粘土濕型砂造型機(jī)發(fā)展概述

朱吉祿

(中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司,北京 100089)

1 造型機(jī)發(fā)展概況

1.1 發(fā)展簡(jiǎn)述

粘土濕型砂（Green Sand）機(jī)器造型首創(chuàng)于1837年，已跨越三個(gè)世紀(jì)。濕型砂造型機(jī)的發(fā)展一直延綿不斷，波瀾不驚，且始終圍繞著分型面硬度的提高及其分布的均勻，透氣性的改善所展開(kāi)。分型面硬度的提高，歷經(jīng)0.25M Pa～0.4MP a的中低壓和0.7MPa及其以上的高壓，兩個(gè)歷史時(shí)期地不斷發(fā)展，已分出伯仲，順應(yīng)生產(chǎn)的需要、技術(shù)的進(jìn)步。緊實(shí)強(qiáng)度曲線的分布，通過(guò)緊實(shí)方式地不斷改進(jìn)創(chuàng)新，歷經(jīng)“背松面緊、背緊大于面緊、背緊小于面緊”三種狀態(tài)的甄別，其背松面緊狀通氣性好但浮砂棄用量大、背緊大于面緊狀通氣性差，相形見(jiàn)絀，唯有背緊小于面緊狀綜合性能俱佳，其透氣性、硬度及均勻性分布問(wèn)題都得以完美解決。與此同時(shí)，砂箱、脫箱（無(wú)箱）兩類相映成趣的造型機(jī)，也得以相應(yīng)發(fā)展，當(dāng)然重點(diǎn)是圍繞量大面廣的砂箱造型所展開(kāi)，不過(guò)脫箱造型亦曾一度名聲大噪。

1.2 中低壓造型發(fā)展

粘土濕型砂中低壓造型發(fā)展時(shí)期，自1837年至2000年歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)163年之久，方告了結(jié)。曾歷經(jīng)1837～1889年人力機(jī)型、1869～1908年機(jī)動(dòng)機(jī)型、1897～2000年氣動(dòng)（壓縮空氣）機(jī)型三個(gè)發(fā)展階段，使分型面的硬度達(dá)到了55～75左右GF單位，且砂型三種緊實(shí)強(qiáng)度曲線俱全。呈背松面緊狀的緊實(shí)方式分別為人力震實(shí)、機(jī)械震實(shí)、氣動(dòng)震實(shí)三種;呈背緊大于面緊狀的緊實(shí)方式分別為人力壓實(shí)、機(jī)械壓實(shí)、氣動(dòng)壓實(shí)三種；呈背緊小于面緊狀的緊實(shí)方式分別為機(jī)震+壓實(shí)、氣震+輔助壓實(shí)（簡(jiǎn)稱震壓）兩種。其輔助壓實(shí)，還移植了20世紀(jì)70年代高壓造型主動(dòng)隨形多觸頭，以替代被動(dòng)式平壓頭，改善緊實(shí)曲線的分布狀態(tài)，使氣動(dòng)震壓式造型機(jī)登上了新臺(tái)階，十分難能可貴。中低壓類造型機(jī)的發(fā)展脈絡(luò)概況，如表1所示。

1.3 高壓造型發(fā)展

粘土濕型砂高壓造型發(fā)展時(shí)期，自1949年至今，歷時(shí)半個(gè)世紀(jì)，歷經(jīng)初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)三個(gè)發(fā)展階段，并形成高壓造型簡(jiǎn)易同質(zhì)化創(chuàng)新、沖壓造型競(jìng)相爭(zhēng)鳴創(chuàng)新兩個(gè)高潮期的發(fā)展。這兩個(gè)創(chuàng)新高潮，分別發(fā)生在20世紀(jì)50年代和80～90年代，使分型面的硬度達(dá)到了85～98 GF單位，相對(duì)合理的新機(jī)型得以不斷涌現(xiàn)，三種緊實(shí)強(qiáng)度曲線也一應(yīng)俱全。呈背緊大于面緊狀的造型機(jī)為高壓（液壓）法及其衍生型，呈背松面緊狀的造型機(jī)為氣沖法及其衍生型，呈背緊小于面緊狀的造型機(jī)分別為型板逆向液壓法、氣沖+壓實(shí)（以下簡(jiǎn)稱沖壓）法。其型板逆向壓實(shí)法，是高壓壓實(shí)法技術(shù)創(chuàng)新的最高境界；沖壓法，是氣沖法衍生創(chuàng)新形式的完美體現(xiàn)。高壓類造型機(jī)的發(fā)展脈絡(luò)概況，如表2所示。

表1 粘土濕型砂中低壓類造型機(jī)發(fā)展脈絡(luò)表

1.4 脫箱造型發(fā)展

粘土濕型砂脫箱（無(wú)箱）造型的發(fā)展，主要體現(xiàn)在現(xiàn)代，歷經(jīng)垂直型面和水平型面兩種形式的爭(zhēng)鳴，各有所長(zhǎng)，各得其所。垂直型面，歷經(jīng)射砂+壓實(shí)（以下簡(jiǎn)稱射壓）法、沖壓法的發(fā)展。水平型面，歷經(jīng)氣動(dòng)震壓法、液壓法、射壓衍生法等方式的競(jìng)相發(fā)展，略顯悠久。濕型砂脫箱造型工藝，不以緊實(shí)強(qiáng)度曲線的分布狀態(tài)論短長(zhǎng)，其機(jī)型的發(fā)展脈絡(luò)概況，如表3所示。

