旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李明波

（濟(jì)南濟(jì)鋼鐵合金廠，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

非晶合金母材現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝采用手工造型澆鑄，利用成型的圓形黏土磚做型腔，擺放到砂箱中，做成底澆式澆鑄系統(tǒng)，將鋼液通過(guò)鋼水包從鑄型的底部引入型腔，底澆包和鑄型的容量均為0.5 t。采用這種方法生產(chǎn)的非晶母材澆鑄成本850元/t，手工造型的效率較低，平均每人每班1箱，非晶母材的單班產(chǎn)量?jī)H為1.5 t。為此，設(shè)計(jì)制作了一種旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)，實(shí)現(xiàn)了非晶母材的半連續(xù)氣體保護(hù)澆鑄，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

2 旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)的運(yùn)行過(guò)程

在整個(gè)澆鑄過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)及停歇的交替變換中。在澆注工位，鋼水包通過(guò)底部滑動(dòng)水口向鋼錠模傾注鐵液，澆鑄之后，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)澆鑄下一個(gè)工位，直到鋼水包內(nèi)的鋼水全部澆鑄完畢，冷卻后進(jìn)行脫模，從而實(shí)現(xiàn)非晶母材的半連續(xù)澆鑄。為避免澆鑄過(guò)程中合金母材的氧化，實(shí)行全過(guò)程氣體保護(hù)澆鑄。

旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，不僅要保證整個(gè)澆鑄過(guò)程有規(guī)律的順利進(jìn)行，還要求澆鑄機(jī)停位準(zhǔn)確，并有一定的停留時(shí)間。由于旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)支撐平臺(tái)、鋼錠模及澆鑄的非晶母材均處于周期性運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，圓盤啟動(dòng)、停止時(shí)易出現(xiàn)沖擊，容易引起鋼液飛濺，甚至影響澆鑄質(zhì)量。因此，圓盤起動(dòng)加速及停止減速要求平穩(wěn)，不能出現(xiàn)沖擊及晃動(dòng)。如何保證傳動(dòng)方式可靠性、運(yùn)轉(zhuǎn)定位的準(zhǔn)確性及平穩(wěn)性是圓盤澆鑄機(jī)設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。

3 旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)由旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐平臺(tái)、鋼錠?？鞊Q機(jī)構(gòu)、澆鑄機(jī)構(gòu)和氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)結(jié)構(gòu)

3.1 旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)要求運(yùn)行平穩(wěn)，需支撐鋼錠模及鋼錠的重量，因此旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)采用上、下支撐，均采用單獨(dú)支架和軸承支撐。下軸承采用滾動(dòng)軸承，其軸承座固定在底座上；上軸承采用推力軸承，其軸承座固定在上支架上；上支架與底座固定連接，對(duì)主軸上、下端均起到固定作用，使旋轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)、可靠。

3.2 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)，其工作原理如圖2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)原理

在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)周邊均勻分布12個(gè)柱銷對(duì)應(yīng)12個(gè)工位，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)叉板進(jìn)退油缸帶動(dòng)叉板向前運(yùn)動(dòng)，叉板的叉槽進(jìn)入柱銷后，推進(jìn)油缸帶動(dòng)拖板向前運(yùn)動(dòng)，到位時(shí)澆鑄機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)工位。隨后，叉板進(jìn)退油缸帶動(dòng)叉板后退，后退到位后推進(jìn)油缸帶動(dòng)拖板退到初始位置。這樣，系統(tǒng)完成推進(jìn)，并為下一個(gè)推進(jìn)循環(huán)做好準(zhǔn)備。

3.3 澆鑄機(jī)液壓系統(tǒng)

由于旋轉(zhuǎn)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的特殊性能，整個(gè)液壓系統(tǒng)也非常簡(jiǎn)單，所需實(shí)現(xiàn)的功能為依次驅(qū)動(dòng)2個(gè)油缸運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)由泵站提供液壓油源。泵站溢流閥選用常開(kāi)式電磁溢流閥，當(dāng)系統(tǒng)不工作時(shí)，電磁溢流閥處于卸荷狀態(tài)，這樣可以避免溢流閥長(zhǎng)時(shí)間溢流而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱。當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)開(kāi)始時(shí)，電磁溢流閥通電，系統(tǒng)迅速升壓達(dá)到工作狀態(tài)。

