CN217964725U - 钢轨平台式共振浇注装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种钢轨平台式共振浇注装置，包括共振平台，其包括由多条钢轨纵横交错构成长形的钢轨组焊件；铸型，其设置在钢轨组焊件上，铸型包括铸型外壳体以及设置在铸型外壳体内的砂芯，砂芯顶部开设有浇注口，砂芯内部形成有型腔；其中型腔所能容纳的液态金属重量≤钢轨组焊件重量与铸型重量之和的15％。本实用新型解决共振浇注过程中铸型固有频率变化大的问题，能够稳定地在铸型低频亚共振频率进行与地面垂直方向的一维共振振动，能获得最佳的共振浇注技术效果，振动噪声小，装夹劳动强度低，尤其适用于中型铸件的共振浇注应用。

Description

钢轨平台式共振浇注装置

技术领域

本实用新型涉及机械设备制造技术领域，尤其是一种还可以适用于中型铸件在浇注过程中实施共振振动的钢轨平台式共振浇注装置。

背景技术

铸件尤其是中型铸件(重量0.5-1吨铸件)存在机械性能不均匀、组织粗大、气孔、夹渣、缩孔和缩松等铸造缺陷是铸造行业普遍遇到的技术难题，由此所导致的废品损失巨大。在浇注过程中实施振动有助于解决这些问题，而且成本低和时间短，能创造巨大的效益，因此较多单位的工程技术人员进行了相关研究和实践，取得了一定成效。

专利CN102416440B公开了《干砂负压下的消失模铸型在高频微振场中浇注金属液的铸造方法》，其公开了一种采用频率为150～200Hz，振幅为0.3～0.8mm的振动台作为浇注平台，启动振动台经数秒钟达平稳振动状态即浇注金属液，铸件整体趋于凝固时即可停止振动并撤销负压，铸件自然冷却，铸件可提高致密度4～6％。

文献《振动浇注专用高频振动台》公开了其是由振动台、多台激振器、减震块、控制器和台架机脚构成，振动台的内表面安装多台激振器，其工作原理是控制器控制多台激振器在高频率下同步运行，驱使振动台产生与地面垂直的单向振动，从而驱动放置在振动台台面上的铸型也产生一维垂直振动，使浇注到铸型中的液态金属结晶凝固。高频振动浇注技术为解决消失模的铸造缺陷发挥了独特重要的作用，居于振动浇注领域国际领先水平。

然而高频振动浇注的振动台存在噪声大和铸型属于“晃动”振动的客观缺陷，限制了其应用。由于振动浇注过程激振器电机转速高达9000～12000转/分，振动台的振动噪声很大，为90～120分贝，高于国家噪声标准所规定的85分贝的要求，要被环保部门处罚，长期使用对于操作员及车间人员的身心健康也不利。由于振动台是通过多台激振器的激振力“强迫”振动，而且铸型是放置在共振台上，因此铸型实质上是一种“晃动”振动，直接作用于铸型内液态金属的振动力受到了限制，从而影响了振动浇注效果。

专利CN103286300B公开《一种振动水冷模铸方法》，其公开了将共振时效设备的激振器固定在开式水冷模铸机设备浇注底盘上，将拾振器固定在水冷模体上部，对水冷模进行低频亚共振振动浇注，钢锭浇铸过程的加速度值控制在2m/s²～20m/s²范围。这是业内技术人员将共振时效设备转用到振动浇注领域的尝试。

然而共振时效的对象是固态工件，其固有频率是一定的，即使在共振时效过程中应力的消除导致固有频率出现了变化，这个变化也是极微小的，因此共振时效设备始终能够在亚共振频率进行共振振动。但是共振浇注的时候，当液态金属浇注到铸型型腔的时候，铸型的固有频率因重量的增加必然产生很大的变化，而在液态金属逐渐结晶成为固态的时候，其刚性也产生了变化，因此铸型的固有频率必然还要产生很大的变化，而且固有频率范围区间很小，一般为±0.1HZ，超出这个区间就不能激起共振振动，这与高频振动浇注的振动台的“强迫”振动完全不同，这种振动台激振器在50～200HZ区间均能激起振动。

