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1、摘要 介绍一种20kg锭连续铸造机自动脱模装置的结构及其气动控制系统。该系统同步精度高，性能稳定，工作可靠易于调节，满足了高效率、自动化生产需要。 Abstract The structure of an automatic ajection equipment of 20kg aluminum ingot casting machine and its pneumatic control system are introduced in this paper。This pneumatic control system has higher synchronous precision , st
2、able performance , dependable movement and easier adjustment , it ments demands of hight efficiency and automation productivity . 绪论一 本说明书的研究对象 该说明书研究了20kg铝锭连续脱模装置.现在国内大型铝业制造厂都多采用铸造的方式生产.在铝锭的生产过程中,大多采用脱模剂将铝锭和铝模分开.可这样生产出来的铝锭其表面附着一层铝脱模剂,这样会影响铝的纯度,从而使其铝锭的价钱受到影响.我们对此做了一些研究,并推出了该敲击式脱模装置.图1 脱模机构示意图该脱模装置由两
3、套相同的脱模机构和控制系统组成.脱模机构由铝锭处于最佳脱模位置时+优化设计的四杆机构.缓冲装置及击锤(特殊处理以减少锤头对铝锭模的钢性冲击)组成.又耐热气缸(由于在铸造铝锭时其环境温度高)驱动,如图1所示.其工作原理:正常生产中,铸造机牵引链轮轴端的小链轮带动铝锭模绕支架体旋转时,连结杆牵引链轮轴端的小链轮经链带动电气控制盒中的小凸轮转动,压下按钮行程开关(每一个铝锭模旋转到预定锤击位置,都确保按钮开关闭合一次,且闭合时间的长短可调),按钮开关控制单电控二位五通电磁阀使气动系统工作.耐热型气缸推动推沫 机构使击锤获得一定的冲击能,在预定位置击打铝锭模,从而使铝锭从脱模中脱落.从以上的分析可见,
4、该机构有以下三大优点:(1) 气缸同步精度高,脱模效果好.(2) 脱模冲击能可调,能够满足系列产品需要,调节气动控制系统,可能得到不同的脱 模冲击能.(3) 系统简单,安全可靠我们选择了单控制式二位五通电磁换向阀进行控制,即使突然断电,脱模机构也能够自动回到原始位置(电气部分控制)防止击锤和转动的铝锭模干涉,产生故障,影响生产.二.本说明书的内容,作用和任务 1本说明书的内容.(1) 通过对现代铝业的生产了解,我门研究了本文的脱模装置,运用运动学、动力学和静力学的基础理论、分析方法和应用技能对此机构进行结构分析、运动分析及设计和校核. (2) 对该机构和机械部分研究过后,在地其控制部分通过所学
5、的知识做一概序(3) 通过运动仿真和实际的实验证明该机构的可行性.(4) 各种相关的手册,技术资料的应用. 2本说明书的作用和任务实现四个现代化的重要基础之一是设备现代化,当前机械产品和设备正向高性能、多功能、高效率、高质量方向发展,并竭力采用系统集成化、智能化等高新技术.应用革新，改造机械设备在工业发展中其有重要意义.本说明书的内容是研究了脱模机构的运动和工作性能、控制过程等等,充分解释了该机构的作用和工作方式.三.设计方法的简介 1优化设计 优化设计是将最优化的数字理论(主要是数字规划理论)应用与设计领域而形成的一种设计方法,将设计问题的物理模型转化为数字模型,再选用适当的优化方法并借助计
