砂型铸造通用型漏模机在铸造行业中占据着举足轻重的地位，是现代铸造生产的关键设备之一。其结构复杂且精密，不同类型的漏模机，如齿条式升降顶箱式与落模式漏模机，在主体结构、顶箱或落模机构以及辅助结构等方面各有特点。在工作原理上，齿条式升降顶箱式漏模机通过齿条带动顶箱升降实现漏模，而落模式漏模机则依靠模具落下完成漏模操作。设计分析涵盖力学、运动学以及关键部件选型等多方面，以确保设备的性能与可靠性。此外，漏模机按结构形式和自动化程度分类，传动方式主要有机械传动与液压传动。在设计过程中，需特别注意砂型精度保障、设备稳定性以及操作便捷性等问题。本文对砂型铸造通用型漏模机的全面剖析，旨在为铸造行业的技术提升提供理论支持与实践指导。
**关键词:** 砂型铸造；漏模造型机；工作原理；结构分析
#### Abstract
The sand casting universal pattern drawing machine occupies a pivotal position in the foundry industry and is one of the key equipment for modern casting production. Its structure is complex and precise, and different types of pattern drawing machines, such as the rack - type lifting top box and the pattern - falling pattern drawing machines, have their own characteristics in terms of the main structure, top box or pattern - falling mechanisms, and auxiliary structures. In terms of working principles, the rack - type lifting top box pattern drawing machine achieves pattern drawing by using a rack to drive the lifting of the top box, while the pattern - falling pattern drawing machine completes the pattern - drawing operation by relying on the falling of the mold. The design analysis covers various aspects such as mechanics, kinematics, and key component selection to ensure the performance and reliability of the equipment. In addition, the pattern drawing machines are classified according to the structural form and the degree of automation, and the transmission methods mainly include mechanical transmission and hydraulic transmission. During the design process, special attention should be paid to issues such as the accuracy assurance of sand molds, equipment stability, and operational convenience. This comprehensive analysis of the sand casting universal pattern drawing machine aims to provide theoretical support and practical guidance for the technological improvement of the foundry industry.
**Keyword:** Sand casting; Leakage molding machine; Working principle; Structural analysis
1. 引言
1.1 砂型铸造行业背景
砂型铸造作为现代制造业中不可或缺的基础工艺，广泛应用于机械制造、矿山冶金、交通运输、能源动力等国民经济的关键领域。其以基本建设投资小、工艺灵活性大以及生产周期短的特点，成为现代大机械工业的重要支撑技术。然而，尽管砂型铸造在我国已取得显著进展，但与发达国家相比，仍存在诸多问题，尤其是在模具设计及制造水平上的不足，直接制约了铸件质量的提升。在砂型铸造的生产流程中，漏模机作为关键设备之一，承担着实现砂型精确成型的重要任务。漏模机通过控制模板与砂箱的相对运动，能够显著提高砂型的尺寸精度和表面质量，从而为后续铸造工序奠定坚实基础。因此，研究漏模机的工作原理及结构设计，对于完善砂型铸造工艺体系、提升整体技术水平具有重要意义。
1.2 漏模机的研究意义
