汽車鑄件清理用自動拋丸清理滾筒的設(shè)計

徐金鴻

（濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東濟(jì)南 250022）

1 自動拋丸清理滾筒國內(nèi)探索歷程

圖1所示Q3110拋丸清理滾筒，于20世紀(jì)60年代初以STB2B拋丸滾筒為基礎(chǔ)在青島鑄造機(jī)械廠制造成功[6]，后又發(fā)展成機(jī)械化裝料的Q3113型拋丸清理滾筒[7]，歷年來有不少改進(jìn)[10～12]，配備的除塵器型式有各種各樣，但滾筒基本結(jié)構(gòu)未變。相對其他拋丸設(shè)備來說，由于其使用壽命長，工件一邊隨滾筒轉(zhuǎn)動翻轉(zhuǎn)，一邊又沿螺旋線向前移動翻轉(zhuǎn)，使得滾筒內(nèi)工件都能均勻清理的特點（參見圖1右），廣泛使用于機(jī)械制造企業(yè)的中小件拋丸清理。目前，我國幾乎所有鑄造機(jī)械制造廠都有生產(chǎn)出售，但是由于是人工裝卸料，丸砂分離不清，很少用于鑄造流水生產(chǎn)線上，而在一些汽車制造廠的維修部門卻可看到Q3110（或Q3113）的身影。

圖1 Q3110拋丸清理滾筒結(jié)構(gòu)圖

對清理工序自動化的探索和對其他鑄造工序自動化的探索是同步的，早在20世紀(jì)60代就開始了?，F(xiàn)在我國汽車工業(yè)的鑄件生產(chǎn)，在清理工序之前的工序都基本實現(xiàn)自動化了，但清理工序卻進(jìn)展不大。清理工序的自動化，關(guān)鍵是拋丸設(shè)備的自動化。在計劃經(jīng)濟(jì)時代，一汽曾在原蘇聯(lián)ДБ4型連續(xù)拋丸清理機(jī)基礎(chǔ)上組織自制，因只適用單品種鑄件而不適合一汽的多品種生產(chǎn)而廢止。上海中國紡織機(jī)械廠在20世紀(jì)60年代的技術(shù)革新運動中，工人們按照Q3110的結(jié)構(gòu)自制自用一臺在拋丸器端進(jìn)料、另一端出料的連續(xù)拋丸機(jī)，用于該廠多品種鑄件清理，清理的鑄件不合格時，就重新挑出來再清理，這樣堅持用了三年后廢棄。

圖2 自動連續(xù)拋丸清理滾筒

圖3 間隙生產(chǎn)自動拋丸清理滾筒

如圖2所示的是原濟(jì)南鑄鍛所于20世紀(jì)90年代在《中國鑄機(jī)》雜志上的廣告圖，相類似的機(jī)型也有用戶引進(jìn)的，使用效果也不是很理想。倒是圖3所示間隙式生產(chǎn)的傾斜拋丸滾筒，因能適用多品種工件拋九清理，首先于20世紀(jì)80年代由一汽鍛造廠引進(jìn)使用，后南京汽車制造廠鑄造廠灰鑄鐵車間也采用該拋丸滾筒[13]。青島鑄造機(jī)械廣正是看到了其使用價值，設(shè)計生產(chǎn)了一臺類似圖3的傾斜間隙式生產(chǎn)的拋丸滾筒[17]。一汽鍛造廠引進(jìn)該設(shè)備（圖3）時，正是一汽第二鑄造廠建廠之期，由于生產(chǎn)需求，曾約作者等人對該滾筒進(jìn)行測試[14]。經(jīng)參與測試者反復(fù)觀察和分析，（用示意圖出示在圖3的右上角）傾斜滾筒對鑄件的翻身，下層面的鑄件不能全部翻到上層，即不能全部上下層對換，而彈丸只從傾斜滾筒頂上拋下，因而拋丸打到上層比下層機(jī)會多些，因而清理不是很均勻。多品種的鑄件自動清理是很大的空白市場。由于用戶需求，于是各鑄造機(jī)械生產(chǎn)廠根據(jù)其原理紛紛研制。原青島三鑄機(jī)研制生產(chǎn)了Q3310型和Q6116型兩種自動拋丸滾筒[15、16]。2013年有關(guān)雜志報道如圖4所示的自動拋丸滾筒，據(jù)介紹加了擺動裝置，以增加翻身效課。

