自动混砂系统的双组份树脂定量装置的设计与应用

宋保华，刘 霞，杨启帆，温松明，周存堂

（1.第一拖拉机股份有限公司 制造工程中心，河南洛阳 471004；2.第一拖拉机股份有限公司 铸锻厂，河南洛阳 471004）

0 前言

双组份树脂砂自动混砂系统由砂加热、砂定量、树脂配送、树脂定量、树脂加热、混砂机等部分组成，用于配套冷芯盒制芯机使用，实现现混现用。与传统的离线混砂相比，自动混砂系统与冷芯盒制芯机联锁使用，对提高生产效率、稳定砂芯质量具有积极的促进作用。

用于冷芯盒的双组份树脂砂是经过混砂装置把芯砂和两种成分的树脂按一定比例混合而成的一种铸造砂模用砂，Ⅰ组份为酚醛树脂，Ⅱ组份为聚异氰酸酯。冷芯盒芯砂的混制要求两种树脂定量准确，过低会造成强度不足，过高会造成发气量增大和成本的浪费。

在自动混砂系统中，要求树脂定量装置可靠性高，重复稳定性好。当前的定量加料方式分为5种：容积式、流量式、称重式、混合式和组合式[1-3]。与容积式定量加料相比，后3 种定量方式均存在的问题是增加了加料、称重计量和投料三个环节，增加环节的同时也带来了装置结构比较复杂、加料装置可靠性降低、维修保养不方便、抑制了定量加料的生产速度、降低了工作效率等一些问题[4，5]。在树脂定量中，流量式即流量时间控制方法也较为常用，采用定量泵依靠时间定量完成，但受树脂本身粘度高、易变性结块、流动性不稳定及定量泵系统结构特点的影响，经常受定量泵打空、泵体内积料固化、负载波动等因素影响，会造成定量精度不够、稳定性差等问题[6]。目前在工业上常用的容积式定量为螺旋定量加料装置和应用场合不多的定量孔分配定量装置的两种形式，螺旋定量加料装置是一种无挠性牵引构件的连续输送设备，借助旋转螺旋叶片的推力将物料沿着机槽进行输送，虽然该装置具有结构简单、工作效率高、输送密闭的优点，但适宜输送散落性好、干燥的颗粒状或者粉体颗粒物料，同时也存在定量准确度低、稳定性差等不足，因此不适合具有粘性的铸造树脂类流体的精确定量[4，5，7]。孔分配定量装置通过设置上、下固定片，每个固定片上设有多个孔，每次定量由电机转动一定角度，带动定量转子转动，上、下不同孔径的定量孔联通，实现定量孔对液体进行定量分配，由于树脂具有一定的粘性，仅靠自重流经竖直通孔时，会有部分树脂粘连在孔壁上，在后面的工作中存在计量不够准确的问题[8]。

在实际生产中，定量精度不够、稳定性差等问题长期以来一直没有得到很好地解决，不仅会造成树脂的浪费，而且也会造成铸造砂芯的废品率上升。因此，该问题仍然是一个亟待解决的难题。

1 注射式树脂定量装置的技术方案

为了解决上述存在的问题，研究了一种用于冷芯盒自动混砂系统的注射式双组份树脂定量装置[9]，所采用的技术方案为：该双组份树脂定量装置共设两套，用于给自动混砂系统的混砂机供给双组份树脂，定量装置的进口端分别联接树脂罐，出口端分别接入混砂机，如图1 所示。该双组份树脂定量装置包括Ⅰ组份定量装置和Ⅱ组份定量装置。Ⅰ组份定量装置包括编码器、驱动电机、减速箱、电动螺旋推杆、伸缩杆、联接体、定量缸杆、定量缸、活塞、单向阀a、单向阀b、树脂定量管道、树脂罐以及电控系统，其中，驱动电机经减速箱变速后，由编码器计数，将编码器的脉冲信号转换为位移量来控制容积的定量，进而驱动电动螺旋推杆、伸缩杆、联接体、定量缸杆以及活塞在定量缸内按制定行程一同往复移动，当抽吸树脂时，单向阀b打开，树脂由树脂定量管道从树脂罐经过单向阀b 流入定量缸，当向混砂机注射树脂时，单向阀a打开，树脂由树脂定量管道从定量缸经过单向阀a供给于混砂机。

