专利名称：一种摇枕、侧架整体芯制作及下芯工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于铸造工艺及柔性制造技术领域，涉及一种摇枕、侧架整体芯制作及下
芯工艺。
背景技术：
目前国内铁路行业在摇枕、侧架生产中采用的整体芯制作工艺主要有以下几种
1采用树脂砂冷芯盒射芯方式制芯，用手工夹具下芯；
2采用树脂砂冷芯盒壳型制芯，用机械定位机械下芯； 3采用水玻璃砂酯硬化盒内挤压成型或盒内锁芯制芯(长度方向L、D需要分段)， 采用手工夹具下芯； 上述几种整体芯制作工艺的缺点在于，树脂砂射芯及壳型制芯时，操作过程中激 冷材料不好放置，砂芯退让性不好，铸件裂纹倾向大，另外树脂砂会产生一种对人体有害的 有毒气体；酯硬化盒内挤压成型或盒内挤压锁芯效率比较低；下芯精度不高，劳动强度大， 砂芯容易损坏，手工夹具下芯效率低；机械定位下芯设备不能与现有大多数厂家的造型制 芯生产线柔性结合，不易推广使用。
发明内容
本发明的技术方案是为了克服现有技术中存在的铸件内腔普遍存在横向、纵向披 缝、台阶、砂眼，壁厚不易保证等技术问题，还有可能形成裂纹源的缺点，提出一种摇枕、侧 架整体芯的制作及下芯工艺，适应用于铁路车辆用摇枕、侧架整体芯砂芯的制作及下芯，实 现了砂芯的抓取、搬运、锁芯及下芯过程机械自动化、智能化生产，极大地提高了下芯精度 及速度。 本发明的技术方案 —种摇枕、侧架整体芯的制作及下芯工艺，该工艺包括一条酯硬化水玻璃砂整体
芯制芯生产线和一条机器人锁芯、下芯生产线；其中 所说的酯硬化水玻璃砂整体芯制芯生产线具体步骤如下 第一步生产线上先将预先制作好的芯骨放入摇枕下芯盒和摇枕上芯盒中，冷铁、 铬矿砂放入摇枕下芯盒和摇枕上芯盒中砂芯易形成縮松、縮孔等缺陷的热节部位；
第二步启动混砂机混制芯砂，填入摇枕下芯盒和摇枕上芯盒，然后在震实台经微 震震实后，将分型面凸起的砂子刮平，加装摇枕下砂芯随形垫块和摇枕上砂芯随形垫块后， 盖上托芯板形成摇枕下芯盒体和摇枕上芯盒体； 第三步由一次转运小车将摇枕下芯盒体和摇枕上芯盒体输送至一次表干炉进行 初表干； 第四步经烘干的摇枕下芯盒和摇枕上芯盒中的摇枕下砂芯和摇枕上砂芯有了一 定的初始强度后进入翻转起模机； 第五步翻转起模机将摇枕下芯盒和摇枕上芯盒与摇枕下砂芯和摇枕上砂芯、摇枕下砂芯随形垫块和摇枕上砂芯随形垫块及托芯板分离； 第六步分离后的摇枕下砂芯和摇枕上砂芯、摇枕下砂芯随形垫块和摇枕上砂芯 随形垫块与托芯板一体，简称摇枕下芯板体或摇枕上芯板体；再由二次转运小车输送至二 次表干炉进行二次表干；经二次表干后的摇枕下芯板体和摇枕上芯板体在辊道上放置6-8 小时后，输送至机器人锁芯、下芯生产线； 所说的机器人锁芯、下芯生产线包括摇枕锁芯、下芯生产过程和侧架锁芯、下芯生
产过程两部分，具体步骤如下 (1)摇枕锁芯、下芯生产过程 第一步首先将摇枕下芯板体由摇枕型芯上料工位输送至摇枕型芯工作工位；
第二步摇枕机器人对摇枕下芯板体上的摇枕下砂芯工艺设定的特征面进行三维 激光扫描，并将摇枕下砂芯空间坐标信息返回中控室，中控室通知摇枕机器人；
第三步摇枕机器人接到指令后在四个摇枕砂芯圆台位置抓取摇枕下砂芯，并以 长度L方向为轴平稳翻转180度放置于摇枕中转台； 第四步然后摇枕机器人抓手退出后，调整位置姿态，再将摇枕下砂芯从摇枕中转
台抓至摇枕锁芯工作台；与此同时，摇枕下芯板体从摇枕型型芯工作工位输送至摇枕型芯
