水玻璃陶瓷混砂機在粘接劑連續(xù)生產(chǎn)中的應(yīng)用

李湘濤

（信陽同合車輪有限公司，河南信陽 464000）

1 背景技術(shù)

鑄造產(chǎn)品的砂模用砂需要在原砂中加入粘接劑、促進劑等輔料以滿足其強度等性能指標，在加入輔料的過程中，需要將砂與輔料充分均勻混合?，F(xiàn)有連續(xù)混砂機多用黏土砂、樹脂砂，真正連續(xù)用水玻璃作為粘接劑的不多?，F(xiàn)有技術(shù)中有使用連續(xù)式混砂機的混砂方法，一般將原砂進入砂斗后通過混砂槽，原砂和輔料在混砂槽中一邊攪拌混合一邊向前移動，葉片形式多為平板，頭部加耐磨層的結(jié)構(gòu)（圖1）。這種方式可以實現(xiàn)連續(xù)混砂，主要用于自硬砂的混砂，轉(zhuǎn)速較高。但是針對黏度要求高的水玻璃混砂機，這種混砂機在混合過程中水玻璃黏度大（當摩爾數(shù)大）時很難攪拌混勻。同時葉片與混砂機的外壁摩擦作用，造成混砂機的外殼容易磨破，影響混制質(zhì)量?；焐皺C需要對砂子的溫度、水玻璃加入量、輔料加入量等精準控制，混砂質(zhì)量滿足鑄鋼車輪生產(chǎn)工藝要求，目前市場上沒有真正滿足要求的混砂機。

圖1 常規(guī)混砂機

2 技術(shù)實現(xiàn)要素

本實用新型設(shè)備的目的在于提供一種連續(xù)式生產(chǎn)高黏度水玻璃砂混砂機。在連續(xù)混砂過程中對砂溫、水玻璃溫度及加入量、輔料加入量、攪拌混砂均勻性進行有效控制，在提高混砂的質(zhì)量及使用壽命的混砂機。

本機新型設(shè)備是用于連續(xù)混制高摩數(shù)水玻璃型砂的設(shè)備，適用于鑄造行業(yè)中小件型砂的制芯和造型。信陽同合車輪有限公司（下文簡稱“公司”）針對提高混砂的均勻性及輸送物料磨損設(shè)備嚴重的狀況，研發(fā)使用焊接耐磨氧化鋁陶瓷襯板、推進葉片及攪拌葉片組合的方案，提高混砂均勻性，設(shè)備殼體耐磨損、不掉落。

本機主要組成部分由底轉(zhuǎn)盤、主體部分（轉(zhuǎn)臂）、固化劑水玻璃罐、電器系統(tǒng)、泵閥箱、砂定量裝置、輔料裝置等組成，主體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 混砂機主體結(jié)構(gòu)

（1）底轉(zhuǎn)盤是整臺主機的底座，其上裝有回轉(zhuǎn)支承，通過手動實現(xiàn)轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)，進而達到準確的落砂定位。

（2）小臂（混砂主體）是混砂機的主要部件，混砂就在該段進行，由機體、陶瓷襯板混砂槽、多種螺旋、聯(lián)軸器等組成。螺旋軸由一臺電機驅(qū)動，通過減速機及變頻器進行速度控制，在進砂口進入干砂的同時固化劑加入，由多級螺旋組成的多級攪拌曲線使砂子快速均勻的混合。

（3）輔料添加劑的加入是由電機減速機通過鏈輪鏈條帶動振動器，均勻定量地加入混砂槽內(nèi)。

（4）泵閥箱體、固化劑輸送系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)等組成。氣路方向由組成換向閥控制。