通用型漏模机的开发与应用，对提高砂型铸造生产效率、优化铸件质量以及降低劳动强度具有深远的积极影响。首先，漏模机通过自动化或半自动化操作，能够显著减少人工干预，从而缩短造型周期并提高生产节拍。其次，在铸件质量方面，漏模机通过精确控制模板与砂箱的运动轨迹，可以有效避免传统手工操作中因人为因素导致的砂型缺陷，如尺寸偏差、表面粗糙等问题。此外，漏模机的应用还能够显著降低工人的劳动强度，尤其是在处理大型或复杂铸件时，其优势更为突出。鉴于上述优点，开展对通用型漏模机的深入研究显得尤为必要。通过对漏模机的工作原理及结构设计的系统分析，不仅可以为设备优化提供理论依据，还能够推动砂型铸造行业向高效化、智能化方向发展。
1.3 研究目标与内容
本论文旨在深入分析砂型铸造通用型漏模机的工作原理及结构设计，以期为设备性能优化及工艺改进提供理论支持。具体而言，本研究将围绕以下几个方面展开：首先，对漏模机的主体结构、传动方式及辅助装置进行详细解析，明确其在实际工作中的功能与作用；其次，结合齿条式升降顶箱式漏模机和落模式漏模机的典型代表，探讨其工作原理及运动特性，揭示不同类型漏模机的适用场景与优劣性；最后，基于力学、运动学及关键部件选型的分析，提出优化设计方案，以进一步提升设备的稳定性、精度及操作便捷性。通过上述研究，期望能够为砂型铸造行业的技术进步提供有益的参考与借鉴。
2. 文献综述
2.1 砂型铸造设备发展概述
砂型铸造作为现代机械制造工业的基础工艺之一，其设备的发展历程经历了从手工操作到半自动化、全自动化的技术演进。在早期阶段，砂型铸造主要依赖人工操作，设备结构简单，生产效率低下，且铸件质量难以保证。随着工业化的推进，砂型铸造设备逐渐引入了机械化装置，如震实台、压实机等，这些设备显著提高了生产效率和铸件的尺寸精度。然而，这一时期的设备仍存在明显的局限性，例如能耗高、噪音大以及对操作工人的技能要求较高。进入20世纪后期，随着计算机技术和数控技术的发展，砂型铸造设备逐步向智能化、高精度方向迈进，出现了以漏模机为代表的先进造型设备。漏模机的出现不仅解决了传统造型方法中模板与砂箱分离困难的问题，还大幅提升了砂型的精度和表面质量，为复杂铸件的生产提供了技术支持。
2.2 漏模机相关研究现状
近年来，国内外学者围绕漏模机的工作原理、结构改进及性能优化开展了大量研究。在国内，李佳兴等人通过对砂型铸造模具设计及制造问题的分析，提出了改进漏模机结构的设计思路，以提高设备的稳定性和工作效率。同时，赵颖烈、游志勇等学者基于快速制造技术，对盘类和管类铸件的砂型分型设计进行了系统研究，指出漏模机在复杂铸件分型中的重要作用，并总结了不同类型漏模机的适用场景。国外研究则更加注重漏模机的自动化控制与智能化发展，例如美国、日本等制造业强国已将液压传动技术和传感器控制系统应用于漏模机中，实现了设备的高效运行与精准控制。尽管如此，现有研究仍存在一定的不足之处，例如对漏模机关键部件的力学分析与运动学特性研究较为有限，且针对通用型漏模机的系统性设计分析尚属空白。这些问题为后续研究提供了重要的切入点。
2.3 本文研究方向
基于现有研究成果，本文旨在对砂型铸造通用型漏模机进行全面而深入的分析，重点探讨齿条式升降顶箱式与落模式漏模机的工作原理及结构设计。与以往研究相比，本文的创新性体现在以下几个方面：首先，通过力学分析与运动学分析，揭示漏模机在工作过程中的关键性能指标，为设备优化提供理论依据。其次，结合实际案例，详细阐述两种典型漏模机的结构特点及其在复杂铸件生产中的应用优势，为工程实践提供参考。最后，本文还将从设备稳定性、操作便捷性等角度出发，提出针对性的设计改进建议，以期推动漏模机技术的进一步发展。
3. 砂型铸造通用型漏模机的结构
3.1 齿条式升降顶箱式漏模机结构
3.1.1 主体结构
齿条式升降顶箱式漏模机的主体框架通常由高强度钢材焊接而成，其设计需兼顾设备的稳定性与强度。主体框架主要包括底座、立柱和顶板三部分，其中底座用于支撑整个设备的重量并提供稳定的基础，立柱则承担连接底座与顶板的功能，并通过合理的布局分散工作过程中的载荷。在材料选择方面，通常采用Q235或Q345等优质碳素结构钢，以确保设备在长期使用中不发生明显变形。此外，主体框架的结构设计还需考虑设备的动态特性，例如通过增加肋板数量或优化截面形状来提高抗弯能力，从而满足复杂工况下的性能要求。这种设计不仅能够有效减少设备运行时的振动，还为后续安装其他功能部件提供了可靠的支撑平台。
3.1.2 顶箱机构
顶箱机构是齿条式升降顶箱式漏模机的核心组成部分，主要包括顶箱、传动装置以及导向装置。顶箱通常由铸造铝合金或钢板制成，其内部设有用于容纳砂型的空腔，外部则安装有与传动装置相连的齿条。传动装置一般包括电机、减速器和齿轮齿条副，其中电机通过减速器驱动齿轮旋转，进而带动齿条实现顶箱的升降运动。在漏模过程中，顶箱的运动方式表现为垂直方向上的往复运动，这一过程需要精确控制以确保砂型形成的精度。具体而言，当设备启动后，顶箱首先上升至预定位置，使模板与砂箱分离；随后，顶箱携带已成型的砂型下降，完成漏模操作。此过程中，导向装置的作用至关重要，它通过设置直线导轨或导柱限制顶箱的运动轨迹，避免因偏斜导致的砂型缺陷。
3.1.3 辅助结构
辅助结构在齿条式升降顶箱式漏模机中扮演着不可或缺的角色，其中包括定位装置、安全防护装置以及其他附属设施。定位装置主要用于确保砂箱与模板在安装过程中的精确对位，通常采用销钉定位或磁力定位两种方式。例如，在砂箱四个角上分别设计定位销孔，通过插入定位销实现快速对准，从而提高生产效率。安全防护装置则旨在保护操作人员及设备本身，常见的形式包括防护罩、急停按钮和过载保护装置等。这些装置能够在突发情况下迅速切断电源或停止设备运行，防止意外事故的发生。此外，除尘装置也是辅助结构中的重要组成部分，其功能是通过负压抽吸清除漏模过程中产生的浮沙，保持工作环境清洁并延长设备使用寿命。上述辅助结构虽不直接参与漏模操作，但对设备的正常运行和稳定性具有重要影响。