下料工位，摇枕上芯板体从摇枕型芯上料工位输送至摇枕型芯工作工位； 第五步摇枕机器人返回摇枕型芯工作工位，抓取摇枕上芯板体上的摇枕上砂芯，
并与先前抓取至摇枕锁芯工作台上的摇枕下片砂芯精确对正组合，完成摇枕整体芯的合
片；此时工人沿砂芯分型面刷涂料；与此同时，摇枕机器人对已进入摇枕型芯工作工位的
摇枕砂型特征面进行三维激光扫描，确定摇枕砂型的型腔坐标； 第六步再由摇枕机器人抓取摇枕锁芯工作台上合完的摇枕整体芯精确下入摇枕 砂型；摇枕砂型从摇枕型芯工作工位输送至摇枕型芯下料工位待吊装，此时摇枕整体芯的 制作与下芯完毕； (2)侧架锁芯、下芯生产过程 侧架上砂芯和或侧架下砂芯制作除不加随形垫块外，其余步骤与摇枕上砂芯和或
摇枕下砂芯制作相同；侧架机器人抓取侧架上砂芯、侧架下砂芯的抓取位置在侧架大三角
孔立柱面上，抓取面为平面；其余制作步骤与摇枕锁芯、下芯生产过程相同。 所说的芯砂与铬矿砂的制备步骤中芯砂采用的是硅砂改性水玻璃酯硬化，铬矿砂
为铬矿砂改性水玻璃酯硬化；所说的摇枕、侧架砂型型模均为一模两件；所说的托芯板与
摇枕上芯盒、摇枕下芯盒靠定位销和定位孔定位联接；侧架芯盒直接加盖托芯板步骤中托
芯板与侧架芯盒靠定位销和定位孔定位联接。 本发明的有益效果本发明的方法是用一个砂芯取代原来的多个砂芯的工艺，实 现了摇枕、侧架重要部位及其扩展区域在内的内腔无披缝、无台阶，消除了由于内腔披缝、 台阶带来的裂纹等缺陷，减少了芯撑使用数量，保证了铸件壁厚尺寸精度，提高了列车运行 的安全性。
本发明共有13幅附图。
图l.本发明中酯硬化水玻璃砂摇枕、侧架整体芯制芯生产线；
图2.本发明中摇枕、侧架机器人锁芯、下芯生产线；图3.摇枕下芯盒体25示意图；图4.摇枕上芯盒体26示意图；图5.侧架上下芯盒体27示意图；图6.摇枕下芯板体28示意图；图7.摇枕上芯板体29示意图；图8.侧架上下芯板体30示意图；图9.摇枕整体芯上砂芯39示意图；图10.摇枕整体芯下砂芯40示意图；图11.侧架整体芯上砂芯42示意图；图12.侧架整体芯下砂芯43示意图；图13.本发明摇枕、侧架整体芯砂芯的制作及下芯工艺的框图
具体实施例方式
本发明的摇枕、侧架整体芯砂芯的制作及下芯工艺如图13所示，该工艺包括如图 1所示的一条酯硬化水玻璃砂整体芯制芯生产线和如图2所示的一条机器人锁芯、下芯生产线。 如图l所示，制芯生产线为混砂机1、震实台2、一次转运小车3、一次表干炉4、翻 转起模机5、二次转运小车6、二次表干炉7、存放辊道8。 如图2所示的机器人锁芯、下芯生产线为摇枕型芯上料工位9、摇枕型芯工作工 位10、摇枕机器人11、中控室12、摇枕中转台13、摇枕锁芯工作台14、摇枕砂型15、摇枕型 芯下料工位16。 侧架型芯上料工位17、侧架型芯工作工位18、侧架机器人19、中控室12、侧架中转
台20、侧架锁芯工作台21、侧架砂型22、侧架型芯下料工位23。 如图1所示的酯硬化水玻璃砂整体芯制芯生产线，具体步骤如下 第一步在制芯生产线上先将预先制作好的芯骨放入摇枕下芯盒33和摇枕上芯
盒36中，冷铁、铬矿砂放入摇枕下芯盒33和摇枕上芯盒36中砂芯易形成縮松、縮孔等缺陷