（5）固化劑由定量泵輸送，電機通過變頻改變轉(zhuǎn)速達到調(diào)整固化劑加入量的目的。

（6）砂定量裝置由氣缸、閘板等組成，通過可調(diào)行程氣缸、行程改變閘門開啟大小達到調(diào)整加砂量的目的。

水玻璃連續(xù)式混砂機通過電機減速機與混砂機葉片軸通過聯(lián)軸器組成動力系統(tǒng)，當電機旋轉(zhuǎn)帶動混砂機葉片軸一起旋轉(zhuǎn)，先將砂從電機端下料口位置流入混砂機內(nèi)，通過兩個葉片的推進到下固化劑水玻璃的入口位置，通過一組推進葉片及混制葉片的攪拌到加入輔料的位置，再經(jīng)過多組推進葉片及混制葉片的作用將混好的水玻璃砂連續(xù)送出混砂機出口，加入射砂機內(nèi)，完成連續(xù)混砂的動作。

旋轉(zhuǎn)臂U 形槽內(nèi)側(cè)與葉片之間的間隙大小是混砂質(zhì)量好壞的關(guān)鍵?？傮w需要控制在較合適的范圍，并需要定期測量，確定設(shè)備配件的更換周期，保證混砂成品輔料、粘接劑均勻與砂?；旌?，減少粘接劑、砂粒成團狀存在，影響砂襯的質(zhì)量造成產(chǎn)品廢品，混砂機橫斷面如圖3 所示。

圖3 混砂機橫斷面結(jié)構(gòu)

石墨型水玻璃砂鑄造生產(chǎn)線在連續(xù)混砂時，外殼與攪拌葉片在混砂攪拌過程中，外部殼體使用一個月后就會出現(xiàn)外殼磨破、葉片磨損，造成混砂機外殼部位漏砂，達不到工藝要求葉片與外殼之間標準的現(xiàn)象。為滿足生產(chǎn)多次進行設(shè)備改良，外殼使用過耐磨板等材料，均達不到理想要求，后期與供應(yīng)商合作開發(fā)鋼板加陶瓷的復合材料才解決此問題，滿足工藝及使用壽命的目標。

混砂機關(guān)鍵部件葉片經(jīng)過多次的測試，葉片在混砂機內(nèi)部按作用分成兩種，分別為攪拌葉片和推進葉片。兩種葉片的結(jié)構(gòu)形式如圖4、圖5 所示。

圖4 攪拌螺旋葉片

圖5 復合推進螺旋陶瓷葉片

砂子與粘接劑及輔料混制時，因粘接劑的黏度大，按正常樹脂砂的混砂葉片無法均勻混勻，混制好的砂子會以團狀物料存在于混好的砂子中，嚴重影響混砂質(zhì)量，廢品率高。為此仿制輾輪混砂機的原理，增加攪拌及碾壓的葉片裝置，以便將砂子內(nèi)部的團狀物碾壓碎，均勻地與砂?；旌?。通過增加碾壓葉片，混砂質(zhì)量有明顯提升，混砂質(zhì)量大幅提高，從而降低廢品率。

水玻璃固化劑通過定量泵加入，并通過單向閥控制粘接劑的加入與關(guān)閉。固化劑的出口為多處小出口，防止粘接劑成團狀流入混砂機內(nèi)（也可根據(jù)實際情況采用高壓霧狀加入），便于砂粒均勻混制，防止結(jié)團。加入時可根據(jù)砂子的特性及混砂的實際要求，對固化劑的溫度進行合理控制，防止溫度過低無法流出或溫度過高影響混砂的質(zhì)量。

液態(tài)水玻璃通過兩套溫控系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)進行控制。日常購買的水玻璃通過儲存罐儲存，使用時通過水玻璃循環(huán)系統(tǒng)，輸送泵將水玻璃輸送到專用溫度控制罐內(nèi)，進行工藝溫度調(diào)節(jié)控制（圖6）。當水玻璃溫度達到工藝控制要求的溫度范圍時，可通過混砂機水玻璃循環(huán)系統(tǒng)定量輸送泵將液態(tài)水玻璃送入混砂機水玻璃下料口位置。

