專利名稱：高壓水射流鑄件清砂法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shè)備。
高壓水射流用于大型鑄件清砂工藝，在我國(guó)許多工廠已廣泛采用。這一技術(shù)與傳統(tǒng)的“水爆”，“噴丸”工藝相比，改善了勞動(dòng)條件，提高了清砂效率。但從已使用水射流清砂的實(shí)際情況來(lái)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(wèn)題。造成這些問(wèn)題的主要原因是落后的射流技術(shù)和操作工藝，設(shè)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(xù)射流技術(shù)。來(lái)自高壓泵的高壓水流，經(jīng)過(guò)噴桿，由噴咀噴出，形成高壓水連續(xù)射流，當(dāng)射流以高速?zèng)_向固體時(shí)，在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生一個(gè)極高的壓強(qiáng)，類似管道中的“水錘”，也類似一個(gè)小型炸彈的爆炸，這時(shí)液體將受到壓縮，開始沿固體表面流動(dòng)，沖擊壓強(qiáng)迅速降低，射流頭部呈現(xiàn)非壓縮狀態(tài)、產(chǎn)生所謂的“水墊”現(xiàn)象，使水射流的切割破碎能力降低。
本發(fā)明的目的就是用高壓水激振射流技術(shù)替代單一的高壓水連續(xù)射流技術(shù)應(yīng)用到水射流鑄件清砂生產(chǎn)工藝中，改變水射流的運(yùn)動(dòng)形式，減少普通連續(xù)射流沖擊靶物時(shí)的停滯載荷和水阻損失，增加水射流在物體表面的移動(dòng)速度，消除“水墊”效應(yīng)，使高壓水射流的沖擊壓強(qiáng)能量得到充分利用。同時(shí)設(shè)計(jì)一套實(shí)現(xiàn)高壓水激振射流鑄件清砂技術(shù)的機(jī)械化和自動(dòng)化的能夠自由調(diào)節(jié)靶距，靈活跟蹤靶物、提高落砂效率的設(shè)備，改善水力清砂的工作環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度。
高壓水激振射流鑄件清砂靠的是帶有微微振動(dòng)的高壓水射流的沖刷，楔劈及切割作用進(jìn)行的。經(jīng)過(guò)高壓泵產(chǎn)生的高壓水流，經(jīng)過(guò)噴桿，由噴咀噴出，形成一股能量高度集中的高速水流，同時(shí)噴咀隨噴桿產(chǎn)生高頻激振，形成高壓水激振射流。當(dāng)砂型及砂芯強(qiáng)度較低時(shí)，射流依靠其沖擊壓強(qiáng)大面積地將砂型及砂芯破碎剝落。當(dāng)砂型及砂芯強(qiáng)度較高時(shí)，射流像一把利斧一樣，將砂型劈裂開來(lái)，由于噴咀產(chǎn)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(dòng)。從而使射流作用在物體表面的連續(xù)穩(wěn)定載荷變成不連續(xù)沖擊載荷，使射流的沖擊壓強(qiáng)頻率增加，改變了射流對(duì)靶物表面的施載特性，使“水墊”效應(yīng)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(fù)鋸裂開來(lái)，加上劈楔作用，砂型上已經(jīng)形成的條條溝槽遂被迅速擠壓帳裂。同時(shí)落砂被水流帶走，完成清砂作業(yè)。
高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)是為鑄件適應(yīng)高壓水激振射流清砂要求而專門設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，水平伸縮機(jī)構(gòu)，垂直升降機(jī)構(gòu)，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(dá)，本體組件組成。當(dāng)進(jìn)水接頭通入高壓水時(shí)，在噴咀出口則產(chǎn)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(xù)高壓水射流。與此同時(shí)，油馬達(dá)在電液控制柜的控制下，帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，偏心軸帶動(dòng)連桿，使與連桿連接的擺桿軸做上、下高速擺動(dòng)，從而帶動(dòng)噴咀產(chǎn)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(diào)節(jié)油馬達(dá)的供油量，轉(zhuǎn)速，可改變噴咀切換激振頻率。全方位偏擺機(jī)構(gòu)，水平伸縮機(jī)構(gòu)，垂直升降機(jī)構(gòu)和電液控制柜的主要功能是保證高壓水激振射流器相對(duì)于固定座標(biāo)具有必要的四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)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(diào)整射流的靶距，適應(yīng)不同的射流沖擊方向等。