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摘要：简述水平套箱造型线中铸型和铸件从砂箱中捅出的辅机设备的工作原理，设计方案及设备的主要构成，并对安装调试后续发现的问题进行改进。该设备采用液压驱动，PLC控制，结构简洁，运行稳定可靠而且经济高效。经调试已正常运转并得到客户的认可。
关键词：捅箱；液压驱动；运转；清扫
一.前言
ABM水平套箱造型线为我公司研发设计的新型全自动潮模砂铸造造型线，其套箱原理是在造型主机内将铸型直接挤入浇注砂箱，而后在浇注砂箱内完成浇注，冷却和落砂。该造型线在保留无箱高效率低成本优点的前提下，既解决了无箱造型线涨箱和错箱的弱点，又加强了其抵抗胀箱的能力，减小了错箱的幅度。它适用于生产外形复杂，对错箱和胀箱要求比较严格的中小铸件，例如：进排气管，制动毂，轮毂，涡轮壳，电机壳，水泵壳等等。该设计已获得中国铸造协会创新奖。
捅箱机是该造型线上一项重要的辅机装备，功用是将冷却后的铸型和铸件从砂箱中捅出并转移至落砂设备上。根据ABM造型线整体的布局状况和循环流程，该捅箱机需要安放在冷却线末端，将砂型以及铸件从套箱中捅出至落砂机上，并将空的外砂箱（套箱）运转回造型线上。考虑到外砂箱内壁及转运车底板会有多的余砂需要清理，所以捅箱机还需要包括这些部位的清扫机构。
该项目造型线相关主要技术参数：
砂箱平面尺寸为：720mm×720mm；砂型总高度：600-670mm可调整，每半型高度在280-350mm范围内无级可调；标准线最大生产效率：130-140整型∕小时实际冷却时间按实际生产率约120分钟。该项目捅箱机设计相关技术参数：
外砂箱实际设计尺寸为760mm×760mm×600mm。
二.捅箱机工作原理设计
32号项目ABM水平套箱造型线捅箱机工作原理为：
砂箱上部固定方形捅头（捅头上带清扫刷），用机械手将套箱及浇铸后的铸型，砂型从冷却线上提起直捅头上方，并转运至砂处理的振动输送槽上方；机械手继续提升，固定捅头将砂箱内的砂型和铸件一起自上而下捅出外砂箱并使之落在振动输送槽上。这样完成整个捅箱动作；然后将空砂箱转运并下降放回造型线的平板小车上，以备下一个工作循环使用。整个升降过程和转运过程均采用液压传驱动和控制，可提高功效，增强设备的可控性。
三.捅箱机整体方案设计及各驱动部分主要技术参数的确定
ABM水平套箱造型线的捅箱机设计方案为：机械手固定装于一水平升降托架下方，该升降托架上竖直固定安装提升油缸的推杆，该提升油缸纵向固定装在移送小车的车体上，升降托架由提升油缸驱动进行升降；在移送车下方安装滚轮，一侧安装油缸，在平行移送车框架下方安装轨道，实现推送小车水平往复运动；捅头固定安装于捅头油缸推杆的底部，该捅头竖直固定装在升降托架的中部。该结构设计简单紧凑，这样捅箱机的竖直提升过程以及水平移送的过程均可以可靠而又稳定地安全运行，安全系数比较高。
整台捅箱机辅机主要机构有：机架，平行框架，移送小车，机械手，捅头等。平行的框架水平地固定安装在竖直机架的顶部，移动车移动安装与平行框架内部，机械手和捅头共同纵向安装在移动小车的车体上，随移动小车一起水平移动。
驱动参数的确定：
（一）升降油缸型号确定
1.载荷计算：
（1）砂箱重量约248kg；
（2）砂型重量约695kg（砂型体积：760mm×760mm×600mm，紧实的砂型密度约2×103kg∕m3）
（3）机械手及支架本身重量预设100kg；
（4）浇注冷却后，胀箱会导致砂型与套箱之间间隙减小，捅箱阻力增大，具体要根据实际的胀箱程度来确定，预设摩擦系数增大一倍；
（5）预设液压油使用压力为7MPa
需要液压缸的输出力F=（248+695+100）×2=2086kg
考虑进安全系数同时参照液压缸理论出力参数表，选油缸内经为80mm，活塞杆直径40mm。
２.行程计算：
砂型最高670mm，加上捅头本身有一定厚度，取升降油缸行程为750mm.