因此将共振时效设备转用于共振浇注的技术难点，在于铸型的固有频率是不断变化的，在浇注过程中难以稳定地对铸型进行亚共振振动。此外理论和实践已证明，铸型要产生一维垂直振动，才能获得较好的效果，而将激振器直接固定在开式水冷模铸机设备浇注底盘上，也难以达到一维垂直振动目的。显然前述的专利技术并没有提供解决共振浇注这些关键技术难点的技术方案。

由于在浇注过程中铸型的固有频率必然出现很大的变化，要将共振时效设备转用到振动浇注上应用的难度较大。

公开于以上背景技术部分的信息仅仅皆在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

针对上述现有缺陷，本实用新型目的在于提供一种钢轨平台式共振浇注装置，能解决共振浇注过程中铸型固有频率变化大的问题，能够稳定地在铸型低频亚共振频率进行与地面垂直方向的一维共振振动，能获得最佳的共振浇注技术效果，振动噪声小，装夹劳动强度低，尤其适用于中型铸件的共振浇注应用。

本实用新型的技术方案如下：

一种钢轨平台式共振浇注装置，包括共振控制仪、激振器、测振器；所述共振控制仪分别与激振器、测振器连接，其特点在于，还包括：共振平台，其包括由多条钢轨纵横交错构成长形的钢轨组焊件，多条所述钢轨之间围成沿共振平台长度方向多条相互平行的梯形长孔；钢轨组焊件底面支撑有橡胶垫，以使所述钢轨组焊件处于自由状态；所述激振器、测振器均固定在所述钢轨组焊件底部；铸型，其固定在所述钢轨组焊件上，所述铸型包括铸型外壳体以及设置在铸型外壳体内的砂芯，所述砂芯顶部开设有浇注口，砂芯内部设置有型腔；其中，所述型腔所能容纳的液态金属重量小于或等于钢轨组焊件重量与铸型重量之和的15％。

具体的，所述钢轨组焊件的钢轨规格≥30kg/m，其外形长宽高尺寸为：4000～6000mm×1500～2500mm×100～200mm。

具体的，所述橡胶垫支撑位置位于铸型两侧的所述钢轨组焊件的低频弯曲共振振型的共振节线上。

具体的，所述测振器通过磁座安装在位于铸型正底部的所述钢轨组焊件低频弯曲共振振型的中部共振波峰位置。

具体的，所述激振器通过螺栓安装在位于铸型一侧的所述钢轨组焊件低频弯曲共振振型的端部共振波峰位置。

具体的，沿钢轨组焊件的长度方向在铸型的两侧分别设置有液压缸装夹组件；所述液压缸装夹组件包括导柱，所述导柱底部设置有导柱法兰，所述导柱法兰通过T形螺栓穿过所述梯形长孔与底拉板连接固定在钢轨组焊件上，所述导柱开设有外螺纹，所述导柱上可转动套设有上压板，位于上压板的上下方的导柱上分别设置有用于夹紧上压板的定位螺母，上压板的一端上固定有液压缸，所述液压缸的输出端垂直穿出上压板底部并固定连接有下压板，所述下压板用于与铸型外壳体压紧配合。