圖6 混砂機水玻璃恒溫罐

輔料加入通過變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，通過螺旋輸送機將輔料送到混砂機輔料下料口位置。輔料加入量通過單位時間內(nèi)的輸送量進行設(shè)定，加入量按砂子重量的比例進行，當型砂按單位時間內(nèi)加入時，輔料延時按比例加入，實現(xiàn)連續(xù)混砂。輔料定量裝置如圖7 所示。

圖7 輔料定量裝置

本實用新型設(shè)備的目的在于提供一種高黏度固化劑生產(chǎn)連續(xù)式混砂機，在連續(xù)混砂過程中對砂溫、液態(tài)水玻璃溫度、輔料加入定量控制及混砂的均勻性進行有效控制，有助于提高高黏度固化劑型砂混制的均勻性能。

3 實用新型設(shè)備效果

本實用新型混砂機通過結(jié)構(gòu)改進進行連續(xù)混砂，提高了混砂的效率及質(zhì)量，保證混砂動作的持續(xù)性；同時通過在混砂內(nèi)部葉片結(jié)構(gòu)改善、設(shè)置固化劑定量加入、型砂的溫控系統(tǒng)、輔料加入量進行定量控制等，有助于提高混合后的砂的性能，主要包含：底轉(zhuǎn)盤、混砂主體（轉(zhuǎn)臂）、固化劑溫控系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、泵閥控制系統(tǒng)、砂定量裝置、輔料定量加入裝置、固化劑循環(huán)系統(tǒng)、砂子加熱系統(tǒng)。

3.1 固化劑（水玻璃）加入及定量控制系統(tǒng)

外購合格的水玻璃按要求送到專用儲存罐內(nèi)，該罐體外部需要用加熱帶均勻的包裹在外殼上，并用保溫棉等材料做好保溫措施，控制水玻璃的溫度在合適的范圍內(nèi)，如（45±5）℃，防止水玻璃粘接劑凝固結(jié)塊。水玻璃粘接劑使用螺桿泵，通過管道將水玻璃粘接劑輸送到生產(chǎn)線位置的水玻璃恒溫罐內(nèi)（圖6）。當恒溫控制罐體內(nèi)的水玻璃液位高于溢流口時，多余的水玻璃通過水玻璃循壞管道重新流回水玻璃儲存罐內(nèi)。水玻璃粘接劑循壞系統(tǒng)的管道需要保溫及加熱帶進行溫度控制，防止低溫影響水玻璃的流動。

生產(chǎn)線恒溫罐外部用加熱帶均勻地包裹在外殼上，并用保溫棉等材料做好保溫措施，控制水玻璃的溫度在工藝要求的范圍內(nèi)，并通過溫控儀表實時采集罐體內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)。通過外部的加熱帶進行加熱升溫；降溫時，通過罐體內(nèi)部的冷卻管道循環(huán)冷卻水進行，從而達到罐體內(nèi)部的溫度精準控制在工藝范圍。

混砂時用的水玻璃粘接劑通過混砂水玻璃循環(huán)管道，用定量泵將水玻璃粘接劑輸送到混砂機下料口位置。水玻璃粘接劑的加入量通過定量泵進行控制，輸送量的大小通過調(diào)節(jié)定量泵電機的轉(zhuǎn)速進行精準控制。為防止水玻璃粘接劑在不混砂時流出，在水玻璃出口前段加裝單向節(jié)流閥。

3.2 型砂溫控系統(tǒng)

型砂的溫度控制也是混砂質(zhì)量的關(guān)鍵，溫度控制是在混砂前對溫度的調(diào)節(jié)，目前控制范圍在26～34 ℃，型砂在加入混砂機前先將砂子經(jīng)過加熱器進行溫度調(diào)節(jié)，加熱器內(nèi)部有加熱管及冷風管道，砂子溫度低于要求的范圍時加熱器打開，對型砂進行連續(xù)循壞加熱，在加熱器的出口位置進行溫度檢測，通過人工調(diào)整加熱器功率的大小調(diào)控砂溫。砂子溫度高時，可關(guān)閉加熱器，用冷風將砂子降溫，通過調(diào)整風量的大小，控制降溫的幅度。

