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1第三节微震压实造型机前面已分析过,对于较高的砂型,采用微震压实方法,可以获得较好的砂型紧实度分布,这种紧实方法的优点有:1)由于机构中有弹簧垫或气垫缓冲,对地基的震动较小;2)可以实现微震及压震及不同紧实方法组合,有高大模样也能得到很好的紧实,紧实度分布比较均匀;3)工作震动频宰相对于震击实砂为高,因而其造型机的生产率比震击造型机高。由于微震压实造型机有以上的优点,所以在60及70年代,微震压实造型方法盛行一时。然而微震实砂时,所产生的振动和噪声仍然很大,而且微震机构的结构相当复杂,因而应用日渐减少。一、ZB148A半自动低压气动微震压实造型机1.概况ZB148A是最常见的微震压实造型机。全机由机身、震压机构、加砂机构、压头、起模机构和控制系统所组成,适用的砂箱尺寸为:800×600×250mm,震击有效举升力4000N,总压实力135kN。ZB148A半自动微震压实造型机1-微震压实机构,2-压头,3-工作台夹紧器,4-摇臂定位销,5-开关组19:39:3032.震压机构及起模机构它的微震机构是弹簧垫式微震机构,其工作原理可见下节。起模方式是顶箱起模,起模机构是由置于压实活塞3和压实缸7之间的环形起模活塞6和起模顶杆5所组成,起模活塞内开有通气道,通入压缩空气可以控制起模机构的升降.这种环形起模活塞的优点是同步性好,缺点是结构复杂,制造精度要求高,防止灰尘进入比较困难.二、气动微震机构及震压机构用于造型机的微震机构.绝大多数是气动的,即所谓气动微震机构.按缓冲部分结构的不同,气动微震机构可以分为弹簧垫式及气垫式两种。1.弹簧垫式气动微震及压实机构机构的工作过程如下:(1)原始位置如图a所示,此时弹簧高度为H,为防止工作台与压实活塞在预震时发生撞击,工作台下沿和压实活塞上沿间,留有一定的间隙△,△一般为15~20mm。(2)预震是指在加砂过程中或加砂后压实之前的震击.压缩空气由a孔引入,经b、c孔进入震击缸,使震击活塞(工作台)上升,同时使震铁向下压缩弹簧移动一段距离△S,如图b所示.在震击活塞和震铁相对运动的过程中,进气孔b自动关闭,压缩空气在缸内膨胀作功,然后排气孔d打开,压缩空气排出,震击缸内气压迅速下降,震击活塞和震铁由于惯性仍继续沿原方向运动一段距离。之后,震击活塞(工作台)等靠自重下落,震铁则在弹簧恢复力的作用下向上运动,两者发生碰撞,完成一次震击,如此重复循环.19:39:306•(3)压震•压震就是在压实的同时进行震击。这时压缩空气由e孔进入压实缸,使压实活塞上升,并通过弹簧托起震铁及工作台等.当砂箱中的型砂与压头接触并受压时,压实活塞克服弹簧的恢复力而消除间隙△,抵住工作台.此时弹簧的高度为H-△,如图c。•当压缩空气由a孔引入,经b、c孔进入震击缸时,由于工作台已被压住,压缩空气只能迫使震铁下移。震铁向下移动Sj(进气行程)距离后,进气孔b关闭,压缩空气膨胀作功,震铁继续下移Sp(膨胀行程)距离,排气孔d打开,震击缸内气压很快下降,但由于惯性,震铁还能继续下移Sg(惯性行程)距离.震铁的最大行程为S=Sj+Sp+Sg,此时的弹簧高度为H1=H-△-S,如图d所示。整个下行程结束后,震铁在弹簧恢复力的作用下,向上运动并撞击工作台.这样,震铁周期性地撞击工作台,从而获得边压边震的紧实效果.2.微震过程的运动分析在此以压震过程为例来进行分析.压震过程中,工作台及其上面的模板框、模板、砂箱、型砂等已被压头抵住而不能自由运动,震击缸进气后,只有震铁可上下往复运动,撞击工作台,使型砂紧实,所以震铁是压震过程中的主要运动部件。图2—14绘出了震铁在压震过程中的受力状态。震铁在运动过程中,始终受四种外力的作用:(1)缸内气压所产生的向下推力PF2,方向向下,其大小则是随震铁的运动而变化。缸内气压是推动震铁运动作功的唯一动力.(2)震铁重力GT,方向向下,大小不变.