表2 粘土濕型砂高壓類造型機(jī)發(fā)展概況表

表3 粘土濕型砂脫箱類造型機(jī)發(fā)展概況表

2 中低壓造型機(jī)

表1中，跨越三個(gè)世紀(jì)的濕型砂中低壓造型機(jī)之人力機(jī)型、機(jī)動(dòng)機(jī)型已慢慢消失在歷史發(fā)展的長(zhǎng)河之中，無(wú)以尋覓。但氣動(dòng)機(jī)型于20世紀(jì)50～70年代仍風(fēng)靡于全世界，并被我國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)型譜，其震實(shí)式、壓實(shí)式、震壓式的系列代碼分別為XZ2、XZ3、XZ1，且沿襲至今。更有甚者，蘇州鑄造機(jī)械廠別出心裁，將高壓造型機(jī)主動(dòng)隨型多觸頭這項(xiàng)技術(shù)，移植到了震壓式機(jī)型之上，并于2000年在北京國(guó)際鑄造展覽會(huì)上展出，使本已落伍的機(jī)型煥發(fā)出了青春，也讓業(yè)界為之一振。

震壓式造型機(jī)一旦移植了主動(dòng)隨型多觸頭之后，可想而知那就今非昔比了，對(duì)模樣高低起伏較大、型腔比較復(fù)雜鑄型的生產(chǎn)，對(duì)批量小、品種多、產(chǎn)量不大機(jī)械化造型線主機(jī)的選擇，便可助一臂之力，以拾遺補(bǔ)缺。

2000年北京國(guó)際鑄造展覽時(shí)，正值援緬農(nóng)機(jī)廠（手扶拖拉機(jī)）鑄鐵車間機(jī)械化造型線主機(jī)的選擇，處于兩難境地，高壓造型機(jī)效率太高，而不可攀，震壓式造型機(jī)檔次過(guò)低，而不能就，一籌莫展。主動(dòng)隨型多觸頭震壓式造型機(jī)的展出，則使得袖珍式援緬農(nóng)機(jī)鑄鐵車間的工藝設(shè)計(jì)得以妥善解決，并成為整個(gè)援建項(xiàng)目的亮點(diǎn)，而獲得高度點(diǎn)贊。

3 高壓壓實(shí)造型機(jī)

3.1 高壓壓實(shí)簡(jiǎn)述

為滿足鑄件尺寸精度和品質(zhì)的提高，采用緊實(shí)力高的造型機(jī)，提高砂型硬度勢(shì)在必行，于是借鑒三梁四柱液（油）壓機(jī)工作原理的高壓造型機(jī)，至1949年便得以首創(chuàng)。但由于造型機(jī)壓頭的行程較短、載荷相對(duì)較小，勿需采用活動(dòng)橫梁進(jìn)行導(dǎo)向，于是變異為類雙梁四柱的形式（參見(jiàn)圖5），或矩形單柱懸臂形式（參見(jiàn)圖7）。相對(duì)于日臻完善成熟的震壓式造型機(jī)，高壓造型機(jī)從結(jié)構(gòu)形式到緊實(shí)動(dòng)力都發(fā)生了根本性的變化，不可同日而語(yǔ)。

為滿足緊實(shí)曲線強(qiáng)度分布狀態(tài)的改善，硬度分布的均勻，從表2看，高壓壓實(shí)造型機(jī)又歷經(jīng)了壓頭的衍生、預(yù)緊實(shí)工藝的創(chuàng)新及其改進(jìn)、施壓方向的改變?nèi)N機(jī)型的發(fā)展。其壓頭衍生和預(yù)緊實(shí)工藝改進(jìn)，又分別經(jīng)歷了階段不同的創(chuàng)新，相對(duì)合理的機(jī)型得以不斷涌現(xiàn)；其型板逆向施壓方式的創(chuàng)新，高壓壓實(shí)真正合理的機(jī)型才得以完善。

3.2 壓頭衍生型

高壓壓實(shí)造型機(jī)于1949年由Taocone公司所首創(chuàng)，其壓頭為柔性薄膜型。正因?yàn)榇?，砂型面硬度仍難于達(dá)到鑄造生產(chǎn)發(fā)展要求，于是高壓壓實(shí)造型機(jī)以壓頭改進(jìn)為特征的創(chuàng)新便得以展開(kāi)，1956年由格勞埃，20世紀(jì)50年代末由Herman Moldmaster相繼推出了剛性平壓頭，剛性多觸頭，并采取驟壓法進(jìn)行壓實(shí)。高壓壓實(shí)造型機(jī)壓頭歷經(jīng)一個(gè)時(shí)代的初步創(chuàng)新，柔性薄膜型也好，剛性平壓頭型也罷，相形見(jiàn)絀，剛性多觸頭型一枝獨(dú)秀，贏得業(yè)界一時(shí)青睞。