3.2 落模式漏模机结构
3.2.1 主体结构
落模式漏模机的主体结构布局与齿条式升降顶箱式漏模机存在显著差异，主要体现在支撑方式和空间利用上。落模式漏模机的主体结构通常采用悬臂式设计，即主要承力部件集中于一侧，另一侧留出足够空间以便于模具的安装与拆卸。这种设计使得设备在操作过程中更加灵活，尤其适用于中小型铸件的生产。从材料选择来看，落模式漏模机同样以高强度钢材为主，但其壁厚和截面形状经过优化，以减轻整体重量并提高抗冲击性能。此外，主体结构的重心位置被精心设计，以确保设备在工作时保持稳定，避免因振动或偏载引起的失稳现象。总体而言，落模式漏模机的主体结构既满足了功能性需求，又体现了紧凑化与轻量化的设计理念。
3.2.2 落模机构
落模机构是落模式漏模机的核心执行部件，其工作原理基于重力作用实现模具的落下与复位。具体而言，落模机构由模具支架、释放装置和复位装置三部分组成。模具支架用于固定模具，并通过螺栓连接或卡扣式设计与主体结构相连；释放装置则通过电磁铁或气动缸控制模具的锁定与释放，当设备接收到启动信号时，释放装置动作，使模具在重力作用下自由下落至砂箱中完成漏模操作。复位装置通常由弹簧或液压缸组成，其功能是在漏模完成后将模具提升至初始位置，为下一次操作做好准备。值得注意的是，落模速度和高度对砂型质量具有重要影响，因此需要精确控制释放装置的动作时间和复位装置的作用力，以确保砂型的密实度和表面平整度。
3.2.3 辅助结构
落模式漏模机的辅助结构主要包括砂箱定位装置、除尘装置以及润滑系统，这些部件共同保障了设备的正常运行和高效生产。砂箱定位装置的设计需兼顾精度与便捷性，通常采用可调式定位块或自动夹紧机构，以确保砂箱在每次安装时均能准确对位。例如，在砂箱底部设置四个定位销孔，通过调整定位块的位置适应不同尺寸的砂箱，从而提高设备的通用性。除尘装置则通过风机和过滤器组成的负压系统，将漏模过程中产生的浮沙吸入集尘箱内，避免其污染工作环境和影响砂型质量。此外，润滑系统的作用也不容忽视，它通过定期向关键运动部件供油，减少磨损并延长设备使用寿命。特别是在高频使用的落模机构中，润滑系统的合理设计能够有效降低故障率并提高设备的可靠性。
4. 砂型铸造通用型漏模机的工作原理
4.1 齿条式升降顶箱式漏模机工作原理
4.1.1 工作准备阶段
在齿条式升降顶箱式漏模机启动之前，需对砂箱与模板进行精确的准备和放置。砂箱通常被安放在设备的底板上，并通过定位销实现与底板的精确固定，以确保其在后续工作中的稳定性。模板则安装在顶箱机构下方，其位置需根据具体铸件的形状和尺寸进行调整。此外，各机构的初始状态也需经过严格检查，例如齿条与齿轮的啮合状态、传动装置的润滑情况以及安全防护装置的完整性等，均需符合设备运行的要求。这一阶段的准备工作对于后续漏模过程的顺利进行至关重要，任何细微的位置偏差或机构异常都可能导致砂型质量下降甚至设备故障。
4.1.2 漏模过程
齿条式升降顶箱式漏模机的核心工作原理在于通过齿条带动顶箱实现升降运动，从而完成漏模操作。在漏模过程中，顶箱机构首先向上移动，使模板与砂箱分离，形成一定的间隙。随后，砂型材料通过该间隙逐渐填充至模板与砂箱之间的空间内，形成所需的砂型结构。此过程中，模板与砂箱的相对运动需保持高度同步，以避免因运动不协调而导致的砂型缺陷。关键步骤包括砂型材料的均匀填充、模板的平稳提升以及砂箱的稳定支撑，这些因素共同决定了砂型的最终质量。值得注意的是，在复杂铸件的生产中，还需根据实际情况调整漏模速度和顶箱高度，以确保砂型能够完整地复制模板的细节特征。
4.1.3 工作完成阶段
漏模完成后，设备进入复位操作阶段。顶箱机构在传动系统的驱动下缓慢下降，直至模板与砂箱重新贴合，恢复至初始位置。此时，砂型已基本成型，但仍需进行后续处理，如清理浮沙、检查砂型表面质量等。砂型的取出方式通常采用人工或机械辅助的方式，具体方法取决于砂型的大小和复杂程度。此阶段的操作对后续工作具有重要影响，例如砂型的质量直接关系到浇注工艺的成功率，而设备的复位精度则会影响下一轮漏模工作的效率。因此，在实际操作中，必须严格控制每一步骤的执行标准，以确保整个生产流程的连续性和稳定性。
4.2 落模式漏模机工作原理
4.2.1 工作准备阶段
落模式漏模机在工作前需对模具与砂箱进行详细的准备与安装。模具通常被固定在设备的落模机构上，其位置需根据铸件的几何特性进行精确调整，以确保落模过程中模具能够准确落入砂箱内部。砂箱则被放置在设备的底板上，并通过定位装置实现与底板的稳固连接。此外，设备各部件的初始状态也需进行全面检查，例如落模机构的锁定装置、除尘系统的运行状态以及控制面板的参数设置等，均需满足设备运行的要求。这一阶段的准备工作不仅影响漏模过程的效率，还直接关系到砂型的质量和设备的安全性。
4.2.2 漏模过程
落模式漏模机通过模具的自由落体运动实现漏模操作，其工作原理相对简单但极具实用性。在漏模过程中，模具在重力作用下迅速落下，进入砂箱内部并与砂型材料接触，从而形成所需的砂型结构。落模速度和高度是影响砂型质量的关键因素，过快或过慢的落模速度均可能导致砂型表面出现缺陷，如裂纹或疏松现象。此外，落模高度的选择需根据砂型材料的流动性及紧实度进行优化，以确保砂型能够充分填充模具的每一个角落。在实际生产中，通常需要通过多次试验确定最佳的落模参数，以实现高质量的砂型制造。
4.2.3 工作完成阶段