的热节部位，砂芯靠放芯骨提高砂芯刚度。 第二步启动混砂机1混制芯砂，填入摇枕下芯盒33和摇枕上芯盒36，然后在震 实台2经微震震实后，将分型面凸起的砂子刮平，加装摇枕下砂芯随形垫块34和摇枕上砂 芯随形垫块37后，盖上托芯板35形成摇枕下芯盒体25和摇枕上芯盒体26，如图3与图4 所示。如图3摇枕下芯盒体25与图4摇枕上芯盒体26所示，摇枕下芯盒33与摇枕上芯盒 36需加摇枕下砂芯随形垫块34与摇枕上砂芯随形垫块37来保证摇枕分型面为平面，并在 摇枕下芯盒33与摇枕上芯盒36上方分别加盖托芯板35，芯盒与托芯板35靠芯盒两端的定 位销32与芯板两端定位孔31定位联接。 第三步由一次转运小车3将摇枕下芯盒体25和摇枕上芯盒体26输送至一次表 干炉4进行初表干。 第四步经烘干的摇枕下芯盒33和摇枕上芯盒36中的摇枕下砂芯40和摇枕上砂 芯39有了一定的初始强度后进入翻转起模机5。
第五步翻转起模机5将摇枕下芯盒33和摇枕上芯盒36与摇枕下砂芯40和摇枕
上砂芯39、摇枕下砂芯随形垫块34和摇枕上砂芯随形垫块37及托芯板35分离。 第六步分离后的摇枕下砂芯40和摇枕上砂芯39、摇枕下砂芯随形垫块34和摇
枕上砂芯随形垫块37与托芯板35 —体， 一模两件。简称摇枕下芯板体28或摇枕上芯板体
29，如图6，图7所示。再由二次转运小车6输送至二次表干炉7进行二次表干；经二次表
干后的摇枕下芯板体28和摇枕上芯板体29在辊道8上放置6-8小时后，输送至机器人锁
芯、下芯生产线。 侧架上砂芯42和侧架下砂芯43的制作除不加随形垫块外，其余步骤与摇枕上砂 芯39和摇枕下砂芯40制作步骤相同。 如图2所示的机器人锁芯、下芯生产线，具体步骤如下 第一步首先将摇枕下芯板体28由摇枕型芯上料工位9输送至摇枕型芯工作工位 10。 第二步摇枕机器人11对摇枕下芯板体28上的摇枕下砂芯40工艺设定的特征面 进行三维激光扫描，并将摇枕下砂芯40空间坐标信息返回中控室12，中控室12通知摇枕机 器人11。 第三步摇枕机器人11接到指令后在四个摇枕砂芯圆台41位置，如图9所示，抓 取摇枕下砂芯40，并以长度L方向为轴平稳翻转180度放置于摇枕中转台13。
第四步然后摇枕机器人11抓手退出后，调整位置姿态，再将摇枕下砂芯40从摇 枕中转台13抓至摇枕锁芯工作台14;与此同时，摇枕下芯板体28从摇枕型型芯工作工位 10输送至摇枕型芯下料工位16，摇枕上芯板体29从摇枕型芯上料工位9输送至摇枕型芯 工作工位10。 第五步摇枕机器人11返回摇枕型芯工作工位IO，抓取摇枕上芯板体29中的如 图10所示的摇枕上片砂芯39上的四个摇枕砂芯圆台41，并与先前抓取至摇枕锁芯工作台 14上的摇枕下片砂芯40精确对正组合，完成摇枕整体芯的合片；此时工人沿砂芯分型面刷 涂料；与此同时，摇枕机器人11对已进入摇枕型芯工作工位10的摇枕砂型15特征面进行 三维激光扫描，确定摇枕砂型15型腔坐标。 第六步再由摇枕机器人11抓取摇枕锁芯工作台14上合完的摇枕整体芯精确下 入摇枕砂型15 ;摇枕砂型15从摇枕型芯工作工位10输送至摇枕型芯下料工位16待吊装。 此时摇枕整体芯的制作与下芯完毕。 侧架锁芯、下芯流程与摇枕锁芯、下芯流程类似。 具体如下如图5为侧架上下芯盒体27所示，侧架芯盒38上方直接加盖托芯板 35，芯盒与托芯板35靠芯盒两端的定位销32与芯板两端定位孔31定位联接。