圖4 自動拋丸滾筒

2 自動拋丸清理機(jī)的形成

作者是ДБ4的調(diào)試和“中紡機(jī)”問題解決人員之一，設(shè)想各種方案試圖解決這一難題，早年曾提出振動自動連續(xù)拋丸清理方案，設(shè)計出Q548型振動槽連續(xù)式拋丸落砂清理機(jī)圖紙，由漯何鑄機(jī)試制成動，并通過鑒定，但因噪音大，推廣應(yīng)用也不是很理想[17]。1992年我退休后，又設(shè)想一邊進(jìn)料另一邊卸料，用輥輪翻動鑄件的輥輪拋丸機(jī)，后因種種原因自費研制而失敗了。在不斷的探索實踐中使我認(rèn)識到，承載和翻動鑄件機(jī)構(gòu)依然要采用原來成熟使用的技術(shù)，Q3110拋丸滾筒廣泛使用在中小鑄件拋丸清理上，相對別的拋丸清理設(shè)備使用壽命長，工件有園周和軸向兩個方向翻身，沒有死角，四周六面襯以硬質(zhì)鑄造抑板，彈丸反射效果好，清理質(zhì)量好，適應(yīng)廣。不少鑄造車間（廠）用它清理減速器箱體、發(fā)動機(jī)缸體零件（這種大件是裝一件或最多二件），安徽公路機(jī)械修配廠就是用Q3110清理發(fā)動機(jī)缸體的[10]，但是只能用在機(jī)械修配這一類機(jī)械廠的鑄造車間的箱體、缸體類鑄件拋丸，為適用汽車發(fā)動機(jī)缸體的高生產(chǎn)率的自動拋丸清理，就要將QZ3110的滾筒機(jī)構(gòu)按比例放大，起碼配用四臺拋丸器才能適應(yīng)。由圖1可知，若在一端頭裝兩臺拋丸器，除將滾筒放大外，要縮小拋丸器體積，不能采用目前Q2110上的拋丸器。文獻(xiàn)[4][5]就是為解決縮小拋丸器體積而作的淮備，再就是回用彈丸必須要過篩和采用完善的分選系統(tǒng)。

QZ3116大形自動拋丸清理滾筒能用於缸體清理，并具有對回收彈丸過篩和完善的分選系統(tǒng)，其原理如圖5所示。在拋丸工序時，滾筒的門口轉(zhuǎn)到垂直向上位置，用機(jī)械手將門板下降，合在裝滿料的滾筒門口上，然后機(jī)械手空手升起，脫離滾筒后，再開動承載工件的滾筒邊轉(zhuǎn)動翻身，邊接受拋丸器拋丸；在卸料工序時，是在拋丸合格后，滾筒的門口又剛好轉(zhuǎn)到垂直向上，機(jī)械手下降打開門，並吊起門板，裝滿料的滾筒在敞開門的條件下再依舊轉(zhuǎn)動，每次轉(zhuǎn)到底下時，料就落到其底下的輸出運輸帶上運出，是邊轉(zhuǎn)動邊卸料；在裝料工序時，是卸完料的滾筒門口轉(zhuǎn)到15度處，在大批量多品種自動流水作業(yè)情況下，是由運輸帶來料預(yù)先儲在料斗，用氣缸打開料斗底，加入滾筒中拋丸，在小批單工序生產(chǎn)情況下，是用環(huán)鏈葫蘆預(yù)先舉起加入固定料斗中，仍安上述過程加入滾筒中拋丸，之后，再次轉(zhuǎn)到垂直向上，機(jī)械手將門板下降合在其門口上，然后機(jī)械手空手升起，這時關(guān)上門的滾筒，便進(jìn)入拋丸工序了，拋丸工作重復(fù)下去。