漏模完成后，模具需通过落模机构的复位功能返回初始位置，为下一次漏模操作做好准备。在此过程中，模具的复位精度对设备的长期稳定运行至关重要，任何偏差都可能导致后续漏模过程中出现砂型缺陷或设备故障。同时，砂型在取出后需进行必要的后处理，如清理表面浮沙、检查砂型完整性等。设备的待机状态同样需要特别关注，例如除尘系统的持续运行可有效减少工作环境中粉尘的积累，从而延长设备的使用寿命并改善操作环境。因此，在漏模工作完成后，必须对相关部件进行全面的检查和维护，以确保设备始终处于最佳工作状态。
5. 砂型铸造通用型漏模机的设计分析
5.1 力学分析
5.1.1 结构强度分析
漏模机在工作过程中承受复杂的载荷作用，其关键部件的结构强度直接影响设备的安全运行与使用寿命。例如，在齿条式升降顶箱式漏模机中，主体框架需承受砂箱及砂型的重力载荷，同时顶箱机构在升降过程中会产生惯性力与冲击载荷。因此，必须对主体框架、顶箱机构等关键部件进行结构强度计算，以确保其在工作状态下不发生塑性变形或疲劳破坏。通过有限元分析方法，可以对这些部件进行应力分布与位移变化的模拟计算，从而评估其承载能力。此外，材料选择也是影响结构强度的重要因素，通常采用高强度合金钢或铸铁作为主体框架的材料，以提高设备的抗载能力。对于落模式漏模机，落模机构的冲击载荷较大，因此需要对其关键连接部位进行局部强化设计，以避免因应力集中导致的失效问题。
5.1.2 刚度分析
设备在工作时的刚度特性决定了砂型的成型精度与表面质量。刚度不足会导致设备在受力时产生过大的弹性变形，进而影响砂型的尺寸精度与形状精度。例如，在齿条式升降顶箱式漏模机中，顶箱机构的升降过程中若发生横向偏移或扭转变形，将直接影响砂型的紧实度与一致性。因此，需要通过刚度分析优化结构设计，特别是在关键部件如主体框架与顶箱机构的连接部位，采用加强筋或增加壁厚的设计方案，以提高设备的整体刚度。此外，落模式漏模机在模具落下过程中，砂箱与底座之间的接触刚度也需重点考虑，以避免因接触变形导致的砂型缺陷。通过实验测试与仿真分析相结合的方法，可以有效评估设备的刚度特性，并为结构优化提供理论依据。
5.2 运动学分析
5.2.1 机构运动特性分析
漏模机各机构的运动特性直接影响设备的运行平稳性与工作效率。在齿条式升降顶箱式漏模机中，顶箱机构的升降运动需保持匀速且无明显抖动，以确保砂型在成型过程中的稳定性。为此，需对顶箱机构的运动轨迹、速度曲线与加速度变化进行详细分析，避免因速度突变或加速度过大导致的冲击现象。对于落模式漏模机，模具的落下过程需严格控制其下落速度与高度，过快或过慢的速度均可能影响砂型的紧实度与表面质量。通过建立机构运动学模型，可以精确计算各部件的运动参数，并通过优化设计实现运动的平稳性与协调性。此外，传动部件的运动特性也对整体性能有重要影响，如齿轮齿条的啮合精度与传动效率需通过严格的动力学分析进行验证。
5.2.2 运动干涉分析
在漏模机的设计过程中，各部件之间的运动干涉问题是必须重点考虑的内容。例如，在齿条式升降顶箱式漏模机中，顶箱机构在升降过程中可能与砂箱定位装置发生干涉，导致设备无法正常运行甚至损坏。同样，在落模式漏模机中，模具的落下与复位动作可能与其他辅助结构如除尘装置产生冲突。为避免此类问题，需通过三维建模软件对各部件的运动空间进行详细检查，并合理设计各部件的相对位置与运动范围。此外，还需考虑设备在不同工况下的运动状态，确保在极限条件下仍能避免干涉现象的发生。通过运动干涉分析，可以提前发现潜在的设计缺陷并进行优化，从而提高设备的可靠性与安全性。
5.3 关键部件选型
5.3.1 传动部件选型
传动部件是漏模机实现精确运动的核心组件，其选型直接影响设备的传动效率与可靠性。在齿条式升降顶箱式漏模机中，齿轮齿条传动系统被广泛应用于顶箱机构的升降运动，其选型需综合考虑负载能力、传动精度与使用寿命等因素。例如，电机的功率需根据顶箱机构的升降速度与负载质量进行精确计算，以确保在满负荷工况下仍能提供足够的驱动力。减速器的选型则需考虑其传动比与输出扭矩，以满足设备对运动速度与力矩的要求。此外，齿轮齿条的模数与齿形精度也需经过严格计算，以避免因啮合不良导致的传动误差或噪声问题。对于落模式漏模机，其落模机构通常采用液压传动系统，以实现模具的平稳下落与精确控制，因此液压泵、液压缸等部件的选型也需根据具体工况进行详细设计。
5.3.2 控制部件选型
控制部件的合理选型是实现漏模机自动化控制的关键环节。传感器作为设备的感知单元，其选型需满足高精度、高可靠性的要求。例如，在齿条式升降顶箱式漏模机中，位移传感器用于实时监测顶箱机构的升降位置，以确保其运动精度；压力传感器则用于检测砂箱的紧实度，从而优化漏模工艺参数。控制器的选型则需根据设备的功能需求与系统复杂度进行确定，通常采用PLC（可编程逻辑控制器）作为核心控制单元，以实现对各执行机构的精确控制与协调管理。此外，人机界面（HMI）的设计也需充分考虑操作便捷性，通过触摸屏等方式实现参数设置与状态监控。通过合理选型与配置控制部件，可以显著提高漏模机的自动化水平与生产效率。
6. 砂型铸造通用型漏模机的分类与传动方式
6.1 漏模机的分类
6.1.1 按结构形式分类
除齿条式升降顶箱式与落模式外，漏模机还可根据结构形式分为多种类型，如旋转式、平移式和复合式等。旋转式漏模机通过工作台的旋转运动实现砂型的制作，其结构特点在于能够利用离心力提高砂型的紧实度，适用于制造薄壁且形状复杂的铸件。平移式漏模机则通过工作台的水平移动完成漏模过程，其结构简单、操作方便，适合中小型铸件的生产。复合式漏模机结合了多种运动形式，如升降与旋转或平移与旋转，以实现更高效、更灵活的漏模操作，尤其适用于大型复杂铸件的生产。不同类型的结构设计决定了其适用场景，例如旋转式漏模机常用于需要高紧实度砂型的铸造工艺，而平移式漏模机则更适合对精度要求较高的中小型铸件生产。