隨著機(jī)械產(chǎn)品不斷發(fā)展，鑄件結(jié)構(gòu)日以復(fù)雜，剛性多觸頭已難于維系，于是20世紀(jì)90年代新一輪壓頭的創(chuàng)新不期而遇，其中隨形多觸頭型和預(yù)應(yīng)力多觸頭（Dynamatic）型拔得頭籌，分別由日本新東公司和德國(guó)BMD率先推出，且施壓方式也不再采用驟壓而改為了漸壓。

隨形多觸頭即所謂的集合管式，其工作原理是通過(guò)互通管及特殊設(shè)計(jì)的節(jié)流孔，以使所有的觸頭同步協(xié)調(diào)施壓，以消除切向分力，使高低起伏型腔表面得以均衡的施壓。集合管式多觸頭的結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。

圖1 集合管式隨形多觸頭結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)應(yīng)力多觸頭則是根據(jù)鑄型內(nèi)腔表面凹凸幾何形狀的不同，對(duì)相應(yīng)的觸頭活塞缸中按數(shù)字計(jì)算要求，預(yù)設(shè)一定的壓力，以控制相應(yīng)觸頭凸凹行程，使型腔凹凸表面的硬度趨于一致。預(yù)應(yīng)力多觸頭的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力多觸頭結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 預(yù)緊實(shí)型

3.3.1 預(yù)緊實(shí)工藝簡(jiǎn)述

高壓壓實(shí)造型采用預(yù)緊實(shí)工藝，是其機(jī)型發(fā)展過(guò)程中不可或缺的主要手段。首先由德國(guó)BMD公司于1962年率先推出了氣動(dòng)微震式預(yù)緊實(shí)工藝，隨后美國(guó)CE-Spomat、Osborn、德國(guó)KW、瑞士GF也相繼開(kāi)展了研發(fā)，一度成為高壓造型的主流機(jī)型。

氣動(dòng)微震預(yù)緊實(shí)所采用的頻率一般為500～1000次/min，屬中頻，振幅為5～25mm，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小，故謂之微震，有別于中低緊實(shí)率的氣震造型機(jī)。氣動(dòng)震實(shí)式和氣動(dòng)震壓式造型機(jī)所采用的頻率一般為60～120次/min，屬中低頻，振幅和噪聲都很大。隨著生產(chǎn)效率和環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，氣動(dòng)微震預(yù)緊實(shí)工藝相形見(jiàn)絀，而為充氣預(yù)緊實(shí)式和氣滲預(yù)緊實(shí)式所淘汰，其氣滲預(yù)緊實(shí)式則發(fā)展為新一代的主流機(jī)型。

3.3.2 充氣預(yù)緊實(shí)式

充氣預(yù)緊實(shí)式高壓多觸頭壓實(shí)造型（Airpresspuls）法，由德國(guó)KW（Kunkel-Wagner）公司于1987年所推出。KW后又將其與1979年所推出的負(fù)壓填砂高壓多觸頭壓實(shí)造型（Vacupress）法中的負(fù)壓填砂工藝進(jìn)行了集成，以改善型砂的填充性狀，進(jìn)一步提高充氣預(yù)緊實(shí)的效果，并形成一種所謂的負(fù)壓填砂充氣預(yù)緊實(shí)高壓多觸頭壓實(shí)造型（Variopress）法的新工藝。這樣可充分利用原有高壓造型的工藝裝備進(jìn)行生產(chǎn)，其噪聲也可降低至85dB（A）以下，但預(yù)緊實(shí)的效果仍難于達(dá)到預(yù)期的效果，相形見(jiàn)絀。KW公司之負(fù)壓填砂多觸頭壓實(shí)工藝和充氣多觸頭壓實(shí)工藝流程原理，分別如圖3和圖4所示。

3.3.3 氣滲預(yù)緊實(shí)式（靜壓法）

氣滲預(yù)緊實(shí)式高壓多觸頭壓實(shí)造型（Air Flow High-Pressure Squeeze）法，由日本新東（Sindo）公司于1979年首先推出APS型，再于1989年推出APK型，并謂之靜壓法，亦為業(yè)界所認(rèn)同。所謂“氣滲”是指儲(chǔ)氣罐快開(kāi)閥開(kāi)啟后，壓縮空氣迅速透過(guò)所填充好的型砂層，再隨型板上的排氣塞排除，使型砂在壓縮空氣流的誘導(dǎo)下，以靜止?fàn)顟B(tài)得以預(yù)緊實(shí)，以提高型面硬度分布的均勻性。其靜態(tài)預(yù)緊實(shí)便成為“靜壓”說(shuō)法的緣由。

3.3.3.1 APS型氣滲

APS型氣滲多觸頭壓實(shí)法，其閥門的開(kāi)啟時(shí)間一般為0.2～0.5s，壓縮空氣的升壓速率≤7MPa/s，耗量為4～5Nm3/t砂，排氣塞口面積占比為型面的1%～2%，造型機(jī)結(jié)構(gòu)形式如圖5所示，造型緊實(shí)工藝流程原理如圖6所示，造型機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

