CN115178730A - 一种铜合金中频炉定量浇注装置及方法 - Google Patents

一种铜合金中频炉定量浇注装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铜合金中频炉定量浇注装置及方法，属于中频炉定量浇注技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种铜合金中频炉定量浇注方法的改进；包括如下步骤：测绘不同坩埚截面形状，拟合出不同坩埚在使用时中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系；将铜合金放入中频炉中进行熔炼至设定温度；检测坩埚内液面高度，计算出坩埚内剩余铜液质量；设定浇注速度浇注质量，工控机接收到设定速度后，结合坩埚内剩余铜液，计算出炉体倾转角度‑速度关系及液压泵变频器的时间‑频率‑炉体倾角关系；接收到开始浇注命令后，工控机控制液压泵以变频器时间‑频率关系运行，根据炉体倾角实时修正变频器运行速率完成定量浇注；本发明应用于中频炉定量浇注。

Description

一种铜合金中频炉定量浇注装置及方法
技术领域
本发明提供了一种铜合金中频炉定量浇注装置及方法，属于铜合金熔炼技术领域。
背景技术
目前对于铜合金中小件铸件来说没有合适的自动浇注机。铜合金浇注大多采用中频炉浇注的方式，通过步进电机来倾转炉体进行浇注。但对于中小件来说，中频炉倾转浇注时中频炉与浇口不易对正，而且铜合金液流速不可控，铜液容易溢出，一方面易造成铜液的过度浪费，另一方面容易对人造成伤害；中频炉不倾转浇注时，需要人工采用舀勺进行浇注，无法完成连续浇注，不能保证铸件的质量一致性。因此现有技术无法实现中小件的自动化生产且容易造成材料浪费。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种铜合金中频炉定量浇注装置硬件结构的改进。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种铜合金中频炉定量浇注装置，包括中频炉，还包括工控机、变频器和液压站，其中工控机通过导线连接变频器后与液压泵站的控制端相连，所述液压泵站通过管道与中频炉的浇注口相连接，所述中频炉上安装有升降直线模组，所述升降直线模组上安装有测量坩埚内铜液液面高度的传感器组件，所述中频炉的倾转中心处安装有实时测量炉体倾角的绝对值编码器；
所述工控机内部安装有用于定量浇注的计算机程序，使用传感器组件和升降直线模组得出铜液液面高度，计算出坩埚内铜液质量，工控机根据实时测量的炉体倾角，不断修正变频器运行速率，进而控制液压站流量，实现定量浇注。
所述传感器组件包括探头、控制端头，所述探头对准坩埚内铜液设置，所述探头发射超声波，所述控制端头上设置有显示屏。
一种铜合金中频炉定量浇注方法，采用铜合金中频炉定量浇注装置，包括如下步骤：
S1：测绘不同坩埚截面形状，拟合出不同坩埚在使用时中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系；
S2：将铜合金放入中频炉中进行熔炼至1150℃~1250℃温度；
S3：将传感器组件装在升降直线模组上，在升降直线模组的带动下向下移动，通过传感器组件发射的超声波检测坩埚内液面高度，计算出坩埚内剩余铜液质量；
S4：设定浇注速度，浇注质量，工控机接收到设定速度后，结合坩埚内剩余铜液，计算出炉体倾转角度-速度关系；
S5：根据炉体倾转角度-速度关系，计算出液压泵变频器的时间-频率-炉体倾角关系；
S6：接收到开始浇注命令后，工控机控制液压泵以变频器时间-频率关系运行，并实时检测炉体倾角，修正变频器运行速率，根据设定浇注速度及浇注质量来浇注。
所述炉体倾角通过安装在中频炉倾转中心处的绝对值编码器实时测量，测量的炉体倾角为0-95°，并反馈给工控机。
通过所述炉体倾转角度-速度关系，确定倾转的浇注临界角度。
所述炉体倾转角度-速度关系主要包括：炉体快速倾转到浇注临界角度；起始加速浇注速度阶段；匀速浇注阶段；减速结束浇注阶段；炉体快速回正阶段。
所述步骤S1中中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系为：