6.1.2 按自动化程度分类
按自动化程度划分，漏模机可分为手动、半自动和全自动三种类型。手动漏模机主要依赖人工操作完成砂箱的放置、模板的调整以及漏模过程的控制，其优点是成本低、灵活性高，但劳动强度大且生产效率较低，适用于小规模生产或试制阶段。半自动漏模机在手动基础上引入了部分自动化功能，如电动升降装置或气动夹紧机构，能够显著减轻劳动强度并提高生产效率，适用于中小批量生产。全自动漏模机则通过PLC控制系统实现从砂箱准备到漏模完成的全流程自动化操作，具有高效、稳定、精度高的特点，但设备成本较高，适用于大规模工业化生产。不同类型的漏模机在自动化程度上的差异直接影响其生产效率与适用范围，用户需根据实际需求选择最合适的设备类型。
6.2 传动方式
6.2.1 机械传动
机械传动是漏模机中广泛应用的一种传动方式，主要包括齿轮传动、链传动和带传动等。齿轮传动因其传动比准确、效率高、承载能力强等特点，常用于漏模机的主传动系统中，如顶箱机构的升降运动和小型漏模机的工作台旋转运动。链传动则以其传动距离长、耐磨损等优势，在大型漏模机中用于连接远距离的传动部件，如砂箱定位装置与主机之间的动力传递。带传动因其结构简单、运行平稳、缓冲吸振性能好，常用于辅助传动系统中，如除尘装置的风机驱动。机械传动的特点在于可靠性高、维护方便，但其传动效率受润滑条件影响较大，且在高速运转时易产生噪声与振动，因此在设计时需充分考虑传动部件的选型与布局，以确保设备的整体性能。
6.2.2 液压传动
液压传动在漏模机中的应用主要体现在顶箱机构的升降、模具的夹紧与松开等关键动作中。液压系统通过油泵将液压油输送至液压缸，推动活塞杆实现直线往复运动，从而完成漏模过程中的关键动作。液压传动的主要优势在于传动平稳、力量输出大、响应速度快，且易于实现无级调速，能够满足漏模机在不同工况下的动力需求。此外，液压传动系统还具有过载保护功能，可在设备遇到异常情况时自动卸荷，避免因过载而损坏关键部件。然而，液压传动的缺点在于系统复杂、成本较高，且对密封性能要求严格，一旦出现泄漏将影响设备的正常运行。因此，在漏模机设计中，需合理选择液压元件并优化管路布局，以提高系统的可靠性与稳定性，同时减少对设备性能的不利影响。
7. 砂型铸造通用型漏模机设计注意问题
7.1 砂型精度保障
7.1.1 结构设计对精度的影响
砂型铸造中，砂型的尺寸精度直接影响最终铸件的几何精度和表面质量。因此，在通用型漏模机的结构设计中，必须充分考虑各关键部件对砂型精度的影响。例如，模板定位精度是确保砂型尺寸一致性的基础，若模板安装存在偏差或定位装置刚性不足，则可能导致砂型在成形过程中发生错位，进而影响铸件的尺寸精度。此外，顶箱升降机构的运动平稳性和重复定位精度同样至关重要。以齿条式升降顶箱式漏模机为例，其顶箱机构的传动部件如齿轮齿条需经过精密加工与装配，以避免因传动误差导致的顶箱倾斜或偏移现象。同时，主体框架的结构刚度也需通过合理设计予以保证，从而减少设备在工作过程中因受力变形而引起的砂型尺寸波动。研究表明，通过优化主体结构的设计，可有效提高砂型的整体精度，并满足复杂铸件的生产需求。
7.1.2 工艺控制对精度的影响
除了结构设计外，漏模过程中的工艺参数同样对砂型精度具有显著影响。首先，砂的紧实度是影响砂型精度的重要因素之一。若砂的紧实度不足，则可能导致砂型在漏模过程中出现塌落或局部变形；而紧实度过高则可能增加砂型与模板之间的摩擦，从而影响砂型的表面质量和尺寸精度。其次，漏模速度的选择也需根据具体工况进行优化。过快的漏模速度可能导致砂型内部应力集中，进而引发裂纹或表面缺陷；而过慢的速度则会降低生产效率并增加能耗。为控制上述工艺参数对砂型精度的影响，可采用自动化控制系统实时监测和调整砂的紧实度及漏模速度。例如，通过传感器检测砂箱内的压力分布，并结合反馈算法动态调整紧实度参数，从而实现砂型精度的高效控制。
7.2 设备稳定性
7.2.1 结构稳定性设计
设备稳定性是保障漏模机长期高效运行的关键因素之一。在结构设计中，可通过多种方式提升设备的整体稳定性。首先，增加支撑结构的数量与强度能够有效分散设备在工作过程中承受的外部载荷，从而降低主体框架的变形风险。例如，在齿条式升降顶箱式漏模机中，可通过增设辅助支撑梁或加强筋板的方式提高主体框架的抗弯能力，确保顶箱机构在升降过程中保持平稳运行。其次，优化设备的重心位置也是提高稳定性的重要手段。对于落模式漏模机而言，由于其模具落下过程中会产生较大的冲击力，因此需通过合理布置重心位置，使设备在运行过程中始终保持平衡状态，避免因重心偏移而导致的倾覆风险。此外，砂箱定位装置的设计也需兼顾稳定性与精度要求，例如通过采用高精度的定位销和垫箱铁，可进一步提高砂箱与设备之间的连接稳定性，从而为砂型的高质量成形提供保障。
7.2.2 工作稳定性保障
在设备实际工作过程中，振动与冲击是不可避免的外部干扰因素，这些因素可能显著降低设备的运行稳定性及砂型质量。为此，需采取针对性的减震措施以减弱振动对设备的影响。例如，在齿条式升降顶箱式漏模机中，可通过在顶箱机构与主体框架之间安装弹性减震元件，如橡胶垫或金属弹簧，来吸收顶箱升降过程中产生的冲击力，从而减少砂型的表面缺陷。同时，在落模式漏模机中，可通过优化落模机构的设计，如采用缓冲气缸或液压阻尼器，控制模具落下的速度与加速度，避免因瞬间冲击力过大而导致的砂型损坏或设备损坏。此外，定期维护设备的关键部件，如传动装置与定位装置，也是保障工作稳定性的重要环节。通过及时更换磨损严重的零部件并润滑传动部件，可有效延长设备的使用寿命并维持其稳定的工作状态。