垂直升降和水平伸縮兩個(gè)移動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)是按直角座標(biāo)系進(jìn)行組合，采用長(zhǎng)方形斷面的內(nèi)、外套筒作為導(dǎo)向裝置，在內(nèi)套筒內(nèi)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(gè)自由度能可靠的停留在確定的運(yùn)動(dòng)位置，不因外負(fù)荷大小而改變座標(biāo)位置，在油缸供、回路上均設(shè)置了鎖閉裝置。在垂直升降機(jī)構(gòu)的液控回路上裝有一個(gè)平衡閥，確保在自重的條件下無(wú)明顯下落。在水平伸縮機(jī)構(gòu)的液控回路上裝有雙向液壓鎖。俯仰和水平兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是將上、下俯仰運(yùn)動(dòng)與左、右側(cè)偏運(yùn)動(dòng)借十字聯(lián)接的內(nèi)外聯(lián)接圈綜合在一起，形成一個(gè)類似球鉸特性的雙關(guān)節(jié)式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組合而成。繞每一個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)是由兩個(gè)反接的小油缸並聯(lián)在一起同步操縱的。當(dāng)兩個(gè)通道的四個(gè)油缸同時(shí)動(dòng)作或兩兩順序工作時(shí)，即能向所需方向作適當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了保證運(yùn)動(dòng)位置的穩(wěn)定，不受外負(fù)荷的影響在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)通道的液控回路上加設(shè)雙向液壓鎖的鎖閉裝置。為適應(yīng)高壓水射流擺振噴射的功能要求，本裝置設(shè)有一個(gè)擺振控制通道，與油馬達(dá)相通，在通道上加設(shè)調(diào)速閥以保證擺振頻率能在一定范圍內(nèi)調(diào)整，並提高該通道的工作穩(wěn)定性能。電液控制柜內(nèi)設(shè)有五個(gè)運(yùn)動(dòng)通道的液壓控制閥，油箱，油泵和電機(jī)。各運(yùn)動(dòng)組件均由壓力油直接驅(qū)動(dòng)，工作壓力由五路控制閥上的調(diào)壓閥調(diào)節(jié)。壓力油經(jīng)手動(dòng)五路控制閥分別到各個(gè)分通道。在O位時(shí)，多路控制閥的內(nèi)油路處于卸荷回流狀態(tài)，此時(shí)液壓油不經(jīng)過(guò)有關(guān)節(jié)流裝置而直接回油箱。本高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)的高壓水密封結(jié)構(gòu)為O形圈和密封環(huán)重疊裝配在密封溝槽內(nèi)，密封環(huán)在O形圈的作用下受到預(yù)壓縮，隨著密封面介質(zhì)壓力的提高，O形圈進(jìn)一步的壓縮，使得密封表面上的壓力永遠(yuǎn)大于介質(zhì)的壓力，以此達(dá)到密封的目的。密封內(nèi)圈和外環(huán)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(yùn)裝置安放在回轉(zhuǎn)承送車上，回轉(zhuǎn)承送車可以水平自動(dòng)回轉(zhuǎn)360°。當(dāng)高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)開始清砂時(shí)，高壓泵將水箱中的常壓水抽出，并加壓，通過(guò)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(jī)構(gòu)的上、下運(yùn)動(dòng)，水平伸縮機(jī)構(gòu)的前后運(yùn)動(dòng)及全方位偏擺機(jī)構(gòu)的多方位復(fù)合運(yùn)動(dòng)，加之回轉(zhuǎn)承送車的大回轉(zhuǎn)，使噴射裝置對(duì)準(zhǔn)鑄件的任一角度，任一位置進(jìn)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(xù)射流切割破碎固體材料的參數(shù)基礎(chǔ)上遂步認(rèn)識(shí)高壓水射流的破碎規(guī)律后，形成的高壓水射流新類型。無(wú)論在理論上，還是在實(shí)踐中都表明在等能量條件下，高壓水激振射流與普通連續(xù)射流相比，可提高破碎效率40-60%。本發(fā)明把高壓水激振射流技術(shù)應(yīng)用到鑄件清砂中，改變了水射流的運(yùn)動(dòng)形式，減少了普通連續(xù)射流沖擊靶物時(shí)的停滯載荷和水阻損失，充分地利用了射流能量。