王貴斗

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島125000）

0 引言

真空吸鑄有鑄件組織致密、晶粒細(xì)化、無氣孔和砂眼缺陷、金屬消耗少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在小型管狀、棒狀銅合金鑄件生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

真空吸鑄是借助真空系統(tǒng)裝置，在結(jié)晶器內(nèi)造成負(fù)壓，吸入液體金屬生產(chǎn)鑄件的。鑄件的長(zhǎng)度主要取決于結(jié)晶器內(nèi)真空度與液體金屬的重度，即

式中L—鑄件長(zhǎng)度，m；

Pv—真空度，Pa；

γ—液體金屬的重度，N/m3；

真空系統(tǒng)由抽真空裝置、測(cè)量?jī)x表和真空調(diào)節(jié)閥等裝置組成，如圖1所示。

渤船重工機(jī)械工程公司用真空吸鑄工藝生產(chǎn)棒狀銅合金鑄件，使真空吸鑄機(jī)利用噴射管產(chǎn)生負(fù)壓，如圖2所示。吸鑄時(shí)依據(jù)真空表，通過手動(dòng)操作調(diào)節(jié)閥控制結(jié)晶器內(nèi)真空度來控制液體金屬上升的速度和高度。所使用的壓縮空氣由公司動(dòng)力部門統(tǒng)一供給，生產(chǎn)過程中壓縮空氣壓力經(jīng)常在0.3～0.5 MPa之間波動(dòng)。使用手動(dòng)操作調(diào)節(jié)閥控制結(jié)晶器真空度技術(shù)難度較大，經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)真空度過高的現(xiàn)象，導(dǎo)致液體金屬超過設(shè)計(jì)高度，被吸入導(dǎo)氣管，造成真空管道堵塞，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

圖1 真空系統(tǒng)示意圖

圖2 噴射管示意圖

為避免結(jié)晶器真空度隨壓縮空氣波動(dòng)，應(yīng)在真空系統(tǒng)安裝真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置。自動(dòng)力真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置由膜檢測(cè)裝置和節(jié)流閥等構(gòu)件組成，壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入噴射管，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的流量來控制系統(tǒng)負(fù)壓的高低。使用噴射管的真空吸鑄機(jī)，安裝自動(dòng)力真空調(diào)壓裝置，精確地控制結(jié)晶器中液體金屬上升的高度，提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。

1 自動(dòng)力真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置

自動(dòng)力真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置原理如圖3所示。該裝置主要由膜檢測(cè)裝置和節(jié)流閥等構(gòu)件組成，適用于利用噴射管為抽真空裝置的真空系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)壓。

圖3 自動(dòng)力真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置示意圖

壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入噴射管，通過噴射管產(chǎn)生負(fù)壓。負(fù)壓的高低取決于流入噴射管壓縮空氣的流量，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，來控制系統(tǒng)負(fù)壓的高低。

調(diào)壓裝置的檢測(cè)膜一側(cè)與真空室相通，另一側(cè)與大氣相通。當(dāng)檢測(cè)膜兩側(cè)存在壓差時(shí)，檢測(cè)膜上將產(chǎn)生指向真空室方向的拉力，拉力的大小與檢測(cè)膜兩側(cè)的壓差成正比，即

式中F—壓差在檢測(cè)膜上產(chǎn)生的力，N；

A—檢測(cè)膜面積，m2；

P—檢測(cè)膜兩側(cè)壓差，Pa；

控制桿與檢測(cè)膜相連，在檢測(cè)膜拉力與調(diào)壓彈簧合力的作用下，控制桿將產(chǎn)生位移，位移為：

式中S—控制桿位移，m；

F—壓差在檢測(cè)膜上產(chǎn)生的力，N；

F1—調(diào)壓彈簧預(yù)壓力，N；

K—彈簧的勁度系數(shù)，N/m；

位移的大小和作用在控制桿上檢測(cè)膜拉力與調(diào)壓彈簧力的合力成正比，即與作用在檢測(cè)膜兩側(cè)的壓差成正比。

控制桿通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與節(jié)流閥芯桿相連，當(dāng)真空室的真空度變化時(shí)，檢測(cè)膜兩側(cè)壓差發(fā)生變化，引起控制桿移動(dòng)?？刂茥U通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)閥部件實(shí)施控制，調(diào)節(jié)流入噴射管壓縮空氣的流量，實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)真空度的自動(dòng)控制。

通過調(diào)節(jié)調(diào)壓螺母，調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧的壓力，可以設(shè)定真空系統(tǒng)的真空度。

2 結(jié)晶器真空度的自動(dòng)控制

真空吸鑄結(jié)晶器真空度自動(dòng)控制原理如圖4所示。

圖4 結(jié)晶器真空度自動(dòng)控制示意圖

在噴射管前端安裝自動(dòng)力真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置，使壓縮空氣經(jīng)由調(diào)壓裝置的節(jié)流閥進(jìn)入噴射管；用橡皮管將結(jié)晶器與調(diào)壓裝置的檢測(cè)部分連通。

調(diào)節(jié)調(diào)壓螺母，根據(jù)吸鑄液體金屬的重度及鑄件的長(zhǎng)度等因素設(shè)定結(jié)晶器內(nèi)真空度。

吸鑄生產(chǎn)過程中，剛打開壓縮空氣閥門時(shí)，系統(tǒng)的真空度低，經(jīng)由節(jié)流閥進(jìn)入噴射管的壓縮空氣流量大，系統(tǒng)的真空度迅速升高；伴隨系統(tǒng)真空度的升高，經(jīng)由節(jié)流閥進(jìn)入噴射管的壓縮空氣流量減少，系統(tǒng)的真空度升速減緩。真空度的這種變化特點(diǎn)，既有利于提高生產(chǎn)效率，又有利于避免液體金屬上升慣性過大，沖進(jìn)導(dǎo)氣管，堵塞真空管道。在系統(tǒng)的真空度達(dá)到結(jié)晶器真空度設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)的真空度不再升高，真空度保持恒定不變。

當(dāng)生產(chǎn)過程中壓縮空氣在0.3～0.5 MPa之間升高或降低時(shí)，調(diào)壓裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入噴射管的壓縮空氣流量，使系統(tǒng)的真空度保持不變。

3 結(jié)論

自動(dòng)力真空系統(tǒng)調(diào)壓裝置樣機(jī)，已在渤船重工機(jī)械工程公司通過試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，該裝置可以有效地控制結(jié)晶器中液體金屬的上升速度和高度。

利用噴射管為抽真空裝置的真空吸鑄機(jī)，安裝自動(dòng)力真空調(diào)壓裝置后，能降低生產(chǎn)過程的操作難度，消除壓縮空氣壓力波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)的影響，顯著提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海:化學(xué)工業(yè)出版社,1987.

[2]宮克強(qiáng).特種鑄造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982.

[3]侯英瑋.材料成型工藝[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2003.

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