7.3 操作便捷性
7.3.1 人机工程设计
人机工程学设计在漏模机的操作便捷性方面起着至关重要的作用。首先，操作台的高度应根据操作人员的平均身高进行合理设置，以减少长时间操作带来的疲劳感。例如，可将操作台高度设计为800-1000mm之间，并配备可调节脚踏板，使操作人员能够在舒适姿态下完成各项任务。其次，操作按钮与显示屏的布局需符合人体操作习惯，常用功能键应集中布置于易于触及的位置，而显示屏的高度与角度则需确保操作人员能够清晰查看相关信息。此外，设备的操作界面应尽量简化，通过图形化界面和直观的提示信息帮助操作人员快速上手。例如，在自动化程度较高的漏模机中，可通过触摸屏实现参数设置与状态监控，从而大幅降低操作难度。研究表明，良好的人机工程设计不仅能提高操作效率，还能显著降低人为误操作的可能性，为安全生产提供保障。
7.3.2 维护便捷性设计
为维护与保养工作的顺利开展，漏模机的结构设计需充分考虑维护便捷性。首先，易损件的更换应尽可能简便，例如通过模块化设计将关键部件集成在同一区域内，并采用快速拆卸连接方式，可显著缩短维修时间。例如，在传动部件的设计中，电机与减速器之间可采用法兰连接，方便在设备出现故障时快速更换损坏部件。其次，润滑系统的设计也需注重实用性与便捷性，可通过集中润滑系统为设备的各个摩擦点统一供油，从而减少人工润滑的工作量并提高润滑效率。此外，设备的关键部件应便于检查与清洁，例如在落模式漏模机中，除尘装置的安装位置应便于操作人员清理积灰，而砂箱定位装置则需设计为可拆卸结构，以便在需要时进行深度维护。通过上述设计措施，可有效降低设备的维护成本并提高其整体可靠性。
8. 结论
8.1 研究成果总结
砂型铸造通用型漏模机作为现代铸造行业中的关键设备，其结构设计与工作原理的研究对提升铸造效率和铸件质量具有重要意义。本文通过对齿条式升降顶箱式漏模机及落模式漏模机的深入分析，系统阐述了这两类设备的主体结构、辅助机构及其在漏模过程中的工作原理。研究表明，齿条式升降顶箱式漏模机通过顶箱机构的精确运动实现砂型的分型与成型，适用于复杂铸件的高效生产；而落模式漏模机则利用模具的落下动作完成漏模过程，具有操作简单、维护方便的特点。此外，在设计分析方面，本文从力学、运动学以及关键部件选型等多个角度对漏模机进行了全面优化。例如，通过结构强度与刚度分析，确保了设备在高频使用中的安全性与稳定性；通过运动学特性分析，避免了机构间的干涉现象，提高了设备的运行平稳性。这些研究成果不仅为漏模机的设计提供了理论依据，也为砂型铸造行业的技术进步奠定了坚实基础。
本研究的技术贡献主要体现在以下几个方面：首先，通过对不同类型漏模机的分类与传动方式的探讨，明确了各类设备的适用场景与优缺点，为用户选择合适设备提供了参考；其次，针对砂型精度保障、设备稳定性及操作便捷性等关键问题，提出了具体的设计改进措施，显著提升了设备的综合性能；最后，本文结合文献案例，进一步验证了研究成果在实际应用中的可行性与有效性，为复杂铸件的砂型分型设计提供了新的思路与方法。
8.2 研究的局限性与展望
尽管本研究在砂型铸造通用型漏模机的结构设计与工作原理分析方面取得了一定成果，但仍存在一些局限性需要改进。首先，由于实验条件的限制，本文的研究主要基于理论分析与文献参考，缺乏大规模的实际生产数据支持，这可能对部分结论的普适性产生影响。其次，当前的研究重点集中在传统机械传动与液压传动方式上，对于新兴技术如电动伺服驱动系统的应用尚未进行深入探讨，这可能限制设备在高效化与智能化方向上的进一步发展。此外，本文对漏模机自动化控制系统的研究较为初步，未能充分考虑智能化传感器与人工智能算法在设备运行监测与故障诊断中的潜在价值。
展望未来，砂型铸造通用型漏模机的发展将更加注重智能化与高效化的融合。一方面，随着工业4.0时代的到来，漏模机有望通过集成物联网技术与大数据分析平台，实现设备状态的实时监控与远程控制，从而大幅提高生产效率与设备利用率。另一方面，新型材料的研发与应用也将为漏模机的结构设计带来革命性变化，例如采用高强度轻质合金材料替代传统钢材，可以显著降低设备自重并提升其动态性能。同时，绿色制造理念的推广要求漏模机在设计过程中更加注重节能减排，例如通过优化液压系统的能量回收机制，减少能源消耗与环境污染。总之，未来的研究应致力于突破现有技术的瓶颈，推动砂型铸造通用型漏模机向更高水平迈进，以满足现代制造业对高质量、高效率铸造设备的需求。
参考文献
[1]杨伟东;方妍娇;陈学广;于建军.基于快速制造的砂型分型设计对比分析[J].铸造,2023,72(5):588-594.
[2]穆彦青;肖恭林;杨志刚;杨帅.一种整体式齿轮箱铸造工艺及模具设计研究[J].铸造,2024,73(1):86-90.
[3]亓昌;杨孟欣;于晨;崔丽萍;杨姝.金属空心球复合材料重力铸造工艺研究[J].中国材料进展,2024,43(5):420-428.
[4]张杰琼;吕乐华;许海铎.铸造模拟技术在消失模铸造工艺开发中的应用[J].中国铸造装备与技术,2021,56(3):82-86.
[5]张吉雁;刘仲礼;王桂权.大型薄壁结构铸件常见缺陷原因分析及解决措施[J].铸造,2021,70(12):1461-1465.
[6]张连群;张明;张春禹;张玉平.401箱体铸件缺陷分析及防止措施[J].铸造工程,2021,45(6):50-54.
[7]张杰琼;何帅伟;李宗亮;李露;吕乐华;轩世成.大型薄壁壳体零件的消失模铸造工艺开发[J].铸造,2024,73(1):101-106.
[8]董延军;杨为勤.锡青铜两通旋塞阀壳砂型铸造工艺设计[J].铸造,2022,71(6):779-782.
