消失模鑄造用雙電機振動設備分析與設計

席紅梅 程精濤

【摘? 要】振動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，而且可以通過振動細化晶粒，從而直接影響鑄件的表面質量、尺寸精度以及產品的品質。在消失模鑄造中通過振動臺對鑄件的澆注和凝固過程中施加一定振幅和頻率的振動，可以使得其組織晶粒得到對應的細化，并且提高鑄件的性能。為此，在可行性方案設計下設計了一種雙電機振動臺，可以通過調節振幅和頻率實現振動臺所起的填砂緊實作用以及鑄造時起細化晶粒作用，已獲得較高的鑄件質量和較好的鑄件性能。

【關鍵詞】振動臺;消失模鑄造;填砂緊實;細化晶粒

【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，是鑄造史上的革新。在消失模鑄造中，機械振動往往僅用作填砂緊實。眾所周知，振動可以實現細化晶粒的作用，所以在消失模的澆注和凝固階段施加適當的機械振動，通過細晶強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。研究設計一臺雙電機振動臺，實現設備成本的降低和鑄件性能的提高是具有很大的現實的意義的。

1.消失模鑄造及細晶強化對機械振動臺的相關技術要求

1.1實現干砂填充和緊實的技術要求

消失模鑄造過程中，通過振動電機偏心塊作用產生激振力，并產生相應頻率和振幅的振動;此時，在重力的作用下砂粒之間產生一定程度的沖擊和擠壓;通過沖擊和擠壓產生的振動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越小，從而使砂粒具有很高的流動性。在砂層內沖擊、擠壓力和砂粒良好流動性的作用下，干砂克服砂粒間的摩擦阻力后將會從擠壓力大的區域運動到擠壓力小和填充不緊的區域，從而完成充填和緊實的任務。在填充和緊實型砂的過程中就要求振動臺應該具備以下性能要求：

（1）振動臺工作時要有足夠大的激振力，可以消除砂粒的流動現象，避免砂粒無序混亂的運動;

（2） 振動臺自身要具有較好的強度和抵抗由于振動產生的疲勞性。

1.2實現細晶強化的技術要求

通過振動臺的振動實現細晶強化的機理有以下幾種說法：樹枝晶破碎理論;樹枝晶熔斷理論;結晶游離理論;增加過冷度理論。不管是哪種理論，其最重要的必須是利用機械作用產生了能夠實現細晶強化的必要條件。

2.雙電機振動的參數設計及模型分析

2.1雙電機振動的參數設計和技術要求

（1）振動電機：

振動電機由相應電機和扇形偏心塊通過電機軸組成。電機接入電源，偏心塊在電機的帶動下旋轉產生的離心力得到激振力，通過電機支座或法蘭盤傳遞給振動臺。普通臥式振動電機將四個扇形偏心塊串聯在電機主軸上，調整電機主軸上相鄰的兩個偏心塊的偏心率，即可實現調節振動臺激振力的目標。

通過對各種振動臺的對比了解，并結合振動臺設計經驗和理論特性，本設計選用的是河南新鄉市宏達振動設備有限責任公司生產的三相異步振動電機。電機參數見表1。

③振動加速度：振動加速度的大小由振動臺激振力大小和被振動物體總質量決定。

④振幅、頻率：在振動系統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效果。

一個振動系統，其振動頻率、加速度和振幅的關系為：

（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，受力后將會產生較大的彈性形變，通過彈性變形的形式來起到減震的作用。在此，由于設備選擇方便和成本考慮我們選用普通橡膠彈簧。

2.2雙電機振動的模型分析

雙振動電機產生的運動效果，可用以下公式表示

雙振動電機在運轉時，當滿足電機在水平和垂直方向產生的振幅和頻率相同的條件時，便可以將（式4）、（式5）聯立，得（式6）。

雙電機在振動過程中相位差φ決定著運動軌跡，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。