题解决前后的错箱量情况，因为销套之间有配合公差和间隙，对于三级配合和配合销套很多的造型线来说错箱是不可避免的，客户对我公司的铸件错箱量要求标准为:曲轴铸件错箱量≤0.75 mm，凸轮轴铸件错箱量≤0.50 mm.从图13中可以看出各托框改进后效果明显，铸件错箱量尺寸被进一步收严。

从今年4月份开始我们陆续采取了解决垫箱问题的一些措施，效果十分明显，从表1中可以看出。

5 结束语

1）托框上中间销孔间距离和销孔直线度；型板安装是否平整，下面是否垫有杂物；耐磨条磨损是否一致，销套磨损是否失效是目前决定铸件错箱情况的几个关键因素。

图11 铸件错箱鱼骨图分析

图12 铸件垫箱废型鱼骨图分析

表1 小件造型线垫箱废型率（%）

2）设备定位设计，造型主机101平台转到位后上升；销套结构合理，配合间隙恰当，销套松动是否固定牢固是目前决定铸造垫箱废型情况的几个关键因素。

［1］吴光峰.铸造工艺工装设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1989.

［2］梅尔·库兹.材料选用手册［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［3］姜峰，李方义，李剑峰，等.装载机销轴磨损历程分析及其改进［J］.润滑与密封，2007（7）：132-135.

［4］蒙秋红，邓颖章，张丽.装载机销轴断裂分析［J］.失效分析与预防，2009，4（3）：156-160.

［5］李文成.机械装备失效分析［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

［6］杜文靖，王国强，崔国华，等.液压挖掘机工作装置铰点轴和轴套间隙计算模型［J］.农业机械学报，2007（8）：8-40.

［7］向锋，常连洲，李志青，等.销轴与轴套的最佳配合［J］.工程机械与维修，2008（7）：139.