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鋁棒氣滑結晶器的設計與制造

時間:2019-09-06 來源:現代制造技術與裝備 作者:湛余靈 鄭守東 張偉一 本文字數:1579字
  數控高級技師論文第四篇
  
  摘要:介紹了鋁合金圓棒氣滑鑄造原理和特點, 設計制造了一種能鑄造較大規格的鋁棒氣滑結晶器, 并在調試出合理工藝參數后, 生產出滿足企業規格和質量需求的產品。
  
  關鍵詞:氣滑; 結晶器; 鋁合金鑄造;
  
  鋁作為地殼中含量最豐富的金屬元素,具有密度小、重量輕、強度高以及價格適中等特點,被廣泛應用于各個領域。近年來,隨著國民經濟高速發展,在國家大力提倡節能減排背景下,鋁合金需求量越來越大,對型材品質和性能要求不斷提高。因遼寧忠旺機械設備制造有限公司生產需求,急需研發一種規格φ343的氣滑結晶器。
  
  1 氣滑鑄造原理和特點
  
  氣滑鑄造是目前世界上最先進的鋁合金半連續鑄造技術之一,其原理是在結晶器上分別開孔,鑄造油和壓縮空氣通過管道輸送至結晶器相應孔中;然后再進入石墨環中混合,在石墨環內表面形成油氣膜。熔融鋁液在石墨環處一次冷卻凝固成殼,隨著鑄機下移,鋁液不斷充滿凝殼;結晶器噴出的水對凝殼進行二次冷卻,凝殼內部熔液逐漸固化,形成鋁棒。
  
  由此可見,氣滑鑄造具有如下特點。
  
  第一,石墨環內表面油氣膜可使鋁液快速固化,產生最低限度的合金偏析,從而減少凝殼厚度和液穴深度,獲得晶粒更小、組織更均勻的鋁棒。
  
  第二,由于油氣膜隔絕了鋁液和結晶器接觸,所以可獲得更光滑的鋁棒表面。
  
  第三,鑄造油和冷卻水使用量較少。
  
  第四,鑄造速度快,生產效率高。
  
  第五,后續工序優化,為企業帶來更大的經濟效益。
  
  第六,鋁棒規格越大,加工和制作難度越大,對結晶器及其配件性能要求越高。
  
  2 結晶器的設計和制作
  
  結晶器結構設計詳圖如圖2所示。本結構是在美國Wagstaff公司設計的結晶器的基礎上,針對大規格氣滑結晶器的特點進行了優化。
  
  圖1 結晶器結構示意圖

  
  1.結晶器本體;2.隔水板;3.密封圈;4.壓蓋;5.轉接板;6.石墨環
  
  由圖1可知,1結晶器本體采用6082鋁棒經五軸數控機床加工而成,以保證其必要的強度和精度;2為5系鋁板制成的隔水板,可起到過濾冷卻水中雜質和調節水壓的作用;4轉接板和5石墨環均采用進口品牌產品;4壓蓋將轉接板壓緊,并通過密封圈3密封,以防止油氣泄漏。
  
  經試驗,可得出以下幾項數據:第一,結晶器整體最佳高度為149mm,有效冷卻高度最佳值為39mm;第二,冷卻水孔采用雙排水冷卻,一次冷卻角度為45°,二次冷卻角度為23°,該角度既提高了結晶器冷卻效率,加長了鋁棒表面泡核沸騰距離,又減小了水沖擊鋁棒表面后反彈水量與水速度。制造裝配完成的結晶器如圖2所示。
  
  圖2 φ343結晶器成品圖

  
  3 試驗過程及結果
  
  3.1 工藝參數設定

  
  在與相近規格工藝參數比較后,設定了該規格結晶器初始工藝參數,如表1所示。
  
  表1 φ343工藝參數

  
  3.2 鑄造過程及結果
  
  鑄盤各結晶器冷卻水量較為均勻,開始鑄造時盤首溫度為690℃,穩態時盤首約為700℃,鑄造成品率達95%,鋁棒表面質量及內部組織均檢驗合格,可滿足企業使用。成品鋁棒如圖3所示。
  
  圖3 鑄造成功的鋁棒

  
  3結論
  
  本次設計的結晶器結構合理,鑄棒成品率高;工藝參數較為合理,鋁棒表面質量及內部組織均能滿足企業需求。由于鋁棒直徑越大,鑄造過程中進入氣滑狀態的難度就越高。在本次鑄造中有個別鋁棒未進氣滑,導致表面質量差,經分析其原因是在石墨環表面沒有形成有利于鑄造的油氣膜,致使石墨環和熔體之間沒有良好的潤滑。因此,在下一步工作中,應調整工藝參數,使鑄造氣體壓力和結晶器潤滑油量匹配度更好;另外,應長期跟蹤鑄造過程和結果,積極發現問題,進一步提高產品質量。
  
  參考文獻
  
  [1]羅啟全。鋁合金熔煉與鑄造[M].廣州:廣東科技出版社, 2002.
  [2]李小亞, 王東立, 許振明, 等。氣膜成型連續鑄造技術[J].特種鑄造及有色金屬, 2002, (5) :27-29.  
  [3]張建平, 樂永康, 歐斌, 等。鋁合金氣滑鑄造技術研究[J].有色設備, 2006, (6) :1-3.  
  [4]王瀟磊。鋁合金油氣潤滑鑄造裝置研發和工藝研究[D].大連:大連理工大學, 2017. 點擊查看>>數控高級技師論文(精選范文8篇)其他文章
 
    湛余靈,鄭守東,張偉一.一種大規格氣滑鑄造結晶器的設計[J].現代制造技術與裝備,2019(06):92-93.
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