图1 注射式双组份树脂定量装置机构示意图

Ⅱ组份定量装置的结构以及树脂抽吸、注射步骤与Ⅰ组份定量装置相似。该混砂系统采用两套定量装置是为了能同步将Ⅰ组份、Ⅱ组份注入混砂机14 进行充分混合，该形式可节省树脂注入的时间、提高生产效率，同时可有效地避免树脂在混砂前的固化。

2 注射式树脂定量装置的工作过程及原理

双组份自动加入过程：当树脂罐13 内的浮子液位计16 显示低液位时，打开截止阀a18、截止阀b20，树脂加入泵19 开始工作，使树脂桶21 内的Ⅰ组份通过树脂加入管道17 加入树脂罐13 内，当液位达到要求时，树脂加入泵19 停止工作，关闭截止阀a18、截止阀b20，完成本次Ⅰ组份的加入；树脂罐13′的Ⅱ组份加入步骤同上。

双组份自动定量供应过程：驱动电机2 转动，经减速箱3 减速后，由编码器1 计数，驱动电动螺旋推杆4、伸缩杆5、联接体6、定量缸杆7 以及活塞9 一同往复移动，使定量缸8 内腔体P 的体积发生变化，以此进行树脂的抽吸和注射。当沿抽吸运动方向A 移动时，单向阀b11 打开，Ⅰ组份由树脂定量管道12 从树脂罐13 经过单向阀b11 流入定量缸，流入量的大小由控制系统将编码器的脉冲数转换为位移量，再折算为满腔体P 的体积，以此为定量依据。当活塞行程达到d 时，Ⅰ组份在腔体P 的容量达到设定量时，单向阀a10 打开，活塞9 等附件沿注射运动方向B 移动，Ⅰ组份由树脂定量管道12 从定量缸8 经过单向阀a10 供给于混砂机14；与此同时，驱动电机2′、编码器1′ 和减速箱3′ 在电控系统的控制下，驱动电动螺旋推杆4′、伸缩杆5′、联接体6′、定量缸杆7′ 以及活塞9′在定量缸8′ 内按制定行程往复移动，当沿抽吸运动方向A 移动时，单向阀d11′ 打开，Ⅱ组份由树脂定量管道12′ 从树脂罐13′ 经过单向阀d11 流入定量缸,当活塞行程达到d′ 时，Ⅱ组份在腔体P′ 的容量达到设定量时，单向阀c10′ 打开，活塞9′ 等附件沿注射运动方向B 移动，Ⅱ组份由树脂定量管道12′从定量缸8′经过单向阀c10′供给于混砂机14；当Ⅰ组份、Ⅱ组份注入完成后，开始在混砂机14 内混合。

3 结论

针对在实际生产中树脂定量精度不够、稳定性差的问题，本文设计了一种双组份树脂定量装置：通过采用编码器，将编码器的脉冲信号转换为位移量来控制容积的定量方式，解决了铸造树脂类等流体控制精度低的问题，从而减少树脂的浪费，降低了铸造砂芯的废品率，提高了砂芯的质量稳定性；同时编码器安装、维护、损耗成本低，使用寿命长；设计的注射式加料方式，通过电控系统控制单次注射时间，解决了树脂加入不稳定的问题；设置的单向阀能实现在本周期供应结束后树脂定量管道自动关闭，避免了树脂与空气接触而造成的空气管道内树脂硬化。该装置定量精确、运行可靠、自动化程度高、调节方便，已在本单位应用且运行良好，可推广应用。