圖5 自動拋丸清理滾筒原理圖

滾筒在拋丸工位時，其對工件拋丸作業(yè)與Q3110拋丸滾筒對工件拋丸作業(yè)的狀況完全是一樣的，因而其拋丸清理效果也就是一樣的了，而且，一邊進(jìn)料另一邊出料，兩端拋丸，周向翻身、兩軸向往中間翻身共有三個方向翻身（參見圖6右上角圖），既可適用于多品種單工序工件拋丸，也適用于多品種鑄造自動流水線上自動拋丸清理。滾筒的裝卸料門口不是很大，工件進(jìn)出口由料柱決定設(shè)計的。料口小，加上滾筒內(nèi)由抽風(fēng)形成負(fù)壓，滾筒內(nèi)腔容積為3.3 m3，而通風(fēng)的抽風(fēng)量是為1 m3/s，停拋丸3 s以后帶粉塵的空氣就被抽走，加上料斗底和出料運輸帶都靠近滾筒，粉塵不會外逸了，防塵性能好。因為它有四臺大拋丸量拋丸噐，在用于大批大量多品種自動化拋丸生產(chǎn)時，其生產(chǎn)率（以調(diào)整拋丸器拋丸量來調(diào)試滾筒生產(chǎn)率）可放便調(diào)試到流水線生產(chǎn)率配匹，送來的工件先存在料斗中，等上一批工件拋丸合格，卸出后，一起加入滾筒中拋丸。在單件小批生產(chǎn)時，用小車運送，先存在料斗中，同上一樣，一起加入滾筒中拋丸。

對于自動拋丸滾筒，已設(shè)計出QZ3110、QZ3112等較小規(guī)格的，其介紹性文章（包括采用的新拋丸器文章）刊登在有關(guān)雜志上。

本文僅介紹QZ33116型自動拋丸滾筒，適用于汽缸體的清理，當(dāng)然也適用于一般中小鑄件的清理，滾筒內(nèi)護(hù)板鋪7目以下鋼絲網(wǎng)，可拋丸強(qiáng)化φ3 mm 以下的小弾簧件[1～5]。

3 QZ33116型自動拋丸清理滾筒簡介

3.1 滾筒結(jié)構(gòu)

能夠用于拋丸清理汽車發(fā)動機(jī)汽缸體的QZ3116型拋丸清理滾筒的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 QZ3116型自動拋丸清理滾筒技術(shù)參數(shù)表

QZ3116自動拋丸清理滾筒的結(jié)構(gòu)圖見圖6所示，左邊的用于小批單工序生產(chǎn)，右邊的是大批量自動流水生產(chǎn)，兩者的結(jié)構(gòu)除加料機(jī)構(gòu)有一增一減外，其余都是一樣的。小批生產(chǎn)的加料機(jī)構(gòu)的翻斗，原始狀態(tài)的加料斗處于地面，加料小車置于翻斗中，并卡在翻斗中，用環(huán)鏈葫蘆升起，將料預(yù)先存在固定構(gòu)架上料斗。加料時，用氣缸將料斗的活動底打開，料斗中的料（工件）便裝入滾筒中。卸料時，用小車出料；用于自動流水生產(chǎn)時，由運輸帶從上工序不間斷來料，置于固定構(gòu)架上的料斗中存放積聚。加料時，也是由氣缸打開固定加料斗的活動底，工件流入滾筒中，卸料時，滾筒門打開，邊轉(zhuǎn)動邊卸料，用皮帶出料，運到下道工序。滾筒的左右兩端都按裝有電機(jī)直聯(lián)大拋丸量拋丸器（與圖1所示的Q3110一樣）各2臺，共4臺，與Q3110相比拋丸器數(shù)量和拋丸量都增加了四倍，加大了拋丸生產(chǎn)率，縮短了拋丸清理時間，可用于鑄造流水生產(chǎn)線上，實現(xiàn)清理工序自動化。