圖3 負(fù)壓填砂多觸頭壓實(shí)工藝流程圖

圖4 充氣多觸頭壓實(shí)工藝流程圖

圖5 氣滲多觸頭壓實(shí)造型機(jī)結(jié)構(gòu)形式圖

此外，日本新東自1983年開(kāi)始與德國(guó)Heinrich Wagner公司合作，并組建德國(guó)新東（HWS）公司，相應(yīng)推出EFA型氣滲壓實(shí)造型機(jī)，行銷于歐洲市場(chǎng)。曾為德國(guó)薩克森（Schubert&Salzer）公司擴(kuò)建貨車后橋生產(chǎn)，提供了一條氣滲壓實(shí)造型線，砂箱為2500×1600×500/500（mm），上箱設(shè)有箱帶，生產(chǎn)率為25型/h。

3.3.3.2 APK型氣滲

APK型氣滲多觸頭壓實(shí)法，其快開(kāi)閥的開(kāi)啟次數(shù)（常開(kāi)一次）、開(kāi)啟度的大小、開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短，排氣塞的大小、數(shù)量和布點(diǎn)均可進(jìn)行調(diào)整，以進(jìn)一步提高預(yù)緊實(shí)的效果、型面硬度分布的均勻性的改善，當(dāng)可稱之為氣滲可調(diào)法。

3.3.3.3 隨形多觸頭氣滲

日本新東其后將多觸頭改進(jìn)創(chuàng)新為集合管式隨形多觸頭，則可避免填充砂的橫向移動(dòng)，便可用于砂型吊砂下垂長(zhǎng)度長(zhǎng)、凸起高度高、凸起間隙間距窄等更為復(fù)雜鑄型的生產(chǎn)，使氣滲壓實(shí)法的潛能得以充分發(fā)掘。

圖6 氣滲多觸頭壓實(shí)造型緊實(shí)工藝流程原理圖

3.3.3.4 預(yù)應(yīng)力多觸頭氣滲

德國(guó)新東于1989年推出HSP-D型氣滲壓實(shí)造型新機(jī)型，其壓頭為預(yù)應(yīng)力多觸頭，工作臺(tái)為兩工位回轉(zhuǎn)形式，用于多品種，中批量鑄件的連續(xù)低效（Continuous Lowering）生產(chǎn)。德國(guó)新東HSP-D型氣滲壓實(shí)造型工藝流程原理如圖7所示，造型機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表5所示。

3.4 型板逆向壓實(shí)型

型板逆向壓實(shí)（Formimpress）法或分型面壓實(shí)法，由意大利歐洲設(shè)備公司（Euro Impianti）于90年代初所推出。型板逆向壓實(shí)法的主要工藝特點(diǎn)在于，把余砂框由砂箱的背面之上移至砂箱面之下，即型板分型面之上，模樣兼作壓頭，壓實(shí)時(shí)模樣由下向上漸進(jìn)壓入余砂框內(nèi)，直至分型面與砂箱面完全吻合為止，以獲得綜合性能俱優(yōu)的，背緊小于面緊的緊實(shí)硬度曲線。與此同時(shí)還伴以超高重力填砂，以改善型砂的填充效果。繼而附加多觸頭進(jìn)行補(bǔ)壓，以進(jìn)一步提高砂型硬度。超高重力填砂型板逆向漸壓+多觸頭補(bǔ)壓法造型工藝流程原理，如圖8所示。

表4 日本新東氣滲多觸頭壓實(shí)造型機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

圖7 德國(guó)新東HSP-D型氣滲壓實(shí)造型工藝流程原理圖

表5 德國(guó)新東HSP-D型氣滲壓實(shí)造型機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

圖8 超高重力填砂型板逆向漸壓+多觸頭補(bǔ)壓法造型工藝流程原理圖

從圖8看，超高重力填砂型板逆向漸壓+多觸頭補(bǔ)壓法，其成型工藝、成套裝備、型板利用率均優(yōu)于上述所謂的靜壓法，系高壓壓實(shí)法衍生發(fā)展的最高境界，無(wú)以復(fù)加。但因種種原因這一先進(jìn)工藝未能推廣開(kāi)來(lái)，在我國(guó)更是悄無(wú)聲息，不甚遺憾，好在為我國(guó)無(wú)箱水平射壓所借鑒，參見(jiàn)圖28，乃不幸之幸。

4 氣沖緊實(shí)造型機(jī)

4.1 氣沖緊實(shí)簡(jiǎn)述

氣沖緊實(shí)造型，是為改善粘土濕型砂高壓緊實(shí)強(qiáng)度曲線分布狀態(tài)，所創(chuàng)的又一種新的工藝方法，其是利用氣包中氣體劇烈膨出，所形成沖擊波的動(dòng)能，以對(duì)型砂進(jìn)行緊實(shí)，緊實(shí)原理與液壓壓實(shí)大相徑庭，完全不同。

