消失模鑄造用雙電機(jī)振動(dòng)設(shè)備分析與設(shè)計(jì)

席紅梅 程精濤

【摘? 要】振動(dòng)在消失模鑄造中有著重要的作用，它不僅可以使干砂填充緊實(shí)，而且可以通過(guò)振動(dòng)細(xì)化晶粒，從而直接影響鑄件的表面質(zhì)量、尺寸精度以及產(chǎn)品的品質(zhì)。在消失模鑄造中通過(guò)振動(dòng)臺(tái)對(duì)鑄件的澆注和凝固過(guò)程中施加一定振幅和頻率的振動(dòng)，可以使得其組織晶粒得到對(duì)應(yīng)的細(xì)化，并且提高鑄件的性能。為此，在可行性方案設(shè)計(jì)下設(shè)計(jì)了一種雙電機(jī)振動(dòng)臺(tái)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)振幅和頻率實(shí)現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)所起的填砂緊實(shí)作用以及鑄造時(shí)起細(xì)化晶粒作用，已獲得較高的鑄件質(zhì)量和較好的鑄件性能。

【關(guān)鍵詞】振動(dòng)臺(tái);消失模鑄造;填砂緊實(shí);細(xì)化晶粒

【Abstract】： Vibration table played an important role in Lost-foam casting， which not only compacted dry sand， but also refined grain by the vibration， and directly affected the surface quality， dimensional accuracy and product quality of castings. By applying the vibration of amplitude and frequency during casting and solidification in the Lost-foam casting， the grain size of the casting can be refined and the properties of the casting can be improved. Therefore， under the feasible scheme design， a double-motor vibration table was designed， which can be used to fill sand tightly and to refine grain when casting by adjusting amplitude and frequency， higher casting quality and better casting properties have been obtained.

【Key words】： vibration Table; Lost-foam Casting; sand packing; grain refinement

引言

消失模鑄造是一種新型的、綠色的鑄造技術(shù)，是鑄造史上的革新。在消失模鑄造中，機(jī)械振動(dòng)往往僅用作填砂緊實(shí)。眾所周知，振動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒的作用，所以在消失模的澆注和凝固階段施加適當(dāng)?shù)臋C(jī)械振動(dòng)，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化不僅可以減少鑄件的缺陷，而且可以提高鑄件的組織性能。研究設(shè)計(jì)一臺(tái)雙電機(jī)振動(dòng)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備成本的降低和鑄件性能的提高是具有很大的現(xiàn)實(shí)的意義的。

1.消失模鑄造及細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)機(jī)械振動(dòng)臺(tái)的相關(guān)技術(shù)要求

1.1實(shí)現(xiàn)干砂填充和緊實(shí)的技術(shù)要求

消失模鑄造過(guò)程中，通過(guò)振動(dòng)電機(jī)偏心塊作用產(chǎn)生激振力，并產(chǎn)生相應(yīng)頻率和振幅的振動(dòng);此時(shí)，在重力的作用下砂粒之間產(chǎn)生一定程度的沖擊和擠壓;通過(guò)沖擊和擠壓產(chǎn)生的振動(dòng)波在干砂間快速傳播，砂粒摩擦力的大小和方向隨著波的作用而改變。砂粒與砂層之間的粘合力越來(lái)越小，從而使砂粒具有很高的流動(dòng)性。在砂層內(nèi)沖擊、擠壓力和砂粒良好流動(dòng)性的作用下，干砂克服砂粒間的摩擦阻力后將會(huì)從擠壓力大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)到擠壓力小和填充不緊的區(qū)域，從而完成充填和緊實(shí)的任務(wù)。在填充和緊實(shí)型砂的過(guò)程中就要求振動(dòng)臺(tái)應(yīng)該具備以下性能要求：

（1）振動(dòng)臺(tái)工作時(shí)要有足夠大的激振力，可以消除砂粒的流動(dòng)現(xiàn)象，避免砂粒無(wú)序混亂的運(yùn)動(dòng);

（2） 振動(dòng)臺(tái)自身要具有較好的強(qiáng)度和抵抗由于振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞性。

1.2實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化的技術(shù)要求

通過(guò)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化的機(jī)理有以下幾種說(shuō)法：樹枝晶破碎理論;樹枝晶熔斷理論;結(jié)晶游離理論;增加過(guò)冷度理論。不管是哪種理論，其最重要的必須是利用機(jī)械作用產(chǎn)生了能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化的必要條件。

2.雙電機(jī)振動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)及模型分析

2.1雙電機(jī)振動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求

（1）振動(dòng)電機(jī)：

振動(dòng)電機(jī)由相應(yīng)電機(jī)和扇形偏心塊通過(guò)電機(jī)軸組成。電機(jī)接入電源，偏心塊在電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力得到激振力，通過(guò)電機(jī)支座或法蘭盤傳遞給振動(dòng)臺(tái)。普通臥式振動(dòng)電機(jī)將四個(gè)扇形偏心塊串聯(lián)在電機(jī)主軸上，調(diào)整電機(jī)主軸上相鄰的兩個(gè)偏心塊的偏心率，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)振動(dòng)臺(tái)激振力的目標(biāo)。

通過(guò)對(duì)各種振動(dòng)臺(tái)的對(duì)比了解，并結(jié)合振動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論特性，本設(shè)計(jì)選用的是河南新鄉(xiāng)市宏達(dá)振動(dòng)設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的三相異步振動(dòng)電機(jī)。電機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

③振動(dòng)加速度：振動(dòng)加速度的大小由振動(dòng)臺(tái)激振力大小和被振動(dòng)物體總質(zhì)量決定。

④振幅、頻率：在振動(dòng)系統(tǒng)中激振力相同的條件下，振幅和頻率成反比，即小振幅大頻率，并且在這種情況下又更好的填充和壓實(shí)效果。

一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，其振動(dòng)頻率、加速度和振幅的關(guān)系為：

（3）減震彈簧的選擇：

普通橡膠彈簧：它是一種橡膠彈性體，它的組成成分主要是橡膠，受力后將會(huì)產(chǎn)生較大的彈性形變，通過(guò)彈性變形的形式來(lái)起到減震的作用。在此，由于設(shè)備選擇方便和成本考慮我們選用普通橡膠彈簧。

2.2雙電機(jī)振動(dòng)的模型分析

雙振動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效果，可用以下公式表示

雙振動(dòng)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)滿足電機(jī)在水平和垂直方向產(chǎn)生的振幅和頻率相同的條件時(shí)，便可以將（式4）、（式5）聯(lián)立，得（式6）。

雙電機(jī)在振動(dòng)過(guò)程中相位差φ決定著運(yùn)動(dòng)軌跡，將一些特殊的相位差（如φ=0，φ= π/4，φ= π/2等）代入（式6），可得到圖1所示的利薩如圖形樣式。