相應(yīng)的機(jī)械化和自動(dòng)化的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自由調(diào)節(jié)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(huán)境，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(wěn)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(jìn)水接頭6O形密封圈7密封環(huán)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(dá)23本體組件圖3高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)總裝示意圖其中26高壓水激振射流器27全方位偏擺機(jī)構(gòu)28水平伸縮機(jī)構(gòu)29垂直升降機(jī)構(gòu)30電液控制柜圖4電液控制原理示意圖其中31俯仰、側(cè)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(dòng)五路液壓控制閥36液壓油箱37電機(jī)和油泵39銷閉裝置40調(diào)速閥41平衡閥圖5高壓水激振射流鑄件清砂設(shè)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(jī)45承送車46砂漿池47鑄件實(shí)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(nèi)置一穩(wěn)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(gè)滾針軸承座25，連桿13通過(guò)置于滾針軸承座內(nèi)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(guò)軸承16與偏心軸17連接。偏心軸17通過(guò)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(dá)22通過(guò)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(dá)22由擺振控制通道34與電液控制柜30的手動(dòng)五路液壓控制閥35相連，通道上設(shè)置一個(gè)調(diào)速閥40。高壓水進(jìn)水接頭5設(shè)在擺桿軸10下方，在進(jìn)水接頭和擺桿軸之間由裝在密封溝槽內(nèi)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(huán)7疊加在一起密封。高壓水激振射流器26通過(guò)法蘭由螺栓固定在全方位偏擺機(jī)構(gòu)27上。全方位偏擺機(jī)構(gòu)27是用內(nèi)外圈十字聯(lián)接形成一個(gè)球鉸似的雙關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)置四個(gè)兩兩反接並聯(lián)在一起的俯仰、側(cè)偏油缸31。在液壓油供，回路上設(shè)置雙向液壓鎖閉裝置39。垂直升降機(jī)構(gòu)29和水平伸縮機(jī)構(gòu)28均采用長(zhǎng)方形斷面的內(nèi)、外套筒作為導(dǎo)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(diào)整墊板修磨跑合保證，在內(nèi)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(nèi)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(dòng)面浮放在內(nèi)套筒的下底面上。水平伸縮機(jī)構(gòu)的外套筒中腹部與垂直升降機(jī)構(gòu)內(nèi)套筒的上端通過(guò)焊接式法蘭盤用螺栓固聯(lián)在一起。垂直升降機(jī)構(gòu)外套筒下端通過(guò)焊接式法蘭用螺栓與電液控制柜30固聯(lián)。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(jī)構(gòu)的供油路上設(shè)置鎖閉裝置39，在回路上裝一平衡閥41。在水平伸縮機(jī)構(gòu)的供、回油路上設(shè)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(jié)構(gòu)。內(nèi)框架將柜內(nèi)腔分為三層。底層左、中方位安置電機(jī)與油泵。中層左、中方位安置液壓油箱，上層為手動(dòng)五路液壓控制閥及其它液壓控制元件的布置空間。
本機(jī)性能工作壓力180-350流量140-150裝機(jī)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(yùn)動(dòng)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(cè)偏角度±30°;最大側(cè)偏速度15°/s;
復(fù)合偏轉(zhuǎn)角度360°，實(shí)施例2用實(shí)施例1中的高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)進(jìn)行大型機(jī)床鑄件清砂實(shí)驗(yàn)。將此清砂機(jī)的高壓水激振射流器26的噴咀1換成錐形和直線內(nèi)孔是用火花加工成的精細(xì)高效陶瓷噴咀。參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)床床身型砂性能參數(shù)見表1。
當(dāng)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(jī)44，通過(guò)精細(xì)高效陶瓷噴咀噴出，水射流以高速，激振射向安置在回轉(zhuǎn)承送車45上的鑄件47，由于垂直升降機(jī)構(gòu)的上、下運(yùn)動(dòng)，水平伸縮機(jī)構(gòu)的前后運(yùn)動(dòng)及全方位偏擺機(jī)構(gòu)的多方位復(fù)合運(yùn)動(dòng)，加之回轉(zhuǎn)承送車水平自動(dòng)的360°大回轉(zhuǎn)，使砂型和砂芯很快破碎剝落，流入砂漿池46中。整個(gè)清砂過(guò)程完畢。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