氣流沖擊波動(dòng)能Ek，在單位時(shí)間t所做的功即做功的能力與氣流的質(zhì)量m和流速二次方v2的乘積成正比，與快開(kāi)閥開(kāi)啟的時(shí)間t成反比，且做功能力的大小以升壓速率D＝dp/dt進(jìn)行衡量。當(dāng)D＜7MPa/s（或70bar/s）時(shí)謂之為“氣滲”，其閥門相對(duì)開(kāi)啟的時(shí)間長(zhǎng)，耗氣量大，動(dòng)能小，為前述靜壓造型預(yù)緊實(shí)所應(yīng)用。當(dāng)D＞15MPa/s時(shí)謂之為“氣沖”，其閥門相對(duì)開(kāi)啟的時(shí)間短，耗氣量少，動(dòng)能大，用作濕砂型的沖擊緊實(shí)。氣沖緊實(shí)造型實(shí)際所采用的升壓速率，一般為40～50MPa/s，閥門開(kāi)啟的時(shí)間約為5～8μs，比氣滲速率高一個(gè)數(shù)量級(jí)，耗氣量?jī)H為射壓法的1/3～1/4。

氣沖緊實(shí)造型機(jī)，曾先后經(jīng)歷高壓空氣沖擊（Automat Pulse）、燃?xì)鉀_擊（Gas Impact）、壓縮空氣沖擊（Air Impact）等不同種類和形式氣源的競(jìng)相比較，壓縮空氣沖擊獨(dú)樹(shù)一幟奪穎而出，并歷經(jīng)單一壓縮空氣沖擊法、氣沖壓實(shí)法等不同方式綿延不斷地革新發(fā)展，而成就為粘土濕型砂又一種日臻完善的緊實(shí)工藝，行銷于市。

圖9 蘇聯(lián)高壓空氣沖擊法造型原理圖

4.2 單一氣沖型

4.2.1 高壓空氣沖擊式

高壓空氣沖擊式氣沖造型，由蘇聯(lián)于20世紀(jì)60年代推出，空氣的壓力為50～100bar（5～10MPa），初期曾達(dá)150bar。蘇聯(lián)克拉瑪托爾契克機(jī)器廠及其工藝研究所推出的高壓空氣沖擊法的造型原理，如圖9所示。

從圖9看，當(dāng)高壓空氣進(jìn)入單向快開(kāi)/單向快排閥體上部空間，以使閥體向下滑動(dòng)將氣沖儲(chǔ)氣罐關(guān)閉；當(dāng)閥體上部空間壓力增大時(shí)，單向進(jìn)氣管路開(kāi)通，以向儲(chǔ)氣罐充氣；當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到設(shè)定要求，單向進(jìn)氣管路關(guān)閉，充氣停止；與此同時(shí)單向排氣管路以0.015～0.025s的時(shí)限快速開(kāi)通，閥體復(fù)位，儲(chǔ)氣罐內(nèi)高壓空氣劇烈膨脹，沖擊氣流則通過(guò)柵格沖入余砂框，以對(duì)型砂進(jìn)行緊實(shí)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，已日臻完善，在蘇聯(lián)國(guó)內(nèi)得到了應(yīng)有的推廣應(yīng)用，最大砂型為3000mm×2000mm×900mm，最高砂型為500mm×500mm×2600mm。此外，蘇聯(lián)還曾于1967年推出過(guò)6～9MPa的空氣沖擊型，用于單件小批中大件的生產(chǎn)。

高壓空氣沖擊式或許因其所用空氣質(zhì)量m過(guò)輕（少）、膨脹速度v過(guò)大、開(kāi)啟時(shí)間t過(guò)快，或許彼此匹配失衡，或許因空氣壓力過(guò)高，出于安全考慮，未能推向國(guó)際市場(chǎng)。

4.2.2 燃?xì)鉀_擊式

燃?xì)鉀_擊式氣沖造型，由瑞士GF（George Fischer）公司于1980年所推出，系采用美國(guó)沖擊成型專利技術(shù)，首見(jiàn)于1979年西德杜塞爾多夫第三屆國(guó)際鑄造博覽會(huì)上。燃?xì)鉀_擊式是利用可燃?xì)怏w燃燒后，所生成煙氣的沖擊波為緊實(shí)動(dòng)力，其緊實(shí)原理，如圖10所示。

從圖10看，當(dāng)可燃?xì)怏w噴入燃燒室后，由一臺(tái)速度可調(diào)的風(fēng)機(jī)將可燃?xì)怏w與空氣混合均勻，采用電子方式進(jìn)行打火，以引起沖擊罐內(nèi)混合氣體的迅猛燃燒，所生成煙氣的壓力立即達(dá)到4.5MPa左右，而將型砂緊實(shí)，于是也曾稱之為燃燒爆炸成型。可燃?xì)怏w一般為天然氣、甲烷、丙烷等，天然氣與空氣的混合比一般為1∶6。

