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“ 铝锭铸造机组脱模的研究 剡昌锋， 吴黎晓， 芮执元， 赵俊天， 安宗文 （兰州理工大学机电工程学院， 甘肃兰州 5 ， ; AB 4 7 C D 5 6 ，B E - FG D 6 7 H 5 6，- 2B 6 7 I 9 6 （3 J J 9 9 8K 9 L 4 5 6 L 5 J 5 6 MN J 9 L H O 6 L 5 J N 6 6 9 9 O 6 ， 5 6 P 4 D; 6 Q R 8* 9 L 4 R， 5 6 P 4 D 9 7- J D S 6 D S 6 HS 5 L 4 6 9 V；X 9 7 S J M 6 ；Y O L 9 V V；X C 6 5 S L V 基金项目甘肃省攻关计划资助 （Z [ “ /\ ’ / . “ ） 作者简介剡昌锋 （. 0 /） ， 男， 甘肃省平凉市人， 工学硕士， 讲师 “ 铝锭连续铸造机组是专门用于普通重熔 用铝锭连续铸造的自动化生产线， 广泛应用于我国 的铝锭生产企业， 然而目前国内同类铸造机组在生 产中由于各种原因脱模率仅] “ “ 的水平， 不 得不依靠人工监控， 对没有脱模的铝锭进行人工敲 击， 对机组的正常运行造成很大影响， 同时还增加了 名操作人员。 文献.和对不脱模的情况进行了一些研究， 但仅限于铸模形状对不脱模的影响， 单独应用这一 方法在实际中取得效果很有限。文献设计了一种 新的脱模机构， 但这种机构脱模率也仅提高了 . “ ， 仍需要人工处理未脱模的铝锭。 本文通过对铝锭铸造机组中影响脱模问题的原 因进行了全面地研究， 采用了一定新的脱模机构， 选 择合适的敲击位置和敲击力， 使脱模的效率达到了 以上。 . 影响脱模的原因 铸模形状 铸模的形状对铝锭的脱模有很大的影响， 结构 形式好的铸模有利于铝锭顺利脱模， 而比较差的将 使脱模变得很困难。国内虽然对于铸模的形状制订 了标准 ［0］ ， 但是如果铝锭模在形状上存在一些违反 工艺原理的地方。如各棱角、 拐角无过度圆角或圆 角极小； 各夹角设计过小， 使铝锭收缩后紧靠铝锭 模， 不易脱模； 另外商标等标识字迹过深且无弧度也 影响脱模 ［.］ ； 铸模凹坑过大也影响脱模 ［］ 。 铸模内腔表面的粗糙度 按照Z \／* . . ] / 对铝锭表面的要求 ［0］ ， 显 然， 铸模的内腔表面粗糙度对脱模率有直接的影响， 内表面粗糙度越高， 铝锭和铸模的附着力就越小， 脱 模率就越高。然而铸模表面的粗糙度受到铸造工艺 和铸件的复杂程度的影响， 并且铸造表面粗糙度越 有色金属 （冶炼部分） “ “ 0年0期 万方数据 高， 成本也就越高。因此从经济方面考虑， 只能在一 定范围内有限地提高铸模的表面粗糙度。 “ 脱模剂的使用情况 铸造机每班生产前都要对铸模内腔涂脱模剂， 脱模剂主要有个作用 （“） 在铸模表面形成一层薄膜 ［］ ， 对铸模起保 护作用， 提高铸模的寿命； （） 在铝水凝固成型后， 铸模和铝锭有一层介质 隔开， 有利于脱模； （） 可以提高铝锭表面质量。 脱模剂的隔离性取决于其临界表面张力性 质 ［］ ， 每次脱模都有一定比例的脱模剂转移到铝锭 上。在实际的使用中， 由于每班只涂脱模剂一次， 以 后不再涂抹， 脱模剂被不断转移到成型铝锭上， 造成 铸模表面脱模剂的减少， 脱模的效果随着生产的时 间而逐渐变差。 “ 环境因素 铸模表面的洁净度对铝锭和铸模的粘附力有很 大的影响， 当表面洁净度越高， 粘附力就越小 ［］ 。 不过铝锭铸造现场属于高粉尘和高温环境， 易使铸 膜的腐蚀和失效加速。 “ 冷却速度 冷却速度慢， 铝锭晶粒粗大， 冷却速度快， 易获 得细密的柱状晶粒 ［］ 。另外以较快速度冷却， 铝水 能在较短时间内凝固， 表面收缩更快， 铝锭和铸模的 粘附力就小， 更加有利于脱模。然而在“ ’的连续 铸造机组上， 没有用冷却水或者雾化水汽使铝水快 速冷却， 而是采用铝锭上表面自然冷却， 其它面间接 水冷却， 脱模后水冷却的方式。实际上， 特别是在夏 天， 由于水冷却塔对循环水来不及完全冷却， 造成对 铸模的冷却不充分， 随着生产时间增加， 铸模的温度 就越高， 脱模的效果越差。 “ 脱模机构 脱模机构实际上就是对铸模产生一个冲击力， 使铝锭很快地从铸模中脱离的装置。冲击力以波的 形式传播， 在铝锭和铸模表面形成反射， 当大于粘附 力时， 就使铝锭和铸模分离， 由于敲击位置的不同， 对脱模起作用的力的大小也发生变化。粘附力的大 小除了和不同材料之间的粘附系数有关外， 和正压 力也有很大的关系， 而正压力由于铸模转动的位置 不一样而在每个表面上不一样， 这样实际产生的粘 附力也不一样。