3.2 適用范圍

圖6 QZ3116自動拋丸清理滾筒結(jié)構(gòu)圖

我國的汽車鑄件一般為多品種大批量生產(chǎn)，QZ3116自動拋丸滾筒不但能適應(yīng)一般汽車鑄件，也能適應(yīng)轎車和輕卡的缸體、缸蓋、后橋等重要的汽車鑄件（用于缸體類大件，料斗可作變動）。在鑄造生產(chǎn)線上若配用它，一次清理1～2件，在滾筒帶動下邊作臥式旋轉(zhuǎn)，邊拋丸，將彈丸打入缸體內(nèi)腔和水套內(nèi)，使水套中的型砂清理干凈，可替代價格昂貴的鼠籠拋丸清理，并達(dá)到自動作業(yè)的目的，這一設(shè)想是否可能呢？文獻(xiàn)[10]作了肯定回答，很多機(jī)械維修廠（車間）用Q3110（或Q3113）拋丸滾筒清理缸體、箱體這類零伴，也有工廠將缸體、箱體這類件裝在鼠籠中再置于拋丸滾筒中拋丸的，有利于工件滾動和翻身，由于四周六面都有反射彈丸，清理效果比傳統(tǒng)鼠籠拋丸機(jī)好。對于水暖管件，生產(chǎn)批量大、形狀復(fù)雜有內(nèi)腔（拋丸要能打到孔徑內(nèi)壁），產(chǎn)品混雜（一造型線多造型機(jī)產(chǎn)品各異，還有用組合型板造型），薄壁怕撞工件（QZ3116自動拋丸滾筒內(nèi)壁護(hù)板可襯一層耐磨橡膠或耐磨塑料）和細(xì)小工件（如φ3 mm×20 mm小彈簧的拋丸強(qiáng)化，這時在滾筒內(nèi)壁護(hù)板上鋪上7目以下鋼絲網(wǎng)），選用圖6右所示的連續(xù)生產(chǎn)QZ3116自動拋滾筒都能適應(yīng)。由輸送帶來料（自動生產(chǎn)）或用地面的翻斗舉起（單工序生產(chǎn)），先預(yù)存料斗中，等加滿一料斗（也是一次拋丸量）后，等滾筒中上一批工件拋丸合格并卸完后加入滾筒中拋丸清理。拋丸清理需要一定的時間，因此拋丸時間和工件送到加料斗的時間兩者在機(jī)器調(diào)試時要調(diào)試合適。拋丸合格的工件卸到“出”料輸送帶，將工件運輸出去。這樣按排后，就保證了連續(xù)性。

3.3 QZ3116自動拋丸清理滾筒的部件結(jié)構(gòu)

（1）滾筒部件結(jié)構(gòu)。滾筒基本結(jié)構(gòu)是采用兩個Q3110滾筒放大后對接而成（見圖1和圖7），Q3110是用有效尺寸400 mm的護(hù)板2圈，每圈六塊組成，而本滾筒是用有效尺寸400 mm的護(hù)板4圈，每圈十二塊（包括門上護(hù)板）組成，其內(nèi)徑由1 000 mm改為1 600 mm，結(jié)構(gòu)上兩者完全一樣。Q3110滾筒的結(jié)構(gòu)為眾所知，因此本滾筒的結(jié)構(gòu)就不多介紹。本滾筒園周上開口，配上門板，用機(jī)械手開關(guān)（參見圖10），滾筒的兩端與Q3110一樣對稱地各裝二臺圖8所示的電機(jī)直聯(lián)拋丸器，共四臺，相比Q3110的一臺拋丸器，拋丸效率就高四倍。這臺拋丸滾筒要求既能拋丸（強(qiáng)化）小至φ3 mm×20 mm的小彈簧，又能拋丸（清理）小汽車發(fā)動機(jī)缸體，在拋小彈簧時，護(hù)板鋪以7目以下的鋼絲網(wǎng)保證彈丸（這時用的彈丸是小于l mm）能 夠 溜（流）下去，而小彈簧溜不下去。采用大直徑滾筒，強(qiáng)化小弾簧，可減小工件（小弾簧）的厚度，有利強(qiáng)化。再是用硬橡膠或硬塑料護(hù)板，可減小噪聲。