[9]张力.信息化时代机械设计制造中人工智能技术研究[J].湖北农机化,2021,(12):126-127.
[10]王洪宇(摘译).专利摘要[J].铸造,2021,70(4):509-510.
[11]卢秀明.基于ProCAST软件的机械传动上箱体铸造工艺设计[J].新型工业化,2021,11(2):154-155.
[12]李佳兴;胡显俊;张绍旭;黄婷;张铮.砂型铸造模具设计及制造的思考[J].湖北农机化,2021,(12):127-128.
[13]杨武红;丁旭;刘小海;王永红.回转盘砂型铸造工艺设计及模拟优化分析[J].铸造设备与工艺,2021,(5):20-23.
[14]管清富;尚衍湖;尚中海;张磊.铁模覆砂造型线设备组成及应用[J].中国铸造装备与技术,2023,58(4):47-50.
[15]杨铁毅;郭为忠.3D打印砂模的结构优化设计方法研究[J].机械工程学报,2017,53(21):158-166.
致谢
在本论文的研究与撰写过程中，承蒙诸多人士的悉心指导与热心帮助，在此我要向他们表达我最诚挚的感谢。
首先，我要衷心感谢我的导师[导师姓名]。在整个研究阶段，导师凭借其渊博的学识、敏锐的学术洞察力和严谨的治学态度，为我指明了研究方向，在遇到难题时给予我耐心的指导与宝贵的建议。从论文的选题、研究思路的确定，到具体内容的撰写与修改，每一个环节都离不开导师的悉心指导。导师的言传身教，不仅让我在学术研究上取得了进步，更让我在对待学术的态度上有了深刻的感悟。
同时，我也要感谢我的同事们。在日常的工作与交流中，我们共同探讨问题，分享彼此的见解与经验。他们的观点和想法为我的研究提供了许多新的思路与启发，与他们的合作和交流让我在面对困难时仍保有动力，顺利完成论文。
此外，我还要感谢我的朋友们。在我因研究压力而感到疲惫和迷茫时，他们给予我精神上的支持与鼓励，让我能够重新振作，以积极的心态投入到研究中。
最后，再次向所有关心我、帮助我的人表示衷心的感谢。我会将这份感恩化作前进的动力，在未来的学习和工作中不断努力，取得更好的成绩。
砂型铸造通用型漏模机的工作原理及结构设计分析
作者：侯银海
摘要：
本文介绍了砂型铸造通用型漏模机的基本结构、工作原理与设计要点。漏模机作为造型生产线中的关键设备，用于实现砂型与模型之间的平稳分离，防止起模过程中砂型损坏。文章系统阐述其分类、传动方式及设计中的关键问题，并重点分析齿条式升降顶箱式漏模机与落模式漏模机两种典型结构的工艺特点、设计思路与应用场景，以期为漏模机的优化设计与合理选用提供参考。
关键词：砂型铸造；漏模造型机；工作原理；结构分析；齿条式；落模式
一、引言
在砂型铸造生产中，起模工序直接影响砂型的完整性与铸件尺寸精度。漏模机通过模板与砂箱相对运动实现平稳脱模，尤其适用于形状复杂、起模斜度小或砂型强度较低的场合。通用型漏模机具备较强的工艺适应性，在中小批量及多品种生产中广泛应用。本文从其工作原理出发，对其结构设计进行系统分析。
二、漏模机的工作原理
漏模机的核心功能是使模型从砂型中脱出而不损坏型腔。其工作过程一般分为以下步骤：
1. 砂箱填砂并紧实后，与模板共同进入漏模工位；
2. 通过顶升或下落机构，使模板与砂箱发生相对位移；
3. 模型随模板运动，逐渐脱离砂型，直至完全分离；
4. 砂型保留在砂箱内，模型随模板复位或移出，完成起模。
该过程借助导向机构保证运动平稳，避免砂型塌陷或磨损。
三、漏模机的分类与传动方式
1. 分类
· 按运动方向分：顶箱式漏模机、落模式漏模机；
· 按传动方式分：手动、液压、气动、机械（齿轮齿条、连杆机构等）；
· 按自动化程度分：普通型、半自动型、全自动型。
2. 常见传动方式比较
· 液压传动：推力大、运动平稳，适用于中大型砂型；
· 气动传动：动作快、结构简单，多用于小型砂型；
· 机械传动（齿轮齿条/连杆）：精度较高、维护方便，常用于通用型设备。
四、通用型漏模机结构设计分析
1. 主要构成部分
· 机架与底座：承担全部负载，需具有足够刚度与稳定性；
· 模板与模型固定装置：保证模型定位准确、装拆方便；
· 顶升或下落机构：实现模板平稳运动，常用液压缸、气缸或齿轮齿条；
· 导向机构：一般采用立柱-导套结构，防止模板偏斜；
· 控制系统：包括手动、电气或PLC控制，实现动作协调与安全互锁。
2. 设计关键问题
· 运动平稳性要求：导向机构应具备良好对中性，间隙需合理控制；
· 负载与刚度计算：根据砂箱尺寸与砂型重量确定机构强度；
· 同步性要求：多顶杆或大型漏模机需考虑顶升同步，避免模板卡滞；
· 适应性与调整功能：模板安装应便于调整，适应不同模型更换。
五、典型漏模机结构分析
1. 齿条式升降顶箱式漏模机
· 结构特点：采用齿轮齿条作为顶升机构，电机驱动，通过传动箱实现多齿条同步运动。
· 优点：顶升力大、行程准确、可靠性高；
· 适用场景：中大型砂箱，模型高度较大、起模阻力较大的情况。
2. 落模式漏模机
· 结构特点：模板固定，砂箱由托箱机构支撑，脱模时砂箱下降（或模板上升），模型从下方脱出。
· 优点：砂型稳定性好，不易塌箱，特别适用于型腔较深、形状复杂的砂型；
· 适用场景：复杂铸件、砂型强度不高或模型带有凸台、倒凹的情况。
六、设计注意事项与常见问题
1. 导向精度：导柱与导套的配合间隙宜控制在0.1~0.2mm，表面需硬化处理；
2. 动力选型：根据起模阻力计算液压或气动缸的推力，并考虑安全系数；
3. 同步控制：多顶杆设计时应采用机械同步或电控同步，防止模板倾斜；
4. 安全防护：设置限位开关与机械锁紧装置，避免误动作造成设备损坏；
5. 维护便利性：润滑点应易于接近，关键部件应便于更换。
七、应用实例与发展趋势
在自动化造型线中，漏模机常与翻箱机、合箱机等集成使用，形成连续生产线。目前，漏模机正朝着高精度、模块化、智能化方向发展，如采用伺服控制提升运动精度，配备传感器实时监测脱模状态，进一步适应柔性化生产需求。
八、结论
通用型漏模机是砂型铸造中实现高质量起模的关键装备。齿条式顶箱漏模机与落模式漏模机各有优势，应根据具体铸件特点、砂型条件及生产节奏合理选用。在今后的设计中，应注重结构刚性、运动平稳性与控制智能化，以提高铸造生产的效率与质量稳定性。
参考文献
[1] 铸造设备设计手册编委会. 铸造设备设计手册（第3版）[M]. 北京：机械工业出版社，2019.