具体的，所述下压板在两端端部底面还设置有用于对铸型外壳体边缘横向限位的下压板凸台。

具体的，所述液压缸的输出端设置有液压缸球形头，液压缸球形头穿装有压紧盖，所述下压板上设置有容纳液压缸球形头的半球形容腔，所述压紧盖设置为对半均分的半圆结构。

具体的，所述导柱的顶部还设置有吊环。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本方案共振平台采用钢轨组焊件，外形长宽高尺寸为：4000～6000mm×1500～2500mm×100～200mm，这种共振平台重量较重，刚性很强，铸型也较重，当铸型固定到共振平台上，就构成了一个较重的组合件，这种组合件的固有频率是一定的。试验表明，当浇注到铸型型腔的液态金属的重量不超过所述组合件的重量的15％的时候，由于液态金属的重量远小于所述组合件的重量，对所述组合件的固有频率影响很小，此外液态金属结晶固化所产生的刚性变化，也远小于所述组合件的刚性，对所述组合件的固有频率影响也很小，因此在浇注过程中，所述组合件的固有频率变化很微小，由此解决了铸型在共振浇注过程中固有频率变化大的问题，这样在浇注过程中，激振器定频振动，就能够稳定地在亚共振频率进行共振振动。

2.本方案共振平台采用钢轨组焊件，外形长宽高尺寸为：4000～6000mm×1500～2500mm×100～200mm，这种共振平台在低频共振峰恰巧出现一个弯曲共振振型，所产生的的恰巧是一种与地面垂直方向的一维振动，铸型固定在共振平台的长边中间位置，恰巧处于共振波峰位置，进而产生与地面垂直方向的一维振动。

3.本方案能够共振浇注小型铸件的同时，尤其能够适用于共振浇注中型铸件，其要点是浇注到铸型型腔的液态金属的重量不超过所述组合件的重量的15％，如果共振平台与铸型的总重量为6吨，则可以共振浇注最大重量为0.9吨的铸件。

4.本方案选择共振平台的低频弯曲共振峰进行共振振动，而低频共振峰本身的共振噪音就很小，由此解决了振动浇注噪声过大的问题。

5.本方案橡胶垫支撑位置在共振平台的低频弯曲共振节线上，不会减低共振平台的振动强度，测振器通过磁座安装在共振平台底面长边中间位置，所测量的振动加速度值是铸型的振动加速度值，也是共振平台中部共振波峰加速度值，激振器通过螺栓安装在共振平台端部边角位置，该位置为共振平台的共振波峰位置，能够以较小的激振力激起共振平台的最大程度的共振振动。

6.本方案采用了多种技术方案组合，将铸型固定在共振平台上进行稳定的亚共振振动，从而使铸型获得最大的交变动应力，而且这个动应力是直接传递到铸型型腔中的液态金属，增强了液态金属的流动性，提供了结晶动力，因此能够获得最佳的共振浇注技术效果。

7.本装置在中型柴油机气缸体上进行了共振浇注试验，取得了预料不到的技术效果。在定频共振浇注全过程中，铸型振动加速度值波动幅值≤1.5m/s²，共振噪声≤70分贝，与静态浇注的气缸体相比，共振浇注的抗拉强度的均匀性提高了67％，共振浇注没有出现砂芯垮塌的问题，气缸体解剖位置外观光滑致密，没有气孔、缩孔和宿松等铸造缺陷。

8.本方案采用液压缸装夹组件，可以快速地将铸型装夹固定到共振平台上，浇注结束后，又可以快速地松开下压板，将铸型转运走，从而提高了共振浇注生产效率。

9.本方案上压板能够在导柱上移动固定，导柱能够在共振平台的梯形长孔上移动固定，因此可以装夹不同高度和宽度尺寸的铸型，能够满足多种铸件的共振浇注生产需求。

10.本方案用液压缸代替了人工装夹，减轻了操作人员的劳动强度，而且能够保证装夹质量，进而能保证共振浇注质量效果。

11.本方案的导柱、上压板、下压板和底拉板等均设置为刚性强的尺寸结构，能够在液压装夹过程中不产生变形。液压缸缸头与下压板采用球形链接方式，可稳定可靠地压紧铸型，防止对液压缸产生非轴向的反作用力，提高液压缸使用寿命。激振器和测振器设置在共振平台底面位置，可防止铸型在装卸过程中对测振器和激振器的碰触损坏。下压板底面两端端部设置凸台，可防止因铸型压紧面不平整而出现共振松动的现象。