Figure 848851DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 2621DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S4中炉体倾转角度-速度关系为：
Figure 102164DEST_PATH_IMAGE003
；
上式中：H为剩余铜液液面高度，H0为初始铜液液面高度，M为剩余铜液质量，M0为初始铜液质量，α为炉体倾转角度，V为浇注速度，β为常数，g为重力加速度。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供了一种铜合金中频炉定量浇注方法，浇注时不需要人工操作，节省人力，实现铜合金液连续浇注，避免铜合金液浇注温度降低影响铸件性能，而且更安全。具体的，本发明具有以下优点。
1.通过水力学模拟建立中频炉浇注倾转角度与浇注速度的关系模型，确定了中频炉倾转的浇注临界角度。
2.采用电液变频控制液压泵流量，进而控制中频炉倾转角度，实现中频炉定量浇注，能实现10-100kg的工件浇注，避免材料的过度浪费。
3.本方法可以实现铜合金铸件中频炉熔炼自动浇注，不需要人工操作，节省人力并且更安全。
4.本方法可以实现中频炉定量浇注铜合金液温降误差不超过20℃，定量浇注精度为±2%。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明传感器组件的结构示意图；
图中：1为工控机、2为变频器、3为液压站、4为中频炉、5为绝对值编码器、6为升降直线模组、7为传感器组件、8为探头、9为待测液面。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明一种铜合金中频炉定量浇注的方法，包括以下步骤：
a)测绘坩埚截面形状，拟合出中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系，以便于后续根据坩埚内液面高度来计算坩埚内剩余铜液质量。中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系为：
Figure 318382DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 856679DEST_PATH_IMAGE002
；
上式中：H为剩余铜液液面高度，H0为初始铜液液面高度，M为剩余铜液质量，M0为初始铜液质量，α为炉体倾转角度，V为浇注速度，β为常数，g为重力加速度。
b)使用中频炉熔炼定量铜合金至1150~1250℃。
c)将传感器组件7装在升降直线模组6上，通过升降直线模组6带动传感器组件7向下移动，传感器组件7的结构如图2所示，主要用于测定液面高度，安装在升降直线模组上，由超声波射级发射超声波，碰到障碍物时，反射回波，计算超声波往返时间t，根据公式s=ct/2计算超声波发射极与障碍物之间的距离，即传感器组件与坩埚内铜液的距离，从而计算出坩埚内剩余铜液质量。
d)设定浇注速度0.5-5kg/s，浇注质量10-100kg，工控机1接收到设定速度后，结合坩埚内剩余铜液，计算出炉体倾转角度-速度曲线，表达式为
Figure 740322DEST_PATH_IMAGE003
；曲线主要包含a.炉体快速倾转到浇注临界角度；b.起始加速浇注速度阶段；c.匀速浇注阶段；d.减速结束浇注阶段；e.炉体快速回正阶段。
e)根据炉体倾转角度-速度曲线，计算出液压泵变频器的时间-频率-炉体倾角曲线。
f)接收到开始浇注命令后，工控机1控制液压泵以变频器时间-频率曲线运行，并实时检测炉体倾角，修正变频器运行速率，实现根据设定浇注速度及浇注质量来浇注。
优选的，在中频炉倾转中心处安装绝对值编码器5，实时测量炉体倾角0-95°，反馈给工控机1处理。
更优的，建立炉体倾转角度-速度曲线，确定倾转的浇注临界角度。
优选的，采用电液变频控制液压泵流量，进而控制中频炉倾转角度，实现中频炉定量浇注。
下面根据具体实施例对本发明的方法进行进一步说明。
实施例1
1.将铜合金放入中频炉4中进行熔炼，熔炼温度为1150℃；
2.待铜合金熔化为溶液且温度为1150℃；
3.使用传感器组件7和升降直线模组6得出铜液液面高度，计算出坩埚内铜液质量；
4.设定浇注速度为0.6kg/s，浇注质量为21kg，开始进行浇注；