[2] 刘全利. 砂型铸造工艺与工装设计[M]. 北京：冶金工业出版社，2020.
[3] 张建国. 造型生产线自动化技术及应用[M]. 上海：上海科学技术出版社，2018.
砂型铸造通用型漏模机的工作原理及结构设计分析
作者：侯银海
摘要
本文系统介绍了砂型铸造通用型漏模机的结构组成、工作原理及设计分析，重点探讨了齿条式升降顶箱式漏模机和落模式漏模机的设计特点。结合传动方式与分类，总结了设计过程中需注意的关键问题，旨在为漏模机的优化设计与实际应用提供理论支持。
1. 引言
砂型铸造是应用最广泛的铸造工艺之一，其核心在于通过型砂形成铸件型腔。漏模机作为砂型铸造中的关键设备，通过特殊结构实现模样的精准定位与脱模，尤其适用于复杂形状铸件的高效生产。本文基于侯银海的研究成果，结合漏模机的实际应用场景，对其技术细节进行深入解析。
2. 漏模机的结构设计
漏模机主要由以下核心部件构成：
传动机构：负责提供动力，常见齿条式、链条式及手动升降结构，需满足升降高度可调（100~300mm）且运行平稳。
导向机构：采用导柱与导套组合，确保砂箱与模板的垂直运动精度，避免偏移导致的型砂泄漏。
起模机构：包括顶箱装置和漏板框，顶箱装置通过四根顶杆垂直顶起砂箱，漏板框则通过孔隙使模样与砂型分离。
机架：支撑整体结构，需具备足够的刚性与稳定性，部分设计采用箱形边框以降低安装高度，适应人工操作体位。
3. 工作原理
漏模机通过以下两种模式实现模样脱模：
顶箱式漏模机：
砂型紧实后，四根顶杆穿过工作台孔洞垂直顶起砂箱，模样保留在模板上，适用于高度较大的铸件。
优势：结构简单，适用于批量生产；缺点：需预留顶杆孔，可能影响砂型强度。
落模式漏模机：
模样固定在漏板框上，砂型舂实后，漏板框随升降机构下降，模样通过漏板孔隙自然脱落，适用于复杂形状铸件。
关键设计：漏板与砂箱间隙需控制在0.2~0.5mm，以避免砂粒卡阻。
4. 分类与传动方式
按分型结构分类：
顶箱漏模机：通过顶杆顶起砂箱，适用于上箱造型。
落模漏模机：包括顶框漏模机、托箱漏模机及直接漏模，通过漏板框或托板实现模样分离。
按传动方式分类：
手动传动：如凸轮式、杠杆式，适用于小型设备，操作灵活但效率较低。
齿条式传动：通过齿轮齿条啮合实现升降，升降高度可调（100~300mm），结构可靠且承载能力强，适合中小型铸件。
5. 设计注意事项
结构稳定性：机架需采用高强度材料（如铸铁），并通过有限元分析优化受力分布，避免长期使用变形。
传动系统精度：齿条与齿轮需保证啮合间隙均匀，建议模数选择8~12，齿面硬度≥HRC45。
导向机构设计：导柱与导套的配合公差需控制在±0.02mm以内，并配置防尘装置以减少磨损。
砂箱定位：采用锥形定位销或液压夹紧装置，确保砂箱与模板对中精度，减少错型缺陷。
安全防护：需设置急停按钮与行程限位开关，防止设备超程运行引发事故。
6. 重点机型分析
齿条式升降顶箱式漏模机：
通过双头螺杆传动支杆实现模型升降，结合导柱导套导向，升降行程可达300mm，适用于中型铸件。
优势：结构紧凑，操作空间利用率高，适合人工操作环境。
落模式漏模机：
模样直接固定在漏板上，砂型舂实后通过漏板孔隙自然脱落，适用于分型面复杂的铸件（如多肋板结构）。
创新点：采用快换漏板设计，支持多品种混线生产，提升设备柔性。
7. 结论
砂型铸造通用型漏模机通过优化结构设计与传动方式，显著提升了铸件生产效率与质量。其中，齿条式升降顶箱式漏模机与落模式漏模机凭借其高精度与灵活性，成为现代铸造生产的核心装备。未来，随着智能化技术的引入（如伺服电机驱动、物联网监控），漏模机将进一步向高效、节能方向发展。
参考文献
侯银海. 砂型铸造通用型漏模机的工作原理及结构设计分析[J]. 济南铸造设备研究杂志, 2003.
漏模机生产厂家. 漏模机结构及工作原理设计分析[EB/OL]. 2020.
砂型铸造分类、流程、特点与应用[EB/OL]. 2015.
漏模造型装置的制作方法: 中国专利CN2085269A[P]. 1991.