附图说明及附图标

附图说明

图1为本实用新型钢轨平台式共振浇注装置示意图。

图2为本实用新型钢轨平台式共振浇注装置剖面示意图。

图3为本实用新型共振平台示意图。

图4为本实用新型液压缸装夹组件的示意图。

图5为本实用新型液压缸装夹组件的剖视图。

图6为本实用新型导柱示意图。

图7为本实用新型上压板示意图。

图8为本实用新型液压缸示意图。

图9为本实用新型下压板示意图。

图10为本实用新型压紧盖示意图。

图11为本实用新型激振器示意图。

图12为本实用新型底拉板示意图。

图13为本实用新型低频弯曲共振振型示意图。

图中，1-共振平台，101-钢轨组焊件，102-梯形长孔，103-激振器固定螺孔，104-底拉板，2-液压缸装夹组件，201-导柱，202-导柱法兰，203-导柱法兰孔，204-T形螺栓，205-定位螺母，206-上压板，207-上压板导柱孔，208-上压板液压缸孔，209-吊环，210-液压缸，211-液压缸法兰，212-液压缸法兰孔，213-液压缸法兰连接螺栓，214-液压缸球形头，215-压紧盖，216-压紧盖螺栓，217-下压板，218-下压板压紧盖螺孔，219-下压板凸台，3-共振设备，301-激振器，302-橡胶垫，303-测振器，304-测振器导线，305-激振器导线，306-共振控制仪，4-铸型，401-铸型外壳体，402-砂芯，403-浇注口，404-型腔，5-低频弯曲共振振型，501-中部共振波峰，502-端部共振波峰，503-共振节线。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。在本实施例的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

本实施例对中型柴油机气缸体共振浇注处理，气缸体的重量约为0.6吨，为HT250材质，采用静态浇注所存在的主要问题是机械性能均匀性比较差，不同部位抗拉强度的最大差值有时候达到了45Mpa。

为此本实施例提供一种钢轨平台式共振浇注装置，如图1-2所示，主要包括共振平台1、共振设备3、以及铸型4等，其中共振设备3包括激振器301、橡胶垫302、测振器303、测振器导线304、激振器导线305、共振控制仪306。

参考图1所示，共振控制仪306通过测振器导线304，激振器导线305分别与激振器301、测振器303连接。其中测振器303用于测量共振平台1的振动加速度值，激振器301用于对共振平台1产生振动，共振控制仪306用于扫描搜寻共振平台1的低频弯曲共振频率。

参考图3所示，本实施例的共振平台1包括由多条钢轨纵横交错构成长形的钢轨组焊件101，多条钢轨之间围成沿共振平台1长度方向多条相互平行的梯形长孔102；激振器301、测振器303分别通过激振器固定螺孔103、磁座固定在钢轨组焊件101底部，可防止铸型在装卸过程中对测振器和激振器的碰触损坏。钢轨组焊件101底面支撑有橡胶垫302，以使钢轨组焊件101处于自由状态。

如图1、2所示，在钢轨组焊件101的中部位置固定有铸型4，铸型4包括铸型外壳体401以及设置在铸型外壳体401内的砂芯402，砂芯402顶部开设有浇注口403，砂芯402内部设置有型腔403。激振器301通过对共振平台1产生共振，进而驱动铸型4产生振动。

本实施例中，中型柴油机气缸体铸型4的重量约为4吨，气缸体重量约为0.6吨，钢轨组焊件101其外形尺寸为：长4500mm，宽2000mm，高152mm，钢轨规格为每米重量50kg，重量约为2吨。铸型4与共振平台1总重量约为6吨，铁水的重量约为铸型4与共振平台1组合件重量的10％。