(3)弹簧恢复力N,方向向上,其大小与震铁行程成正比,它是一个规则变化的外力。(4)摩擦阻力R,它的方向总是逆着震铁运动的方向,其大小一般可视为常数。震铁的运动是这四种外力综合作用的结果。当压震开始时,震击缸进气,气体压力、震铁重力推动震铁向下运动,而弹簧恢复力和摩擦阻力则阻碍震铁向下运动.由于向下的外力占优势,外力的合力向下,故震铁由静止开始向下运动,且速度不断加大。进气口关闭后,震铁处于膨胀行程阶段,缸内气压开始下降,而弹簧恢复力则一直在增大。当达到某一位置时,作用于震铁上的推力与阻力达到平衡,外力的合力为零,加速度为零,Sn=0,向下运动速度达最大值.再往下,向上的外力开始占优势,合力方向向上,加速度变为负值,震铁开始减速运动,膨胀行程终了,排气口打开,缸内气压骤降,向下的推力急剧减小,向上外力仍在增加,故外力合力方向向上,大小迅速增加,减速度增大,震铁向下运动的速度迅速下降,直到走完惯性行程,震铁达到运动行程的下限,然后改变运动方向,转而向上运动.这时,如图2—14b所示,与前不同者,外力中仅摩擦阻力改变了方向,其他外力方向不变,但缸内气压和弹簧恢复力的大小还是变化的.在震铁向上运动阶段,弹簧恢复力成为推动震铁向上运动的唯一动力,其他各外力皆为阻力.震铁在最低位置时,弹簧恢复力达到最大值。这时缸内仍在排气,气压继续下降,震铁开始加速向上运动,走完惯性行程,排气口关闭,缸内气体开始绝热压缩,气压稍有回升。压缩行程(膨胜行程的回程)终了,进气口打开,重新进入压缩空气,缸内气压迅速增大,而弹簧恢复力则逐渐减小,在到达撞击面之前某一距离时,作用在震铁上的诸外力再次达到平衡,加速度为零,震铁向上运动,速度达到最大值,然后开始减速运动,直到撞击工作台,完成一次震击循环。19:39:3010•3.气动微震机构实现压震的条件•要实现压震,缸内气压不仅要克服活塞、工作台和有效负荷的重力,而且要克服由于消除工作台与压实活塞上沿间的间隙△而增加的弹簧恢复力,还要进一步克服震铁移动进气行程Sj、膨胀行程Sp,所产生的弹簧恢复力,故压震比预震困难.能够预震的微震机构,未必能进行压震。以下几方面的原因都可能导致不能压震:•如运动部件(活塞、震铁和震击缸)的加工精度低,配合过紧或进气通道阻力过大等,而弹簧恢复力(或弹簧刚度)过大往往是不能实现压震的主要原因,在设计压震机构时,必须对微震弹簧的刚度进行认真的核算。震铁是从静止到运动,然后又到静止的过程,并且开始是加速,速度从零到最大,然后减速;速度从最大又减到零的过程。为了确保膨胀行程终了时能够顺利地打开排气孔,且能向下继续走完惯性行程,必须在打开排气孔时,震铁已具有一定的运动速度。这样,在打开排气孔后,虽然缸内气压下降,使震铁所受向上外力之和远大于向下外力之和。但震铁仍能靠惯性向下走完惯性行程.要确保震铁此时具有足够的运动速度,最可靠的假设就是要求震铁在打开排气孔前,一直是在加速下降,亦即作用于震铁上外力的合力的方向始终向下,则有:式中Pp——膨胀行程终了时缸内气压。此时的弹簧恢复力为:N=N0+(△+Sj+Sp)K式中N0——预震开始前弹簧的恢复力;Qy——有效负荷重量;Qz——震击机构升起部分自重;GT——震铁重;△——预震开始前,工作台下面到压实活塞上沿间的距离;Sj——进气行程;Sp——膨胀行程;K——弹簧刚度。进一步推导可得出:N=N0+(△+Sj+Sp)K摩擦力可取.根据一些实测数据得出;a=0.05~0.15,上式又可写成根据有关实验,膨胀行程终了时,缸内气压一般为250~350kPa。按此值确定的弹簧刚度K是保证能够顺利打开排气孔的,但刚度偏小,震击力相应也小,对撞击不利。在保证打开排气孔的前提下,弹簧刚度还可以稍大一些,使震铁受力平衡状态提前一些达到,从而使膨胀行程终了时震铁速度已比最大值有所降低,但仍保持一定数值.
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