3.选择安装方式：
（一）水平推行油缸型号确定
1.载荷计算：
（1）砂箱重量约248kg；
（2）砂型重量约695kg（砂型体积：760mm×760mm×600mm，紧实的砂型密度约2×103kg∕m3）
（3）机械手及支架本身重量预设100kg；
（4）移送小车本身重量预设150kg；
（5）移送小车在轨道上与滚轮的摩擦系数取0.3；
（6）预设液压油使用压力为7MPa
需要液压缸的输出力F=（248+695+100+150）×0.3=358kg
２.行程要求：
砂型从冷却线至出型位置，推行行程为1400mm。
四.总结该项目捅箱及整体结构设计时需要特别注意和完善的事项
1.捅箱机是造型线整体中重要的辅机部分，既要与造型线上的冷却线，线上的砂箱和小车配合，又要与后续的砂处理配合，故此处衔接部分的地基状况以及线上其它辅机的排布状况必须确认无误，并在捅箱机设计外形尺寸时与之留出安全间隔。本机设计时为避开砂处理部分振动输送槽，捅箱机支架部分前后支腿跨度以及高度均有很大差别，这些都是捅箱机现场配合和协调时必须考虑的；
2.捅箱机抓手“抱箱”后有水平方向的位置移动，因此抓手的抱箱机构必须考虑对砂箱的定位，以防在砂箱运送过程中，砂箱本身发生相对位移，影响捅头与砂箱的位置配合，进而影响捅出效果。本机构的设计中我将抱箱位置设定在砂箱下飞檐部位，起初采用了螺栓轴承结构作为抓手，将套箱提起，之后改为固定板，并且在固定板上做出倒角来作为砂箱进入捅箱机机械手机构的定位导向，同时在砂箱水平方向增加了限位挡块，限制砂箱整体在机械手上的位移。
3.捅箱机机械手收到的拉力较大，在设计结构时需要特别注意，尽量采用整体结构。在本机设计中我采用了整体焊接的方式，并且要求焊接后热处理，然后再精加工来保证机械手部位的尺寸的形状位置精度。在本辅机的原有设计中，采用了抓手支架与支撑板螺栓连接的方式，经现场使用，验证其容易发生变形而影响整台辅机的工作精度。本机的设计方案中我将关键部位的焊接采用了塞焊的方式。将需要与机械抓手侧板预先加工出配合用的槽，然后将机械抓手的顶板以及机械抓手本身均与槽配合后焊接。这样既大大增强了侧板的抗拉强度，又降低了焊接变形量。
4.为减少加工成本以及材料成本，支架部分选材上我已经尽量采用了型材，但机械抓手部分为了整体结构的简单可靠，还是大量选用了板材。大量厚板的使用大大增加了加工成本，尤其是热处理后焊接件再精加工的加工量和加工成本。以后的设计中可考虑继续完善该结构方案。
五.结语
此项目捅箱机是在原有31号项目捅箱机的基础上经过设计优化而最终形成了最终结构。该机构的优化在满足基本功能的前提下，主要对部件的结构进行了优化，如：机械手抓手结构，机械手焊接方式，焊接支架支腿位置及跨度，焊接支架的整体定位结构等。在方案优化的过程中，从技术角度选择优化的因素，在满足基本功能要求大前提下以经济性作为评价的重点，当然也要兼顾：可靠性，操作性，维修性，工艺性，以及机构的安全性等其它重要因素。能够以较低，再低的成本，生产出满足客户需求的安全可靠的产品，是企业生存和前进的驱动力，也是企业不断提升技术水平，增强自身竞争力，不懈追求的目标。这也要求我们机械设计技术人员将设计因素协调，优化，再优化，需要我们要求我们械设计技术人员不懈地提升个人专业技术水平。