使用本装置对气缸体进行共振浇注处理时，首先在共振浇注前启动共振控制仪306，通过扫描搜寻到共振平台1与铸型4连接之后的低频弯曲共振频率，并自动选择其共振峰峰值的2/3所对应的亚共振频率，亚共振振动的振动加速度值控制为20m/s²，然后将铁水浇注到浇注口406中，约15分钟共振浇注完成，自然冷却到室温后直至完全凝固。通过本实施例发现，在定频共振浇注全过程中，振动加速度值波动幅值并不大，小于1.5m/s²，可见共振浇注全过程能够稳定地进行亚共振振动。噪声检测约为70分贝，符合相关噪声国家标准要求。

对共振浇注的气缸体解剖检测，包括全部尺寸、外观和抗拉强度检测，所有尺寸均符合图设计纸要求，说明共振浇注并没有出现砂芯垮塌的问题，解剖位置外观光滑致密，没有气孔、缩孔、宿松等缺陷，抗拉强度检测结果表明，最低抗拉强度大于250Mpa，不同部位抗拉强度的最大差值为15Mpa，即抗拉强度的均匀性与静态浇注相比提高了67％，较好地解决了气缸体机械性能不均匀的技术问题，达到本实施例的目的。

作为本实施例的优选技术方案，参考图1、2、13所示，橡胶垫302支撑位置位于铸型4两侧的钢轨组焊件101的低频弯曲共振振型5的共振节线503上。测振器303通过磁座安装在位于铸型4正底部的钢轨组焊件101低频弯曲共振振型5的中部共振波峰501位置。激振器301通过螺栓安装在位于铸型4一侧的钢轨组焊件101低频弯曲共振振型5的端部共振波峰502位置。本方案橡胶垫302支撑位置在共振平台1的低频弯曲共振节线503上，不会减低共振平台1的振动强度，测振器303通过磁座安装在共振平台1底面长边中间位置，所测量的振动加速度值是铸型4的振动加速度值，激振器301通过螺栓安装在共振平台1端部边角位置，该位置为共振平台1的共振波峰位置，能够以较小的激振力激起平台的最大程度的共振振动，从而获得理想的共振浇注技术效果。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上提供一种用于将铸型4固定在共振平台1的液压缸装夹组件2的结构，具体如图4-12所示，液压缸装夹组件2包括导柱201，导柱201底部设置有导柱法兰202，导柱法兰202通过T形螺栓204穿过所述梯形长孔102与底拉板104连接固定在钢轨组焊件101上，导柱201开设有外螺纹，导柱201上可转动套设有上压板206，位于上压板206的上下方的导柱201上分别设置有用于夹紧上压板206的定位螺母205，上压板206的一端上固定有液压缸210，液压缸210的输出端垂直穿出上压板206底部并固定连接有下压板217，下压板217用于与铸型外壳体401压紧配合。

本方案沿钢轨组焊件101的长度方向在铸型4的两侧分别设置液压缸装夹组件2，可以快速地将铸型4装夹固定到共振平台1上，浇注结束后，又可以快速地松开下压板217，将铸型4转运走，从而提高了共振浇注生产效率。本方案上压板206能够在导柱201上移动固定，导柱能够在共振平台的梯形长孔102上移动固定，因此可以装夹不同高度和宽度尺寸的铸型4，能够满足多种铸件的共振浇注生产需求，减轻了操作人员的劳动强度，而且能够保证装夹质量，进而能保证共振浇注质量效果。本方案的导柱201、上压板206、下压板217和底拉板104等均设置为刚性强的尺寸结构，能够在液压装夹过程中不产生变形。

作为本实施例优选技术方案，下压板217在两端端部底面还设置有用于对铸型外壳体401边缘横向限位的下压板凸台219。下压板217底面两端端部设置凸台能够刚性地将铸型固定在共振平台1上并横向限位，防止因铸型4压紧面不平整而出现共振松动的现象，有助于保证共振浇注效果。