燃?xì)鉀_擊式生命期僅短短5年時(shí)間，很快就為壓縮空氣沖擊式所淘汰，但也生產(chǎn)了23臺(tái)造型主機(jī)，并組成了15條造型線，其最大砂箱為85″×60″×20″/20″（2159mm×1524mm×508mm/508mm）。

4.2.3 壓縮空氣沖擊式

壓縮空氣（≤0.6MPa）沖擊式氣沖造型，由瑞士GF于1982年率先推出，隨后德國(guó)BMD（Badische Maschinenfabric Durlach）于1983年滯后推出，一并成為氣沖緊實(shí)造型機(jī)的主流機(jī)型，且約定成俗為氣沖法。隨后西班牙Loramendi、德國(guó)Schmideberg等公司也相繼推出各具特色的氣沖造型機(jī)。

瑞士GF公司氣沖（Air Impact）造型機(jī)快開(kāi)閥為圓盤形，其造型緊實(shí)原理如圖11a所示。繼而改進(jìn)并推出Air Impact Pulse強(qiáng)化型，俗稱增益氣沖，其造型緊實(shí)原理如圖11b所示。

從圖11b看，所謂增益氣沖是在圓盤式快開(kāi)閥的下方增設(shè)了一個(gè)小型快開(kāi)閥，先行開(kāi)啟以進(jìn)行預(yù)沖擊，改善型砂的填充效果，避免砂型中搭橋現(xiàn)象的產(chǎn)生。

德國(guó)BMD公司氣沖（Air Impact）造型機(jī)快開(kāi)閥為柵格形，其造型緊實(shí)原理如圖12a所示。繼而改進(jìn)并推出Vario Impulse強(qiáng)化型，俗稱阻尼氣沖，其造型緊實(shí)原理如圖12b所示。

從圖12b看，所謂阻尼氣沖是在柵格快開(kāi)閥的下方增設(shè)了一個(gè)導(dǎo)流框，框底朝上且布滿孔洞，當(dāng)沖擊法開(kāi)啟時(shí)，其框底部沖擊波受阻減速?zèng)_擊，四周沖擊波沿砂箱壁無(wú)阻高速直流沖擊，以避免型砂搭橋，并改善型面硬度的分布。

西班牙Loramendi公司氣沖（Air Shock）造型機(jī)快開(kāi)閥也為圓盤形，但有多個(gè)，并采用星型方式布置以之強(qiáng)化，其造型緊實(shí)原理如圖13所示。

德國(guó)斯米得貝格（Schmiedeberg）公司氣沖（Form Tec Contourimpuls）造型機(jī)，謂之脈沖可調(diào)氣沖式，集GF增益氣沖原理和BMD阻尼氣沖方式于一體，當(dāng)可理解為增益阻尼氣沖法，其造型緊實(shí)流程原理如圖14所示。德國(guó)奔馳鑄造廠1992年曲軸生產(chǎn)線改造時(shí)，便采用的是這種增益阻力型氣沖式，其砂箱為2600mm×1300mm×600mm/600mm，生產(chǎn)力為30型/h。

圖11 GF氣沖造型緊實(shí)原理圖

圖12 BMD氣沖造型緊實(shí)原理圖

圖13 Loramendi氣沖造型緊實(shí)原理圖

4.3 氣沖壓實(shí)（沖壓）型

4.3.1 沖壓型簡(jiǎn)述

上述幾種壓縮空氣沖擊型，雖快開(kāi)閥的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)置方式，緊實(shí)強(qiáng)化改進(jìn)措施有所不同，但緊實(shí)強(qiáng)度曲線都呈背松面緊狀態(tài)，不言而喻，仍不理想。于是90年代，出現(xiàn)對(duì)氣沖造型機(jī)附加壓實(shí)工藝的創(chuàng)新浪潮。顧名思義，氣沖+壓實(shí)系集氣沖與輔助壓實(shí)兩種工藝與一體，以期對(duì)緊實(shí)曲線分布狀態(tài)的改善，并避免砂箱背面大量浮砂層的鏟除及其周轉(zhuǎn)量的增加，一舉多得。沖壓法主要分為平頭沖壓式、多觸頭沖壓式、預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓式、浮動(dòng)多觸頭氣沖式，以至又一輪壓頭形式的演義再度上演。

4.3.2 平頭沖壓式

平頭沖壓式的壓頭有平板頭和多孔頭之分，分別由瑞士GF公司、西班牙Loramendi所推出，其造型緊實(shí)原理，如圖15所示。

4.3.3 多觸頭沖壓式

多觸頭沖壓式氣沖造型，由西班牙Loramendi公司所推出，其造型緊實(shí)原理，如圖16所示。

4.3.4 預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓式

預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓式（Dynapuls）由德國(guó)BMD公司于1989年所推出，其造型緊實(shí)原理，如圖17所示。