（2）拋丸器結(jié)構(gòu)。由圖8所示，大拋丸量的拋丸器三大特點分別是：①葉輪內(nèi)徑大；②葉片長度可短；③用四輥分丸輪［4～5］。本拋丸器葉輪的葉片在其轉(zhuǎn)速為3 000 r／min和其內(nèi)徑120 mm條件下設(shè)有62 mm×90 mm和62 mm×130 mm兩種長度，導(dǎo)至葉輪直徑有φ300 mm和φ380 mm兩種，分別用于強(qiáng)化φ3 mm×20 mm的小彈簧和拋丸缸體。其分丸輪用的是四棍式的。因為體積小，在放大后的滾筒端部就可裝兩臺這樣的拋丸器了。

圖7 滾筒部件圖

圖8 拋丸器

（3）傳動系統(tǒng)和機(jī)座。本拋丸滾筒的傳動系統(tǒng)保留了Q3110拋丸滾筒傳動系統(tǒng)的特點，除拋丸器和副機(jī)另有動力外，其滾筒轉(zhuǎn)動，彈丸回收、過篩、提升、分離只用一個動力傳動。這是因為滾筒本身就有彈丸回收功能，滾筒一轉(zhuǎn)就有彈丸輸出，因而滾筒轉(zhuǎn)動時就要求整個彈丸回收糸統(tǒng)也要工作，將滾筒轉(zhuǎn)動而輸出的彈丸放到分離器下的彈丸箱中（參見圖9和圖11所示），傳動箱5的動力從主動傳動軸2的右端的一對輸入鏈輪付6輸入，主動傳動軸2便工作，其上一對托輪帶動滾筒轉(zhuǎn)動外，還有它的左端上一對輸出鏈輪付7帶動傳動彈丸回收的螺旋傘齒輪付8，使螺旋傘齒輪8的同一根軸上的彈丸回收螺旋、滾筒篩、提升機(jī)下皮帶輪一起轉(zhuǎn)動起來，便可以回收彈丸、過篩（去掉廢砂和碎鐵，鐵氧化皮）、傳動提升皮帶，提升過篩后彈丸到分離器分離粉塵、廢砂、碎丸，再由供丸閥供拋丸器拋丸。本滾筒的機(jī)座和Q3110滾筒的整體機(jī)座不同，它分左、右兩個機(jī)座，支承主動、從動傳動軸，讓開中間具有一空間，可裝一工件輸出運輸帶，把拋丸后合格的工件在滾筒（門打開狀態(tài)下）旋轉(zhuǎn)過程中卸下，落在這運輸帶上，輸送到下道工序。

（4）門升降機(jī)構(gòu)。門升降機(jī)構(gòu)見圖10所示，它由機(jī)械手升降傳動箱1，夾緊傳動箱2，門板3，門銷4組成。在滾筒的門處在垂直向上時，升降機(jī)均的機(jī)械手升降傳動箱1傳動機(jī)械手下降，夾緊門板3上的門銷4一端，便拔出門銷4，并咬緊門板后升起便打開門，然后提升離開滾筒，于是滾筒可自由轉(zhuǎn)動，使其門口轉(zhuǎn)到加料處，加料；拋丸后轉(zhuǎn)到卸料處，卸料。加完料的滾筒門口轉(zhuǎn)到垂直向上處，門升降機(jī)構(gòu)將機(jī)械手上的門板3降下，合1在滾筒門口上，并用門銷4將門板3鎖緊在滾筒上后，門升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械手再空手升起，脫離滾筒，滾筒就可邊轉(zhuǎn)動翻身工件邊拋丸，直到拋丸合格。