将侧架上下芯板体30由侧架型芯上料工位17输送至侧架型芯工作工位18 ;侧架 机器人19至侧架型芯工作工位18，对侧架上下芯板体30上的侧架下砂芯43工艺设定特 征面进行三维激光扫描，并将侧架下砂芯43空间坐标返回中控室12，中控室12通知侧架 机器人19 ;不同之处是侧架机器人19在接到指令后在侧架大三角孔立柱面44位置(见图 8)抓取侧架下片砂芯43，以长度D方向为轴平稳翻转180度放置于侧架中转台20 ;然后侧 架机器人19抓手退出，调整位置姿态，再将侧架中转台20上的如图11、图12所示的侧架下 砂芯43抓至侧架锁芯工作台21 ;因侧架上砂芯42与侧架下砂芯43布置在同一块托芯板35上，无需随形垫块支撑，一模两件。所以侧架机器人19返回侧架型芯工作工位18时，即 可抓取侧架上下芯板体30中剩余的侧架上片砂芯42至侧架锁芯工作台21，将侧架上片砂 芯42与侧架锁芯工作台21上的侧架下片砂芯43精确对正组合，完成侧架整体芯的合片； 空托芯板35从侧架型芯工作工位18进入侧架型芯下料工位23 ;此时工人沿侧架整体芯分 型面刷涂料；与此同时，侧架机器人19对已进入侧架型芯工作工位18的侧架砂型22特征 面进行三维激光扫描，确定侧架砂型22型腔坐标；再由侧架机器人19抓取侧架锁芯工作台 21上的侧架整体芯精确下入侧架砂型22 ;侧架砂型22从侧架型芯工作工位18输送至侧架 型芯下料工位23待吊装，此时侧架整体芯的制作与下芯完毕。 为防止锁芯、下芯生产线中震实台1的震动对锁芯、下芯生产线中三维激光扫描 精度和机器人下芯精度造成影响，在整条锁芯、下芯生产线周围设置一圈防震沟24。
权利要求
一种摇枕、侧架整体芯的制作及下芯工艺，其特征在于该工艺包括一条酯硬化水玻璃砂整体芯制芯生产线和一条机器人锁芯、下芯生产线；其中所说的酯硬化水玻璃砂整体芯制芯生产线具体步骤如下第一步生产线上先将预先制作好的芯骨放入摇枕下芯盒(33)和摇枕上芯盒(36)中，冷铁、铬矿砂放入摇枕下芯盒(33)和摇枕上芯盒(36)中砂芯易形成缩松、缩孔等缺陷的热节部位；第二步启动混砂机(1)混制芯砂，填入摇枕下芯盒(33)和摇枕上芯盒(36)，然后在震实台(2)经微震震实后，将分型面凸起的砂子刮平，加装摇枕下砂芯随形垫块(34)和摇枕上砂芯随形垫块(37)后，盖上托芯板(35)形成摇枕下芯盒体(25)和摇枕上芯盒体(26)；第三步由一次转运小车(3)将摇枕下芯盒体(25)和摇枕上芯盒体(26)输送至一次表干炉(4)进行初表干；第四步经烘干的摇枕下芯盒(33)和摇枕上芯盒(36)中的摇枕下砂芯(40)和摇枕上砂芯(39)有了一定的初始强度后进入翻转起模机(5)；第五步翻转起模机(5)将摇枕下芯盒(33)和摇枕上芯盒(36)与摇枕下砂芯(40)和摇枕上砂芯(39)、摇枕下砂芯随形垫块(34)和摇枕上砂芯随形垫块(37)及托芯板(35)分离；第六步分离后的摇枕下砂芯(40)和摇枕上砂芯(39)、摇枕下砂芯随形垫块(34)和摇枕上砂芯随形垫块(37)与托芯板(35)一体，简称摇枕下芯板体(28)或摇枕上芯板体(29)；再由二次转运小车(6)输送至二次表干炉(7)进行二次表干；经二次表干后的摇枕下芯板体(28)和摇枕上芯板体(29)在辊道(8)上放置6-8小时后，输送至机器人锁芯、下芯生产线；所说的机器人锁芯、下芯生产线包括摇枕锁芯、下芯生产过程和侧架锁芯、下芯生产过程两部分，具体步骤如下(1)摇枕锁芯、下芯生产过程第一步首先将摇枕下芯板体(28)由摇枕型芯上料工位(9)输送至摇枕型芯工作工位(10)；第二步摇枕机器人(11)对摇枕下芯板体(28)上的摇枕下砂芯(40)工艺设定的特征面进行三维激光扫描，并将摇枕下