4.3.5 浮動(dòng)多觸頭氣沖式

浮動(dòng)多觸頭氣沖式，是壓縮空氣沖擊波不直接作用在填充砂的背面，而是先作用在浮動(dòng)多觸頭上，再由浮動(dòng)多觸頭作用在填充砂的背面，旨在將上述氣沖與多觸頭補(bǔ)充壓實(shí)融為一體，由長(zhǎng)春天合公司于1990年所創(chuàng)，構(gòu)思巧妙。其砂型為900mm×700mm×230mm/230mm的樣機(jī)，安裝在吉林梅河口眾鑫鑄造機(jī)械公司，并用于青島機(jī)車后橋叉速器殼、一汽柴油車二種煞車鼓等車輛鑄件的生產(chǎn)。但未形成產(chǎn)品投放于市，遺憾之至。

圖14 Form Tec增益阻尼氣沖造型緊實(shí)原理圖

圖15 平頭沖壓造型緊實(shí)原理圖

圖16 Loramendi多觸頭沖壓緊實(shí)原理圖

圖17 BMD預(yù)應(yīng)力多觸頭沖壓緊實(shí)原理圖

5 脫箱造型機(jī)

5.1 脫箱造型簡(jiǎn)述

粘土濕型砂脫箱造型機(jī)，主要用于簡(jiǎn)單小件雙面型板的生產(chǎn)。表3所列，垂直型面射壓型，為丹麥迪砂（DISA）公司一枝獨(dú)秀；水平型面液壓型，屬美國(guó)亨特（Hunter）公司一統(tǒng)天下。至于傳統(tǒng)水平分型震壓式，已相形見(jiàn)絀；射壓式，則競(jìng)相衍生，力求突圍，搶占灘涂。

脫箱造型的主打工藝為射壓式。所謂“射壓”是一種集射砂緊實(shí)（Sand Shooting Compaction）、壓實(shí)（Squeeze）于一體的新的緊實(shí)工藝。這種工藝的最大特點(diǎn)是填砂方式一反常態(tài)，不能以重力自行充填，而須借助于壓縮空氣動(dòng)能射入，并進(jìn)行緊實(shí)或預(yù)緊實(shí)，其與前述的氣滲工藝和氣沖工藝大相徑庭，切勿混淆，其原理參見(jiàn)圖18。

圖18 射砂緊實(shí)原理圖

從圖18看，當(dāng)射砂閥7快速開(kāi)啟，儲(chǔ)氣包8內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)入射腔2以膨脹，并通過(guò)射砂筒壁縫隙進(jìn)入射砂筒1，將型砂通過(guò)射砂孔3射入芯盒11。這種射砂工藝原本用于型芯的制作，故稱之為射芯機(jī)（Core Shooter）。后將其與壓實(shí)融為一體，為粘土濕型砂的脫箱造型所采用。

5.2 垂直型面型

5.2.1 射壓式

粘土濕型砂射壓式脫箱造型垂直型面（Disamatic）型，由丹麥迪沙（DISA）公司，于1962年以造型線制式率先推向國(guó)際市場(chǎng)，一枝獨(dú)秀，被廣泛用于大批量無(wú)芯或少芯中小鑄鐵件、鑄鋼件、非鐵合金件的生產(chǎn)。DISA垂直型面射壓脫箱造型緊實(shí)工藝流程原理，如圖19所示，系列機(jī)型主要工藝參數(shù)，如表6所示。

從圖19看，DISA垂直型面填砂型腔左右兩側(cè)的腔壁，既是壓頭又是型板，即鑄件模樣鑲嵌于這兩塊腔壁之上，呈組合形式，于是每一塊砂型的兩側(cè)均為分型面，前后兩塊砂型相繼連續(xù)串拼，便形成一個(gè)個(gè)完整的澆注所需要的鑄造鑄型。

表6 DISA射壓脫箱造型主要工藝參數(shù)表

圖19 DISA垂直型面射壓脫箱造型緊實(shí)工藝流程原理圖

DISA垂直型面脫箱造型線生產(chǎn)效率很高，是同等水平型面型的2倍及其以上，不可企及，參見(jiàn)表7；用砂省，比壓高，排氣好，鑄件表面光潔，尺寸精確；造型線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，故障率低，自動(dòng)化水平高，因此得以廣泛應(yīng)用，尤其是小型線。但是其下芯不甚方便，模樣也不宜太高，砂塊尺寸難于大型化，因此只適于批量大無(wú)芯或少芯中小件的生產(chǎn)。

5.2.2 沖壓式

垂直型面沖壓法，是將填砂或預(yù)緊實(shí)由射砂方式改為了氣沖方式。系二汽1994年所申報(bào)的專利，構(gòu)思甚好，但沒(méi)能形成產(chǎn)品投放于市。垂直分型沖壓法脫箱造型緊實(shí)原理如圖20所示。

圖20 垂直型面氣沖壓實(shí)脫箱造型緊實(shí)原理圖

5.3 水平型面型

5.3.1 油壓式

粘土濕型液壓式脫箱造型水平型面（HMP-E）型，為雙面型板重力填砂壓實(shí)法，由美國(guó)亨特（HUNTER）公司于1964年所推出，呈12工位轉(zhuǎn)盤制式，以替代手工并可直接采用手工造型雙面型板上線造型，難能可貴，轉(zhuǎn)盤后來(lái)發(fā)展為24工位，一統(tǒng)天下，得以較廣泛地采用。HMP-E型造型主機(jī)外形如圖21所示，規(guī)格尺寸如表7所示。