權(quán)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(chǎn)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(shè)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(jī)44，承送車45，砂漿池46組成;
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓水激振射流鑄件清砂設(shè)備，其特征在于高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)是由電液控制柜30，外套筒下端通過(guò)焊接式法蘭用螺栓與電液控制柜固聯(lián)的垂直升降機(jī)構(gòu)29，外套筒中復(fù)部與垂直升降機(jī)構(gòu)內(nèi)套筒上端通過(guò)焊接式法蘭用螺栓固聯(lián)在一起的水平伸縮機(jī)構(gòu)28，通過(guò)焊接式法蘭用螺栓與水平伸縮機(jī)構(gòu)固聯(lián)在一起的全方位偏擺機(jī)構(gòu)27，通過(guò)焊接式法蘭用螺栓與全方位偏擺機(jī)構(gòu)固聯(lián)在一起的高壓水激振射流器26組成;
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)，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(nèi)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(guò)軸承16相連接的偏心軸17，通過(guò)鍵15與偏心軸連接的由加有調(diào)速閥40的擺振控制通道34控制的油馬達(dá)22，擺桿軸下方由O形密封圈6加密封環(huán)7密封的高壓水進(jìn)水接頭5等部份組成;
5.根據(jù)權(quán)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(xì)高效陶瓷;
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4所述的高壓水激振射流器，其特征在于進(jìn)水接頭5與擺桿軸10之間的密封結(jié)構(gòu)采用的是密封環(huán)7和O形密封圈6重疊裝配在密封溝槽里;
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4、6所述的高壓水激振射流器，其特征在于進(jìn)水接頭與擺桿軸之間的密封結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求2、3所述的高壓水激振射流清砂機(jī)，其特征在于全方位偏擺機(jī)構(gòu)27是用內(nèi)外圈十字聯(lián)接的雙關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，內(nèi)置四個(gè)油缸31，在液壓供，回路上設(shè)置雙向液壓鎖閉裝置39;
9.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的高壓水激振射流清砂機(jī)，其特征在于垂直升降機(jī)構(gòu)29和水平伸縮機(jī)構(gòu)28采用長(zhǎng)方形斷面內(nèi)，外筒作為導(dǎo)向裝置，在內(nèi)套筒中裝有液壓油缸32、33。在供，回油路上設(shè)置液壓鎖閉裝置39和平衡閥41;
10.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的高壓水激振射流清砂機(jī)，其特征在于電液控制柜是由手動(dòng)五路液壓控制閥35，電機(jī)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(fā)明涉及的是一種利用高壓水激振射流技術(shù)清除鑄件表面型砂和芯砂的清砂方法及其設(shè)備。高壓水泵將水箱中的常壓水抽水，并加壓，通過(guò)高壓水激振射流鑄件清砂機(jī)的電液控制柜壓入產(chǎn)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(dòng)回轉(zhuǎn)360°的回轉(zhuǎn)承送車上的鑄件，由于垂直升降機(jī)構(gòu)的上、下運(yùn)動(dòng)，水平伸縮機(jī)構(gòu)的前后運(yùn)動(dòng)及全方位偏擺機(jī)構(gòu)的多方位復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使噴射裝置對(duì)準(zhǔn)鑄件的任一角度，任一位置進(jìn)行高效清砂。
文檔編號(hào)B05B9/04GK1045240SQ9010151
公開日1990年9月12日 申請(qǐng)日期1990年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月22日
發(fā)明者劉建卡 申請(qǐng)人:北京科學(xué)技術(shù)開發(fā)交流中心