砂芯(40)空间坐标信息返回中控室(12)，中控室(12)通知摇枕机器人(11)；第三步摇枕机器人(11)接到指令后在四个摇枕砂芯圆台(41)位置抓取摇枕下砂芯(40)，并以长度L方向为轴平稳翻转180度放置于摇枕中转台(13)；第四步然后摇枕机器人(11)抓手退出后，调整位置姿态，再将摇枕下砂芯(40)从摇枕中转台(13)抓至摇枕锁芯工作台(14)；与此同时，摇枕下芯板体(28)从摇枕型型芯工作工位(10)输送至摇枕型芯下料工位(16)，摇枕上芯板体(29)从摇枕型芯上料工位(9)输送至摇枕型芯工作工位(10)；第五步摇枕机器人(11)返回摇枕型芯工作工位(10)，抓取摇枕上芯板体(29)上的摇枕上砂芯(39)，并与先前抓取至摇枕锁芯工作台(14)上的摇枕下片砂芯(40)精确对正组合，完成摇枕整体芯的合片；此时工人沿砂芯分型面刷涂料；与此同时，摇枕机器人(11)对已进入摇枕型芯工作工位(10)的摇枕砂型(15)特征面进行三维激光扫描，确定摇枕砂型(15)的型腔坐标；第六步再由摇枕机器人(11)抓取摇枕锁芯工作台(14)上合完的摇枕整体芯精确下入摇枕砂型(15)；摇枕砂型(15)从摇枕型芯工作工位(10)输送至摇枕型芯下料工位(16)待吊装，此时摇枕整体芯的制作与下芯完毕；(2)侧架锁芯、下芯生产过程侧架上砂芯(42)和或侧架下砂芯(43)制作除不加随形垫块外，其余步骤与摇枕上砂芯(39)和或摇枕下砂芯(40)制作相同；侧架机器人(19)抓取侧架上砂芯(42)、侧架下砂芯(43)的抓取位置在侧架大三角孔立柱面(44)上，抓取面为平面；其余制作步骤与摇枕锁芯、下芯生产过程相同。
2. 根据权利要求1所述的一种摇枕、侧架整体芯的制作及下芯工艺，其特征在于所说 的芯砂与铬矿砂的制备步骤中芯砂采用的是硅砂改性水玻璃酯硬化，铬矿砂为铬矿砂改性 水玻璃酯硬化。
3. 根据权利要求1所述的一种摇枕、侧架整体芯砂芯的制作及下芯工艺，其特征在于所说的摇枕、侧架砂型型模均为一模两件。
4. 根据权利要求1所述的一种摇枕、侧架整体芯的制作及下芯工艺，其特征在于所说的托芯板(35)与摇枕上芯盒(36)、摇枕下芯盒(33)靠定位销(32)和定位孔(31)定位联 接；侧架芯盒直接加盖托芯板步骤中托芯板(35)与侧架芯盒(38)靠定位销(32)和定位孔 (31)定位联接。
全文摘要
本发明属于铸造工艺及柔性制造技术领域，为一种摇枕、侧架整体芯制作及下芯工艺。该工艺主要包括一条酯硬化造型生产线和一条机器人锁芯、下芯生产线。该工艺采用酯硬化水玻璃砂自硬工艺在造型生产线上将摇枕、侧架原多片砂芯分别整合成上下片制出，经表干放置一定时间后，输送至机器人锁芯、下芯生产线，通过三维激光扫描精确定位，机器人完成砂芯锁芯操作，随后将锁好的整体砂芯精确放入砂模型腔。本发明的优点操作过程中激冷材料好放置，退让性好，铸件裂纹倾向小，实现了摇枕、侧架重要部位及其扩展区域在内的内腔无披缝、无台阶，消除了由于内腔披缝、台阶带来的裂纹等缺陷，减少了芯撑使用数量，保证了铸件壁厚尺寸精度。
文档编号B22C9/10GK101733365SQ200810175859
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者刘晓鸣, 周全, 岳国志, 弓胜文, 张光胜, 扈晓旻, 李辉, 王建萍, 王林, 陈栋柱, 霍丽珍 申请人:晋西铁路车辆有限责任公司