圖9 傳動系統(tǒng)和機(jī)座

（5）彈丸循環(huán)機(jī)構(gòu)（圖11所示）。Q3110的彈丸循環(huán)機(jī)構(gòu)是靠滾筒裝拋丸器的一端的周向葉片斗完成的，它既收集回用彈丸，又提升到料斗分離回用，因而其沒有另設(shè)動力。但是，其回收彈丸沒有過篩，分離過于簡單。QZ3116拋丸滾筒保留其特點，改進(jìn)其缺點，也沒有另設(shè)動力，和滾筒用的同一動力。圖11所示的QZ3116拋丸滾筒的彈丸循環(huán)傳動系統(tǒng)已由圖9表示，它由傳動箱輸出動力→輸入鏈輪付→主動傳動軸→輸出鏈輪付→傳動到裝在回收螺旋進(jìn)端的傘齒輪，于是圖11所示的丸回收螺旋1工作，便將回收彈丸混合物經(jīng)過滾筒篩過篩后送到提升機(jī)3的下皮帶輪底部，滾筒篩和提升機(jī)下皮帶輪是裝在回收螺旋末端的，回收螺旋工作，提升皮帶上的提升斗也就工作了，將回收彈丸提升便被送到分離器4分離雜質(zhì)回用，通風(fēng)系統(tǒng)9是聯(lián)在提升機(jī)3外殼上，它由分離器分離通風(fēng)、滾筒通風(fēng)兩路組成。由于提升機(jī)3殼體和回收螺旋殼體又可作為通風(fēng)管道，滾筒的通風(fēng)由它完成。

（6）加料機(jī)構(gòu)。圖12所示的是加料機(jī)構(gòu)，分單工序生產(chǎn)用和自動流水生產(chǎn)用兩種。單工序生產(chǎn)用的有翻斗及其附件（參見圖 12 左 1、4、5、7），裝滿工件小車7置于翻斗6中，環(huán)鏈葫蘆1將帶著小車的翻斗6吊起、倒入固定料斗3中儲存，加料時，氣缸打開料斗動底，工件進(jìn)入滾筒中拋丸；自動流水生產(chǎn)用的只有固定料斗（圖12右）沒有翻斗及其附件，料（工件）是用運輸帶將工件不間斷地送入固定的料斗中，如前述，在加料時用氣缸打開固定料斗的活動料斗底，使工件流入滾筒中拋九。

圖10 門升降機(jī)構(gòu)

圖11 彈丸循環(huán)系統(tǒng)

4 后記

一般新產(chǎn)品研制過程是設(shè)計→試制→試驗→修改設(shè)計→修改制造……直到好用，投入便用以后還要不斷修改。QZ3116自動拋丸滾筒設(shè)計的過程中，經(jīng)多方請教調(diào)研，再考慮改造用BE分離器代替簡易分離器，然后考慮回收彈丸要過篩，要既能適用于中小鑄件，又要能強(qiáng)化φ3 mm×20 mm小彈簧，更要能適用于箱體缸體，最后設(shè)計出螺旋輸送器收集彈丸，過篩后斗式提升機(jī)提升到BE型分離器分離出回用彈丸。在此作者說一句，此自動拋丸滾筒的設(shè)計圖紙距制造廠實際生產(chǎn)可能尚有一定的距離，但也是在目前國內(nèi)外都廣泛使用的Q3110拋丸滾筒的基礎(chǔ)上，保留其70%零件不變的條件下修改設(shè)計而成的，因而這“紙上談兵”的電子版圖紙還是有一定的可靠性的。

圖12 加料機(jī)構(gòu)

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