6、算机求解数字模型,求得最佳的设计方案.我们该机构就是采用了优化设计. 2可靠性设计 可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相结合而形成的一种设计方法.将传统设计方法市委单值而实际上具有多值性的设计变量(如载荷,应用,强度,寿命等).看承服从某种分布规律的随机变量,用概率统计方法设计出符合机械产品可靠指标要求的零部件和整个机构的主要参数和机构尺寸. 3动态设计 机械动态设计是是根据机械产品提出的动态,性能要求与设计准则,按动力学进行计算,优化与实验,并反复进行的一中设计方法,把机械产品看承是一个内部情况不名的黑箱,通过外部观察,根据其功能对黑箱与周围不同的信息联系进行分析,求出脱模机构
7、的动态参数,然后进一步寻求他们的机理和结构,关键是建立对象的动态数字模型,并求解数字模型,设计方法可使此机构的动态性能在设计时就得到预测和优化. 4有限元分析 这是一种随着计算机的发展而迅速发展起来的现代设计方法,其基本思想是把连续的介质看作是由在有限个接点处联接起来的有限个小块所组成,然后对每个元素通过取顶的插值函数,将其内每一点的位移和应力用元素节点的位移来表示,在根据介质整体的协调关系建立包括所有节点的这些未知量联立方程组,最后用计算机求解,以获得所需答案. 5计算机辅助设计(CAD) 利用计算机运算快速准确,存储量大,逻辑判断功能强等特点进行设计信息处理,并通过人机交互作用完成设计工作
8、的一种设计方法,CAD能充分应用其他各种先进的现代设计方法.CAD系统的日益完善与高度自动化,使设计工作不断得到完善与简化，CAD与计算机辅助制造(CAM)可结合成 系统,他们可与计算机辅助检测(CAT).计算机管理自动化结合成计算机集成制造系统（CAD/CAM）.综合进行市场预测/产品设计,生产计划/制造和销售等一系列工作,实现人力、物力/时间等各种资源的有效利用. 现代设计方法还有很多，如模糊优化设计、模块化设计、价值分析等等.随着科学技术的发展将广泛地代替传统设计方法.第一篇 机构的可行性1.1铝业生产的过程 国内各个铝厂大多采用15kg和20kg铝锭铸造机,/铝锭连续铸造机是我过疙瘩电
9、解铝厂普遍采用的关键产品设备,能够实现铝锭的铸造成型,冷却,堆垛,自动打包的额一体化作业. 铝锭铸造就是将电解所获得的液态铝浇铸到铝锭铸造机,由台包将液铝浇入铸造机的铸模,冷却成型后通过一定的手段取出铝锭.这一过程的总工艺路线为:出铝扒渣检介配料装炉精练浇铸重溶用铝锭成品检查成品检介入库.而在浇铸这个环节中必须掌握铝锭凝固、冷却、成型过程中的要求,找出浇铸时铝液适合的温度、浇铸时间的要求、凝固时的冷却方法、成型质量保证和铝锭脱模方式. 而 20kg铝锭的铸造速度是有限的.目前国内的铸造机速度约为4.512t/h.其主要的原因是:1）工人劳动强度大,定员多,劳动生产率低.2）生产工艺流程长,占地
10、面积大.3）最重要的一条是:在铸造过程中,由于工人捻用脱默剂,使铝锭的质量,纯度下降,这也是我们此次研究的内容.1.2 脱模技术的发展在现代话的铝加工企业,铸造成型成了大多数厂家的生产设备,可铸造脱模技术成了一大难题,大家都在想方设法的提高脱模技术,从而提高生产率.从铝业的生产出现以后,人们都在不断的寻求先进的脱模技术.人民以城市劳动创家业为人.在传统的铝业生产中,人们为了使铝锭和铝锭铸造模在铸造过程中容易分开,节省生产时间,从而先后研究了许多脱模剂,然后人工再将这些脱模剂涂于铸模内,使其铸造过程中铝锭和铸模分开.但本身在熔融铝液中就掺杂了许多杂质元素,在加入脱模剂更加影响了铝锭的质量和售价.