3.3 混砂機主體部分（轉(zhuǎn)臂）

該部分是混砂機的主體部分，包含：驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、傳動主軸、攪拌螺旋葉片、推進螺旋葉片、反推葉片、陶瓷復合外殼。

（1）工作原理：驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速快慢關(guān)系到混砂機葉片與砂子之間的攪拌速度。實際混砂過程中，根據(jù)混砂速度的要求選擇驅(qū)動電機的減速機，也可使用變頻器，通過調(diào)節(jié)頻率控制驅(qū)動電機輸出轉(zhuǎn)速。

砂子在推進螺旋葉片的作用下向一個方向運行。葉片最大直徑與外殼的間隙大小決定了砂子前進時殘留量的多少，間隙過大時，會存在外殼表面的砂子過多；間隙過小時，葉片最大直徑外側(cè)與外殼會存在摩擦損壞設(shè)備及葉片，因此必須把握好葉片與外殼內(nèi)側(cè)之間的間隙大小。另外，攪拌螺旋葉片上的攪拌部分（圖4）與混砂機U 形外殼內(nèi)壁間隙合適時，可以在固化劑加入時產(chǎn)生的砂子與水玻璃粘接劑的團狀物碾壓破損，將水玻璃粘接劑均勻的混制在型砂中.另外，輔料加入時也存在上述問題，同樣可以將團狀物碾壓破損，起到各種物料均勻混制的效果。

（2）混砂過程：砂子定量裝置通過調(diào)節(jié)氣缸行程的大小，調(diào)節(jié)底部下砂口開度大小，控制單位時間內(nèi)下到混砂機內(nèi)部砂子數(shù)量。流入混砂機的砂子通過電機的驅(qū)動帶動旋轉(zhuǎn)軸及葉片按一定的速度旋轉(zhuǎn)，在推進葉片角度的作用下向前移動。在加入固化劑的位置，通過定量裝置將水玻璃粘接劑均勻地按砂子單位時間加入量的比例加入。加入的粘接劑通過與砂子的混合，推進到攪拌葉片位置，攪拌螺旋葉片利用葉片的特殊結(jié)構(gòu)，將加入粘接劑的砂子翻起，將粘接劑形成團狀物碾壓破損，使粘接劑均勻的與砂子表面結(jié)合形成粘結(jié)膜，這個混制過程根據(jù)混制效果，可以增加型砂混制葉片的數(shù)量。

當連續(xù)混制帶有粘接劑的砂子混勻后，就被連續(xù)推進到下輔料的位置。輔料加入量是按砂子加入量的比例進行均勻加入（圖7）。在聯(lián)系混砂過程中，輔料的加入是按單位時間加砂量的比例進行，并在攪拌螺旋葉片的作用下進行攪拌，使輔料與附有粘接劑的砂粒表面均勻附著，砂粒表面附著物均勻性依據(jù)實際檢測型砂的強度為準，可根據(jù)混制的效果增加攪拌螺旋葉片的數(shù)量?；熘坪玫男蜕敖?jīng)過推進葉片的連續(xù)驅(qū)動，被輸送到混砂機的下砂口位置，并連續(xù)流入射砂機內(nèi)進行造型生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

本實用新型連續(xù)式混砂機對高黏度粘接劑（固化劑）有較好的混制效果。連續(xù)式混砂機包括底轉(zhuǎn)盤、混砂主體（轉(zhuǎn)臂）、固化劑溫控系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、泵閥控制系統(tǒng)、砂定量裝置、輔料定量加入裝置、固化劑循環(huán)系統(tǒng)、砂子加熱系統(tǒng)，在連續(xù)混砂過程中有效控制對砂溫和粘接劑、輔料的加入，充分利用葉片的作用，對砂子混制的均勻性進行有效控制，有助于提高砂的性能。