5.测得温降误差为16℃，定量浇注精度为-1.4%。
本实施例中涉及的铜合金中频炉定量浇注装置如图1所示，包括工控机1、变频器2、液压站3和中频炉4。在中频炉4上安装升降直线模组6，并在升降直线模组6上安装传感器组件7，以此来获得铜液液面高度，进而计算出铜液质量。其中升降直线模组6具体采用SLK系列直线电机模组。
并在中频炉4倾转中心处安装绝对值编码器5，实时测量炉体倾角，反馈给工控机1处理。工控机1根据实时测量的炉体倾角，不断修正变频器2的运行速率，进而控制液压站3流量，实现定量浇注。
实施例2
1.将铜合金放入中频炉4中进行熔炼，熔炼温度为1200℃；
2.待铜合金熔化为溶液且温度为1200℃；
3.使用传感器组件7和升降直线模组6得出铜液液面高度，计算出坩埚内铜液质量；
4.设定浇注速度为2kg/s，浇注质量为70kg，开始进行浇注；
5.测得温降误差为9℃，定量浇注精度为+1.9%。
实施例2中所涉及的设备与实施例1的相同。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种铜合金中频炉定量浇注装置，包括中频炉，其特征在于：还包括工控机、变频器和液压站，其中工控机通过导线连接变频器后与液压泵站的控制端相连，所述液压泵站通过管道与中频炉的浇注口相连接，所述中频炉上安装有升降直线模组，所述升降直线模组上安装有测量坩埚内铜液液面高度的传感器组件，所述中频炉的倾转中心处安装有实时测量炉体倾角的绝对值编码器；
所述工控机内部安装有用于定量浇注的计算机程序，使用传感器组件和升降直线模组得出铜液液面高度，计算出坩埚内铜液质量，工控机根据实时测量的炉体倾角，不断修正变频器运行速率，进而控制液压站流量，实现定量浇注。
2.根据权利要求1所述的一种铜合金中频炉定量浇注装置，其特征在于：所述传感器组件包括探头、控制端头，所述探头对准坩埚内铜液设置，所述探头发射超声波，所述控制端头上设置有显示屏。
3.一种铜合金中频炉定量浇注方法，采用如权利要求1-2任一项所述的铜合金中频炉定量浇注装置，其特征在于：包括如下步骤：
S1：测绘不同坩埚截面形状，拟合出不同坩埚在使用时中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系；
S2：将铜合金放入中频炉中进行熔炼至1150℃~1250℃温度；
S3：将传感器组件装在升降直线模组上，在升降直线模组的带动下向下移动，通过传感器组件发射的超声波检测坩埚内液面高度，计算出坩埚内剩余铜液质量；
S4：设定浇注速度，浇注质量，工控机接收到设定速度后，结合坩埚内剩余铜液，计算出炉体倾转角度-速度关系；
S5：根据炉体倾转角度-速度关系，计算出液压泵变频器的时间-频率-炉体倾角关系；
S6：接收到开始浇注命令后，工控机控制液压泵以变频器时间-频率关系运行，并实时检测炉体倾角，修正变频器运行速率，根据设定浇注速度及浇注质量来浇注。
4.根据权利要求3所述的一种铜合金中频炉定量浇注方法，其特征在于：所述炉体倾角通过安装在中频炉倾转中心处的绝对值编码器实时测量，测量的炉体倾角为0-95°，并反馈给工控机。
5.根据权利要求3所述的一种铜合金中频炉定量浇注方法，其特征在于：通过所述炉体倾转角度-速度关系，确定倾转的浇注临界角度。
6.根据权利要求3所述的一种铜合金中频炉定量浇注方法，其特征在于：所述炉体倾转角度-速度关系主要包括：炉体快速倾转到浇注临界角度；起始加速浇注速度阶段；匀速浇注阶段；减速结束浇注阶段；炉体快速回正阶段。
7.根据权利要求3所述的一种铜合金中频炉定量浇注方法，其特征在于：所述步骤S1中中频炉液面高度和剩余铜液质量的函数关系为：
Figure 326642DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 922751DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S4中炉体倾转角度-速度关系为：
Figure 837486DEST_PATH_IMAGE003
；
上式中：H为剩余铜液液面高度，H0为初始铜液液面高度，M为剩余铜液质量，M0为初始铜液质量，α为炉体倾转角度，V为浇注速度，β为常数，g为重力加速度。
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