11、对此加拿大在生产20kg铝锭铸机时研究了铝锭脱模技术,但这种脱模技术对铝锭铸模的要求很高,并由于铝锭孔要设置于铸模底部,铸模受热后容易在孔的周边形成开裂,从而缩短了铸模的使用寿命.因此没有得到众多厂家的应用.还提出了一种振动脱模方式的脱模技术.但它仅仅在小块铝锭连续铸造机上获得了成功的应用,但这对大铝块难以实现. 在前不久在大扁铝锭铸造机改造设计设想中,有人提出了一种真空脱模技术.其脱模装置工作原理图如图11.总控制要求方案如图12.图11 真空式脱模装置工作原理图其原理是在完全凝固铝锭的转盘位置设置一真空脱模机在铝锭，在铝锭上表面通过真空吸附盘进行真空抽空 使铝锭上表面形成负压，当负压产生的
12、吸附力大于铝锭重量一定值时，通过液压缸拉动吸盘及铝锭上升，上升到足够距离时停止，脱模机构机架在回转底座上转过一定角度和堆垛机位置对应，液架压机构机架转盘转动复位。等待进行下一块铝锭脱模，这种脱模机构使用于圆盘式的铸造业。图1-2 真空式脱模装置总控制方案图13击锤式脱模装置的可行性 通过社会的进步，科学技术的发展，人们在铝业生产脱模技术得到了一定的提高。可是理论总是理论，将理论应用于实际当中，又出现了许多的问题。 加拿大的铝锭脱模技术，作用了铝锭模的底部，由于这种温度高，铸模受热，再加上用力去顶模底，这样在孔的周边形成开裂，而缩小铸模的使用寿命，而对于真空式脱模技术，在理论上很周密，但是在生产
13、过程中，需要先进的生产设备。首先要抽真空，需要一定的先进设备。其次要和铝锭的上表面形成封闭腔，而铝锭是铸造成型的 ，在铸造过程中难免有一定的振动和不平，而每一个铝锭的上表面又不一定平整一样，谈何容易作到封闭腔抽得真空。还有像这样的脱模机构，结构复杂，占用空间大，这样反而成本高。对此，我们在设计脱模机构时提出以下几点，作为设计的目标和要求： 结构和控制要合理，简单，运行方便。 在生产过程中便于运用，精度高，效果好。 此机构要能进行调节，以满足生产需要。 与原来的铸造系统相不干涉，防止影响生产。 能够实现手动和自动控制。各组成部件的材料应选择合理，以降低成本。布置方式和位置要合理，减少占地面积。现
14、代化，要环保。根据以下的设计要求，我们对影响脱模的因素进行了多方面的分析，在原有的基础上提出了多项改进措施，提出了两种新型脱模方案，提高了脱模的可靠性。方案一：五星轮控制的锤击式脱模机构，其结构示意图如图13.改善了脱模机构使其结构简单，运行方便，生产过程中便于应运。但是我们后面发现这种脱模装置效果不好，容易产生机械故障，很难是铝锭在预定位置脱落，不能自动送入冷却链冷却。通过堆垛机打包入库，影响生产的正常进行。为此，我们根据某铝厂技术改造要求，结合现有设备的状况设计了方案二。图13五星轮式锤击式脱模机构方案二:四连杆的锤击式脱模机构，其结构示意图如图14.根据该厂的尺寸测量，我们采用了两套结构
15、相同的平面四连杆的锤击脱模机构。选择平面四连杆机构的原因有四点：机构中各构件之间以面接触，单位面积所受的压力较小，又易于润滑，摩擦及磨损小。制造也比较简单，能够获得较高的精度。其本身就几何封闭，不需要锁紧弹簧，所以结构简单。能够实现多种运动形式的转换，以满足生产中不同的运动要求。而我们之所以选择两套相同的结构是因为铝锭模子本身的尺寸就打，如果只使用一个击锤脱模装置时就有两种情况。1）若使击锤脱模装置在击打时用力过小，铝锭不能从铸模脱落；2）若使击锤脱模装置在击打时用力过大，铸模的寿命会受到影响，因此，经过考虑我们决定选用两套相同的装置同时装在不同的位置，用适当的力击打铸模。但就在我们的理论想法通过时，在实际运用中又出现了问题。“同时击打”只是理论，在实际中很难实现。经过反复的验证，这一缺点到成了我们设计中的一大优点。因为两套装置在实际中不能同时击打铸模，这样铸模上的受力得到了分散，更为重要的时在两套装置鲜红打击时，更容易使铝锭脱落，这样更有利于生产过程。图14四连杆击锤式脱模机构经过上面两种方案的研究和分析，我们最后认为方案二更有利于
