結(jié)晶器正弦振動(dòng)的一種結(jié)構(gòu)

殷春　劉海艷

摘要：在結(jié)晶器（水冷金屬型）的一端連續(xù)澆入金屬液，金屬在結(jié)晶器型腔內(nèi)連續(xù)向另一端移動(dòng)和凝固成型，在結(jié)晶器另一端連續(xù)拉出鑄件，這種方法稱為鑄造法。在鑄造過程中，結(jié)晶器振動(dòng)的目的在于改善鑄錠的表面質(zhì)量。而振動(dòng)可以分為很多種形式，本文分析了幾種常見的結(jié)晶器振動(dòng)形式，并提供了一種便于實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器正弦振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：結(jié)晶器；振動(dòng)；正弦振動(dòng)；振幅；頻率；偏心套

在有色金屬或合金的鑄錠生產(chǎn)過程中，金屬液體通過電爐溶解，進(jìn)入到鑄造機(jī)的結(jié)晶器中，通過結(jié)晶器水腔中的水對(duì)鑄造金屬進(jìn)行冷卻，冷卻后的鑄錠通過引錠平臺(tái)引出。一般而言，金屬型鑄件的表面尺寸精度、幾何形狀和粗糙度要靠正確的設(shè)計(jì)與制造金屬型模來(lái)保證，而鑄件的內(nèi)部質(zhì)量則主要靠擬定和貫徹正確的工藝規(guī)范來(lái)保證。實(shí)驗(yàn)證明，結(jié)晶器內(nèi)的金屬液面、鑄造速度以及結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度和振動(dòng)頻率、振幅均對(duì)鑄件內(nèi)部質(zhì)量有著可觀的影響。

1.幾種常見的振動(dòng)形式：

1.1.標(biāo)準(zhǔn)的容漢斯振動(dòng)形式：結(jié)晶器上下振動(dòng)的時(shí)間比是1：3，結(jié)晶器下振速度與鑄造速度同步。此刻，由于結(jié)晶器壁與鑄錠之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此熱交換效果比較好，所以它更是個(gè)需要強(qiáng)化一次冷卻的鑄造場(chǎng)合。

1.2.有滑動(dòng)的容漢斯振動(dòng)形式：結(jié)晶器上下振動(dòng)的時(shí)間比是1：3，結(jié)晶器下振速度是鑄造速度的3～5倍。

1.3.正弦振動(dòng)形式：結(jié)晶器上下振動(dòng)的時(shí)間比是1：1，結(jié)晶器下振速度是鑄造速度的3～7倍。

b和c兩種振動(dòng)方式都有滑動(dòng)，這是避免鑄錠表面拉裂和避免鑄錠表面有夾渣的一種有利條件。相對(duì)來(lái)說，正弦振動(dòng)形式中的凸輪容易加工，振動(dòng)過程中沖擊力小且速度變化平穩(wěn)，負(fù)滑動(dòng)率大實(shí)際采用比較多。

2.振動(dòng)的振幅和頻率：

是正弦振動(dòng)的速度曲線，示出了正弦振動(dòng)的位移及速度曲線。由圖可見，結(jié)晶器振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化呈一條正弦曲線。其特點(diǎn)是：結(jié)晶器在整個(gè)振動(dòng)過程中速度一直是變化的，即鑄坯與結(jié)晶器時(shí)刻都存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在結(jié)晶器下降過程中有一段負(fù)滑動(dòng)，能防止和消除粘結(jié)，具有脫模作用；另外，由于結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度是按正弦規(guī)律變化的，加速度必然按余弦規(guī)律變化，所以過度比較平穩(wěn)，沖擊力也較小。

3.振動(dòng)平臺(tái)振幅、頻率可調(diào)結(jié)構(gòu)：

該結(jié)晶器振動(dòng)采用正弦振動(dòng)方式。它可以對(duì)振動(dòng)速度及頻率的有效控制，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳工藝狀態(tài)下的負(fù)滑差澆鑄、使結(jié)晶凝固更密實(shí)；專門為該技術(shù)設(shè)計(jì)的承載振動(dòng)平臺(tái)具有整體剛度大、振幅精確、振動(dòng)換向平穩(wěn)、導(dǎo)向及旋轉(zhuǎn)部件壽命長(zhǎng)、維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用小、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。

整個(gè)機(jī)構(gòu)包括：1、小車體；2、曲軸；3、偏心套；4、離合器；5、鎖緊套；6、齒輪箱；7、電機(jī)減速機(jī)；8、導(dǎo)向滑板；9、振動(dòng)平臺(tái)；10、結(jié)晶器。

以小車體1為機(jī)架，曲軸2通過軸承座連接在機(jī)架上，偏心套3與振動(dòng)平臺(tái)9通過軸承連接體連接；離合器4通過鍵連接與曲軸2連接在一起，鎖緊套5通過保險(xiǎn)環(huán)固定在曲軸2的特定位置；當(dāng)電機(jī)減速機(jī)7裝置通過兩個(gè)傘齒齒輪箱6帶動(dòng)曲軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，離合器4也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心套3也得到轉(zhuǎn)動(dòng)，通過軸承座將曲軸2與偏心套3的轉(zhuǎn)動(dòng)偏差體現(xiàn)為振動(dòng)平臺(tái)9的上下振動(dòng)模式，振動(dòng)平臺(tái)9整個(gè)框架通過滑板8可以在小車體1內(nèi)部上下滑動(dòng)，四個(gè)面的間隙通過調(diào)整墊調(diào)節(jié)到最佳位置，這樣產(chǎn)生的振動(dòng)就非常平穩(wěn)可靠。結(jié)晶器10固定在振動(dòng)平臺(tái)9上，和振動(dòng)平臺(tái)一起在比較小的導(dǎo)向間隙下高精度的運(yùn)動(dòng)，澆鑄出平直、表面光潔、內(nèi)部組織細(xì)密的錠坯。

調(diào)節(jié)振幅時(shí)，只需要擰動(dòng)鎖緊套5將離合器4與偏心套3的齒嚙合脫開，然后轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)偏心套3的齒數(shù)，得到需要的振幅后再將二者嚙合，用鎖套4鎖緊即可。頻率的調(diào)節(jié)則通過變頻電機(jī)無(wú)級(jí)可調(diào)，隨時(shí)可以調(diào)高或調(diào)低。通過簡(jiǎn)單的操作，就可以非常方便的完成振幅和頻率的調(diào)整，根據(jù)不同的鑄錠材質(zhì)和規(guī)格，能很快的得到最佳的工藝參數(shù)。

4.結(jié)論

與傳統(tǒng)的正弦振動(dòng)結(jié)構(gòu)相比，本機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且使用操作方便。

4.2.可使結(jié)晶器的向上和向下運(yùn)動(dòng)均由連桿主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，即結(jié)晶器平穩(wěn)的平行舉起和落下，不會(huì)造成結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)快慢不均、卡死不動(dòng)、傾斜等現(xiàn)象，完全實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶器的等幅、同步、平穩(wěn)正弦振動(dòng)，使得結(jié)晶器表面不易粘連金屬，確保鑄坯的幾何形狀平直、表面光潔、內(nèi)部組織致密。

4.3.可使結(jié)晶器的振幅可調(diào)和振動(dòng)頻率可調(diào)，還可通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)結(jié)晶器與導(dǎo)向塊之間的距離，使得結(jié)晶器產(chǎn)生的振動(dòng)平穩(wěn)可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉培興.《銅合金熔煉與鑄造工藝》，化學(xué)工業(yè)出版社，2009

[2]鐘衛(wèi)佳.《銅加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)》，冶金工業(yè)出版社，2007.