焦建波

(邢臺軋輥異型輥有限公司,河北邢臺 054000)

離心鑄造是一種特殊鑄造工藝，是將液體金屬注入高速旋轉(zhuǎn)的模具內(nèi)，使金屬液體在離心力的作用下充滿模具并形成鑄件的技術(shù)和方法。可以根據(jù)工藝要求獲取單金屬、雙金屬、多金屬材質(zhì)鑄件。離心鑄造有助于將液體金屬中氣體和夾雜物進行有效排除，從而改善鑄件的機械性能和物理性能，在冶金、礦山、國防、航空等行業(yè)普遍應用。

根據(jù)模具旋轉(zhuǎn)軸線的空間位置，常見的離心鑄造主要為臥式離心鑄造和立式離心鑄造。在冶金鑄造企業(yè)中離心鑄造應用最為廣泛，主要生產(chǎn)大型離心軋輥、離心輥環(huán)、離心復合輥套類產(chǎn)品。本文著重介紹立式離心鑄造機在使用過程中振動產(chǎn)生的原因及處理方法。

1 立式離心鑄造機在使用中出現(xiàn)的問題

立式離心鑄造機是冶金鑄造企業(yè)的主要生產(chǎn)設備，用于許多復合金屬產(chǎn)品的離心澆注生產(chǎn)，如復合金屬離心軋輥、復合金屬離心輥環(huán)、復合金屬離心輥套等類產(chǎn)品的生產(chǎn)。離心機的工作轉(zhuǎn)速在200～600 r/min 之間，連續(xù)運行時間4～6 h，設備承載在20～50 t 之間。

在實際生產(chǎn)過程中，離心機運行時常常會出現(xiàn)振動。尤其在鋼液凝固后期，離心機振動會明顯增大，嚴重時造成離心機劇烈晃動、地腳螺栓松動、油管脫落、密封件損壞、軸承磨損失效并影響周邊設備正常運行等，對設備本身和周圍環(huán)境造成較大的破壞。

2 立式離心鑄造機振動原因分析

立式離心鑄造機的結(jié)構(gòu)及工作原理。鑄造機的離心模具通過卡具固定在工作盤上，主軸通過軸承固定在機座內(nèi)，上部連接工作盤，下部連接皮帶輪，通過皮帶傳動使離心機旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中向離心模具中注入金屬液體，在離心力的作用下逐漸凝固形成所需的鑄件。圖1 為立式離心機結(jié)構(gòu)示意圖。

根據(jù)離心機的結(jié)構(gòu)設計及工作原理，引起離心機振動的因素主要有離心機的結(jié)構(gòu)、設備的剛性、旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)件的質(zhì)量偏心距。

合理的設備結(jié)構(gòu)及設備剛性是保證設備運行穩(wěn)定的關(guān)鍵，這些主要由設備設計制造單位按照生產(chǎn)工藝要求完成設備的設計與制造安裝，保證設備具有合理的結(jié)構(gòu)和剛性，從而保證設備運行的穩(wěn)定。使用單位主要考慮離心機在使用過程中旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)件的質(zhì)量偏心距對離心機運行穩(wěn)定性的影響。由偏心力的公式F=m×e×ω2可知，旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量、偏心距、轉(zhuǎn)速是在生產(chǎn)過程中影響離心機振動的主要因素。偏心力的大小和旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量、偏心距、轉(zhuǎn)速的平方成正比。由于離心機載荷和轉(zhuǎn)速是生產(chǎn)工藝的必要條件，在生產(chǎn)過程中一般不作調(diào)整。因此控制載荷的偏心距是減輕振動的主要措施，其偏心距越小，偏心力越小，振動就越小。

影響離心機載荷偏心的因素：①工作盤制造精度引起的質(zhì)量偏心;②主軸軸承徑向游隙引起的質(zhì)量偏心;③離心模具與工作盤安裝引起的質(zhì)量偏心;④離心模具制造精度引起的質(zhì)量偏心;⑤液態(tài)金屬凝固收縮引起的質(zhì)量偏心。

圖1 立式離心機結(jié)構(gòu)示意圖

3 解決離心機振動的處理措施

根據(jù)離心機振動原因的分析，在離心機結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)上，采取一定的措施，可起到減輕離心機振動的效果。①在結(jié)構(gòu)設計上，在離心機的縱向和水平方向設計安裝減振裝置，用于吸收和緩沖振動，降低對設備的損害；②在生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)上，針對離心機在生產(chǎn)過程中引起振動的因素，重點控制離心機在生產(chǎn)過程中載荷偏心因素。

對工作盤制造精度與主軸軸承徑向游隙引起的質(zhì)量偏心在設計制造過程中應加以控制，消除其不良影響。在生產(chǎn)過程中主要控制離心模具與工作盤安裝引起的質(zhì)量偏心；控制離心模具制造精度；控制液態(tài)金屬凝固收縮引起的質(zhì)量偏心。

控制離心模具與工作盤安裝引起的質(zhì)量偏心，重點是控制離心模具安裝精度。離心模具徑向跳動控制在0.5 mm 以內(nèi)，可明顯減輕離心機振動。控制離心模具制造精度，主要要求模具鑄造組織致密，內(nèi)部無疏松、氣孔等缺陷，模具的內(nèi)外孔同軸度小于0.10 mm，同時在使用過程中檢測模具的圓度是否發(fā)生熱變形，并及時加工修整，保證離心模具的尺寸精度。

控制液態(tài)金屬凝固收縮引起的質(zhì)量偏心，由于大型離心機生產(chǎn)的產(chǎn)品直徑均在?1 000～ ?3 000范圍，重量在5～15 t 之間，其凝固過程中鑄件徑向收縮量很大，造成的質(zhì)量偏心多在幾毫米以上，引起的偏心力成倍增加。因此，液態(tài)金屬凝固收縮引起的質(zhì)量偏心是離心機在生產(chǎn)過程中，尤其在金屬液體凝固后期引起振動的主要原因。而液態(tài)金屬在凝固過程中體積收縮不可避免，因此，在液態(tài)金屬注入離心模具一定時間后，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，適當降低離心機轉(zhuǎn)速，抵消凝固收縮造成的偏心力，可減輕離心機的振動。

通過上述在離心機結(jié)構(gòu)設計上進行改進與優(yōu)化、主要備件加工質(zhì)量控制、軸承選型以及生產(chǎn)過程中工序質(zhì)量的控制，立式離心機在生產(chǎn)過程中的振動明顯減輕，由振動引起的設備故障明顯減少。

我公司的?4 000 mm 立式離心機，主要用于生產(chǎn)大型離心輥套、輥環(huán)，最大產(chǎn)品直徑為?3 500 mm、設備載荷達到70 t。該設備在結(jié)構(gòu)設計、設備制造以及生產(chǎn)工序質(zhì)量的控制中，綜合應用了上述成果，達到了該離心機設計的預期目標，設備運行平穩(wěn)、可靠。

4 結(jié)束語

在立式離心鑄造機的設計與使用管理上，經(jīng)過多年致力于離心機振動的研究，不斷對離心機結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝進行總結(jié)與改進，尤其對大型離心機運行過程中振動的解決取得了較好的效果。如在結(jié)構(gòu)設計上通過提高離心機機座剛度、增加離心機減振裝置，合理選擇主軸軸承等提高離心機的抗振性；在生產(chǎn)過程中加強對模具質(zhì)量的控制、模具安裝精度的控制、以及針對液態(tài)金屬凝固收縮引起的質(zhì)量偏心，采取的溫控降速的方法，均對降低離心機振動取得了良好的效果。

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