作为本实施例优选技术方案，液压缸210的输出端设置有液压缸球形头214，液压缸球形头214穿装有压紧盖215，下压板217上设置有容纳液压缸球形头214的半球形容腔，压紧盖215设置为对半均分的半圆结构。液压缸缸头与下压板采用球形链接方式，可稳定可靠地压紧铸型4，防止对液压缸210产生非轴向的反作用力，提高液压缸210使用寿命。

在一些实施例中，导柱201的顶部还设置有吊环209，便于整体吊装液压缸装夹组件2。

虽然，上文中已经用具体实施方式，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种钢轨平台式共振浇注装置，包括：

共振控制仪(306)、激振器(301)、测振器(303)；所述共振控制仪(306)分别与激振器(301)、测振器(303)连接，其特征在于，还包括：

共振平台(1)，其包括由多条钢轨纵横交错构成长形的钢轨组焊件(101)，多条所述钢轨之间围成沿共振平台(1)长度方向多条相互平行的梯形长孔(102)；钢轨组焊件(101)底面支撑有橡胶垫(302)，以使所述钢轨组焊件(101)处于自由状态；所述激振器(301)、测振器(303)均固定在所述钢轨组焊件(101)底部；

铸型(4)，其固定在所述钢轨组焊件(101)上，所述铸型(4)包括铸型外壳体(401)以及设置在铸型外壳体(401)内的砂芯(402)，所述砂芯(402)顶部开设有浇注口(403)，砂芯(402)内部设置有型腔(404)；

其中，所述型腔(404)所能容纳的液态金属重量小于或等于钢轨组焊件(101)重量与铸型(4)重量之和的15％。

2.根据权利要求1所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述钢轨组焊件(101)的钢轨规格≥30kg/m，其外形长宽高尺寸为：4000～6000mm×1500～2500mm×100～200mm。

3.根据权利要求1所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述橡胶垫(302)支撑位置位于铸型(4)两侧的所述钢轨组焊件(101)的低频弯曲共振振型(5)的共振节线(503)上。

4.根据权利要求1所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述测振器(303)通过磁座安装在位于铸型(4)正底部的所述钢轨组焊件(101)低频弯曲共振振型(5)的中部共振波峰(501)位置。

5.根据权利要求1所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述激振器(301)通过螺栓安装在位于铸型(4)一侧的所述钢轨组焊件(101)低频弯曲共振振型(5)的端部共振波峰(502)位置。

6.根据权利要求1所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：沿钢轨组焊件(101)的长度方向在铸型(4)的两侧分别设置有液压缸装夹组件(2)；所述液压缸装夹组件(2)包括导柱(201)，所述导柱(201)底部设置有导柱法兰(202)，所述导柱法兰(202)通过T形螺栓(204)穿过所述梯形长孔(102)与底拉板(104)连接固定在钢轨组焊件(101)上，所述导柱(201)开设有外螺纹，所述导柱(201)上可转动套设有上压板(206)，位于上压板(206)的上下方的导柱(201)上分别设置有用于夹紧上压板(206)的定位螺母(205)，上压板(206)的一端上固定有液压缸(210)，所述液压缸(210)的输出端垂直穿出上压板(206)底部并固定连接有下压板(217)，所述下压板(217)用于与铸型外壳体(401)压紧配合。

7.根据权利要求6所述的一种钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述下压板(217)在两端端部底面还设置有用于对铸型外壳体(401)边缘横向限位的下压板凸台(219)。

8.根据权利要求6所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述液压缸(210)的输出端设置有液压缸球形头(214)，液压缸球形头(214)穿装有压紧盖(215)，所述下压板(217)上设置有容纳液压缸球形头(214)的半球形容腔，所述压紧盖(215)设置为对半均分的半圆结构。

9.根据权利要求6所述的钢轨平台式共振浇注装置，其特征在于：所述导柱(201)的顶部还设置有吊环(209)。

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