圖21 HMP-E水平型面脫箱造型機(jī)外形圖

表7 HMP-E水平型面脫箱造型機(jī)規(guī)格尺寸表

5.3.2 射壓衍生式

5.3.2.1 射壓衍生簡(jiǎn)述

丹麥DISA公司一枝獨(dú)秀的Disamatic垂直型面機(jī)型，固然很好，但下芯操作不便也是不爭(zhēng)的事實(shí)，且解決之道唯有將分型面改為水平方可，為此圍繞水平分型射壓的衍生創(chuàng)新，風(fēng)生水起，呼之欲出。于是“頂?shù)棕?fù)壓對(duì)射壓實(shí)法”、“兩側(cè)負(fù)壓對(duì)射壓實(shí)法”、“頂側(cè)兩向射砂壓實(shí)法”、“垂直射壓水平合型法”、“單側(cè)射砂型板逆向壓實(shí)法”等典型機(jī)型層出不窮，以至粘土濕型砂水平型面脫箱射壓造型工藝日漸完善。

5.3.2.2 頂?shù)棕?fù)壓對(duì)射壓實(shí)法

頂?shù)棕?fù)壓對(duì)射壓實(shí)法，水平型面脫箱射壓造型謂之Disaforma，系丹麥DISA公司在Disamatic的機(jī)型上所創(chuàng)新，以用于比較復(fù)雜的中小件的生產(chǎn)，但生產(chǎn)效率相應(yīng)降低一半左右，參見(jiàn)表6，真可謂魚(yú)和熊掌不可兼得。就其運(yùn)用的廣泛性，自始至終莫過(guò)于其垂直型面型。其DISA-3030型，即為水平型面型脫箱射壓造型線，如圖22所示。其射壓脫箱造型原理，如圖23所示。

5.3.2.3 兩側(cè)負(fù)壓對(duì)射壓實(shí)法

兩側(cè)負(fù)壓對(duì)射壓實(shí)法，水平型面脫箱射壓造型分為HFM、AGM兩中形式。HFM型，由德國(guó)哈弗林格（Hafliger）公司所推出，采用人工下芯；AGM型，由德國(guó)AGM（Achinger GieBereimaschinen）公司所推出，將下芯改為自動(dòng)進(jìn)行，并號(hào)稱Hafliger-2000。AGM型水平型面射壓脫箱造型工藝流程原理，如圖24所示，HFM/AGM系列機(jī)型主要工藝參數(shù)如表8所示。

圖22 DISA-3030頂?shù)棕?fù)壓對(duì)射壓實(shí)法水平型面脫箱造型線透視圖

圖23 DISA頂?shù)棕?fù)壓對(duì)射壓實(shí)法水平型面脫箱造型緊實(shí)原理圖

圖24 AGM型兩側(cè)負(fù)壓對(duì)射壓實(shí)法水平型面脫箱造型流程原理圖

表8 HFM/AGM系列機(jī)型主要參數(shù)表

從圖24-8看，AGM型之砂型脫箱后，先被推到臥置的“L”型墊板上，再在L型墊板兩端套上槽型壓鐵，以致整個(gè)砂型為后續(xù)的L型墊板所包覆，不是砂箱，甚是砂箱，以提高砂型的抗脹能力，于是便有射壓“有箱”造型之說(shuō)。

5.3.2.4 頂側(cè)兩向射砂壓實(shí)法

頂側(cè)兩向射砂壓實(shí)法，水平型面脫箱射壓造型機(jī)為FBM型，由日本新東（Roberts Sinto）公司所推出。其分型面呈子口形，以提高合型的精度和密閉性，避免所澆金屬液的跑冒。FBM型的水平子口型面形式，如圖25所示；造型流程原理，如圖26所示。

5.3.2.5 垂直射壓水平合型法

垂直射壓水平合型法，水平型面脫箱射壓造型機(jī)為FBO型，由日本新東（Roberts Sinto）公司所推出。射壓沿用Disamatic垂直型面機(jī)型的方式及原理，以避免其FBM型所采用的復(fù)雜系統(tǒng)。FBO型脫箱射壓造型流程原理，如圖27所示。

5.3.2.6 單側(cè)射砂型板逆向壓實(shí)法

單側(cè)射砂型板逆向壓實(shí)法，水平型面脫箱射壓造型機(jī)為X427型，由青島第二鑄機(jī)王孟蘇等于1990所創(chuàng)新推出，將水平型面脫箱射壓造型工藝推向極致，堪稱完美，其緊實(shí)流程原理，如圖28所示。

圖25 FBM型水平子口型面形式示意圖

圖26 FBM型頂側(cè)兩向射砂壓實(shí)法水平型面脫箱造型流程原理圖

圖27 FBO型垂直射砂水平合型法水平型面脫箱造型流程原理圖

圖28 X427型單側(cè)射砂型板逆向壓實(shí)法水平型面脫箱造型流程原理圖