在推進(jìn)油缸回路上安裝有2個(gè)行程減速閥，減速閥1安裝在油缸行程的初始位置，油缸向前運(yùn)動(dòng)時(shí)緩慢加速；而減速閥2安裝在油缸行程的末端，油缸停止時(shí)緩慢減速，從而保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。電液換向閥采用Y型中位機(jī)能，在系統(tǒng)推進(jìn)循環(huán)開(kāi)始時(shí)，拖板位置浮動(dòng)，有利于叉板順利進(jìn)入柱銷，從而提高叉板動(dòng)作的可靠性。

3.4 支撐平臺(tái)

支撐平臺(tái)支撐在推力軸承上，用于放置鋼錠模，因此要求有足夠的強(qiáng)度。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與主軸固連在一起。由于鋼錠模在澆鑄后的溫度較高，為防止鋼錠模的熱量通過(guò)平臺(tái)傳到主軸及軸承上，在平臺(tái)和鋼錠模之間設(shè)置隔熱層，從而阻止熱量的傳遞。

3.5 澆鑄機(jī)構(gòu)

澆鑄時(shí)，鋼水包中的鋼液通過(guò)底部的澆口流到鋼錠模內(nèi)，每澆滿1個(gè)鋼錠模關(guān)閉底澆口，旋轉(zhuǎn)另一鋼模到澆鑄工位，重新打開(kāi)底澆口繼續(xù)澆鑄。

3.6 氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)

為防止非晶合金母材澆鑄過(guò)程中的氧化，影響產(chǎn)品質(zhì)量，在澆鑄過(guò)程中使用氬氣保護(hù)。氣體保護(hù)裝置由主管、噴嘴、插接頭組成。主管成圓形，上面安裝有12個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴對(duì)應(yīng)1個(gè)鋼錠模，噴嘴的方向?qū)?zhǔn)鋼錠模的模腔，主管與平臺(tái)一同旋轉(zhuǎn)。澆鑄過(guò)程中，通過(guò)噴嘴向模腔吹保護(hù)氣體，使鋼錠模在澆鑄前先排空模腔的空氣，澆鑄過(guò)程中氣體保護(hù)澆鑄，減少表面氧化。

3.7 鋼錠模快換機(jī)構(gòu)

為保證澆鑄的順利進(jìn)行，設(shè)置鋼錠模取模、裝模機(jī)構(gòu)。在取模工位取模只需液壓缸伸出，即可將澆鑄后的鋼錠模推離支撐平臺(tái)進(jìn)行冷卻脫模。在裝模工位，液壓缸動(dòng)作，將鋼錠模迅速推上支撐平臺(tái)，上述動(dòng)作均與鋼錠澆鑄的同時(shí)進(jìn)行，完成鋼錠模的快速更換。

鋼錠模使用前需在內(nèi)腔壁上噴涂一層脫模劑，并進(jìn)行預(yù)熱。澆鑄后自然冷卻20 min后需及時(shí)脫模，以防損壞鋼錠模內(nèi)腔。鋼錠模底部的耳孔使用鎂砂加玻璃水?dāng)嚢杈鶆蚝筇钛a(bǔ)到與底面平齊，這樣有利于鋼錠脫模。鋼錠模在使用前，仔細(xì)檢查內(nèi)腔表面是否有損壞，當(dāng)出現(xiàn)凹坑或凸起時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)打磨后方可使用。

4 結(jié)語(yǔ)

非晶合金旋轉(zhuǎn)澆鑄機(jī)自2012年10月投人生產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，非晶合金產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，澆鑄機(jī)單班產(chǎn)量達(dá)5 t，澆鑄成本220元/t，同時(shí)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。