另外在脱模时铝锭和铸模表面的摩 擦力也是随着铸模转动而发生变化的。因此， 铸模 在空间的位置和敲击在铸模上的位置以及冲击力对 脱模的影响都很大。 尽管最常见的五星轮脱模机构和背面敲击脱模 机构的敲击力很大， 但是在敲击时， 输送链上的铸模 在空间的位置和敲击力的方向都很不好控制， 以至 于不能很好地脱模。 改进措施和方法 ’ “ 工艺改进 “） 严格控制浇铸时铝水的温度， 使其处于 *， 在规定的时间内， 成型铝锭的温度就很快 降低到 *以下， 有利于顺利脱模。 ） 对模的表面质量和形状提出具体要求， 减少 铸模内凹坑的深度， 加大过渡圆角的尺寸， 同时表面 的粗糙度控制在 “ 。 ） 对冷却铸模水的温度控制在 *以下， 流量 控制在, - ／ .， 使铸模能在脱模后快速冷却， 有利 于下次的脱模。 ’ “ ’ 脱模机构的改进 根据脱模机构需要满足的生产功能， 现有脱模 机构均采用敲击铸模， 使成型铝锭受震动后靠自重 脱落。然而采用何种机构、 铸模转动到什么位置、 在 铸模什么地方、 以多大的力敲击就显得很重要。 “ 脱模机构设计 为了不改变原来机组的结构， 在有限的空间内 设计了如图“所示改进的脱模机构。然后根据现场 实验结果， 选择铸模正面边缘作为敲击点， 通过增大 敲击轮质量和对杠杆机构的运动动力参数的重新设 计， 使敲击轮与铸模瞬时接触时的作用冲量增大， 同 时保证敲击轮与铸模瞬时接触时的运动速度方向垂 直于被敲击面。 图“中杠杆为一人字形构件 ， 一端装有敲击 轮， 敲击轮中心距杠杆支点 / -， 杠杆另一端通过 铰链与气缸活塞杆相连。当气缸与气源连通时， 在 活塞杆的推动下， 杠杆绕其支点往复摆动， 在0 1 2 的控制下当铸模快转到“ 度时， 敲击在铸模正面 边缘上， 实现对成型铝锭的震动。 脱模机构运动分析 为了分析方便， 把图“简化和表示成如图所 示。其中， 连杆“长 “ ， 连杆长 ，3点为敲击 轮敲击铸模位置的点。设在初始状态时， 连杆和 4 3的夹角为，活塞杆的初始长度为，令 ““， 在敲击时， 活塞杆以恒定的速度“运 动， 则有 “’ （“） 有色金属 （冶炼部分） 5年5期 万方数据 “敲击轮； “铸模； “杠杆； “气缸 图改进后脱模机构原理图 “ ’ * , ’- . */ 0 * 1 . / 2 - 3 / , 4 , . 1 1 .* ’ 3 4 * 图5改进后脱模机构的运动原理简化图 “ 5 6 3 , ’ 4 ’ * , ’- . */ 0 * 1 . / 2 - 3 / , 4 , . 1 1 .* ’ 3 4 * ’ （ “ * “ “） ／“ （） 其中， 和“ 在设计时已定， 为常值， 把式 （） 代入式 （） ， 则有 ’ （ “ * “ （ *“ ） ） ／ “ （） 初始状态时 ’ （ “ * “ ） ／“ 令，（ “ * “ ） ／“ （） ’ “／“ （,） “ ／ “ （-） 把式 （ -） 代入式 （） ， 则有 ’ （“’ “ ） （.） 由于杆和杆焊接为一体， 当连杆从初始 位置运动到 需要的时间为 *“ ’*’ “ ［ ’ （ * ） ］ （/） 由式 （.） 可以得到 0 1 ’ （“’ “ ） （2） 由式 （2） 可以得到杆的速度为 ’* “ （“’ “ ） （ ） 因此当敲击轮运动到敲击位置时， 其动量为 ,- . （ ） 把式 （/） 和 （ ） 代入式 （ ） 即可得到所求的动 量。在设计时当此动量产生的冲击力 ’作用于铸 模上， 就产生一个振动力 /， 当/大于铝锭和铸模 的粘附力 0与铝锭和铸模的摩擦力- 之和时， 即 可顺利脱模。 实施情况 上述各种措施和方法已经在兰州铝业股份有限 公司台 3 4铝锭连续铸造机组和青海桥头电厂 的台机组中应用， 实践证明， 这些综合措施取得了 良好的效果， 脱模率达到了2 2 5以上。 参考文献 ［］李统岭6 3 4铝锭铸造不脱模的改进 ［7］ 6轻金属， （.） / ［］章跃中6铝锭模设计的改进 ［7］ 6轻金属， 2 2 . （） , - ［］周海军， 马生军， 杨勇智6 3 4铝锭连续铸造机组中铝 锭脱模敲击装置的设计与应用 ［7］ 6有色设备， （-） - ［］朱玉华6铝锭国际标准草案介绍与分析 ［7］ 6世界有色 金属， （2） . ［,］徐遵英， 蔡瑞林6有色金属脱膜剂的研究 ［7］ 6安徽化 工， 2 2 .，/ . （） ［-］李昂6脱模剂及其作用机理 ［7］ 6特种橡胶制品， ， （） - ［.］叶敏6铸铁材料粘附力测定及温度影响因素探讨 ［7］ 6 合肥工业大学学报， 2 2 -， 2 （） / 2 有色金属 （冶炼部分） 年期 万方数据