真空吸鑄結晶器真空度的自動控制

王貴斗

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島125000）

0 引言

真空吸鑄有鑄件組織致密、晶粒細化、無氣孔和砂眼缺陷、金屬消耗少、生產效率高等優點，在小型管狀、棒狀銅合金鑄件生產中得到廣泛應用。

真空吸鑄是借助真空系統裝置，在結晶器內造成負壓，吸入液體金屬生產鑄件的。鑄件的長度主要取決于結晶器內真空度與液體金屬的重度，即

式中L—鑄件長度，m；

Pv—真空度，Pa；

γ—液體金屬的重度，N/m3；

真空系統由抽真空裝置、測量儀表和真空調節閥等裝置組成，如圖1所示。

渤船重工機械工程公司用真空吸鑄工藝生產棒狀銅合金鑄件，使真空吸鑄機利用噴射管產生負壓，如圖2所示。吸鑄時依據真空表，通過手動操作調節閥控制結晶器內真空度來控制液體金屬上升的速度和高度。所使用的壓縮空氣由公司動力部門統一供給，生產過程中壓縮空氣壓力經常在0.3～0.5 MPa之間波動。使用手動操作調節閥控制結晶器真空度技術難度較大，經常出現結晶器內真空度過高的現象，導致液體金屬超過設計高度，被吸入導氣管，造成真空管道堵塞，嚴重影響正常生產。

圖1 真空系統示意圖

圖2 噴射管示意圖

為避免結晶器真空度隨壓縮空氣波動，應在真空系統安裝真空系統調壓裝置。自動力真空系統調壓裝置由膜檢測裝置和節流閥等構件組成，壓縮空氣經節流閥進入噴射管，通過調節節流閥的流量來控制系統負壓的高低。使用噴射管的真空吸鑄機，安裝自動力真空調壓裝置，精確地控制結晶器中液體金屬上升的高度，提高生產效率，改善產品質量。

1 自動力真空系統調壓裝置

自動力真空系統調壓裝置原理如圖3所示。該裝置主要由膜檢測裝置和節流閥等構件組成，適用于利用噴射管為抽真空裝置的真空系統自動調壓。

圖3 自動力真空系統調壓裝置示意圖

壓縮空氣經節流閥進入噴射管，通過噴射管產生負壓。負壓的高低取決于流入噴射管壓縮空氣的流量，通過調節節流閥，來控制系統負壓的高低。

調壓裝置的檢測膜一側與真空室相通，另一側與大氣相通。當檢測膜兩側存在壓差時，檢測膜上將產生指向真空室方向的拉力，拉力的大小與檢測膜兩側的壓差成正比，即

式中F—壓差在檢測膜上產生的力，N；

A—檢測膜面積，m2；

P—檢測膜兩側壓差，Pa；

控制桿與檢測膜相連，在檢測膜拉力與調壓彈簧合力的作用下，控制桿將產生位移，位移為：

式中S—控制桿位移，m；

F—壓差在檢測膜上產生的力，N；

F1—調壓彈簧預壓力，N；

K—彈簧的勁度系數，N/m；

位移的大小和作用在控制桿上檢測膜拉力與調壓彈簧力的合力成正比，即與作用在檢測膜兩側的壓差成正比。

控制桿通過傳動機構與節流閥芯桿相連，當真空室的真空度變化時，檢測膜兩側壓差發生變化，引起控制桿移動?？刂茥U通過傳動機構對閥部件實施控制，調節流入噴射管壓縮空氣的流量，實現真空系統真空度的自動控制。

通過調節調壓螺母，調節調壓彈簧的壓力，可以設定真空系統的真空度。

2 結晶器真空度的自動控制

真空吸鑄結晶器真空度自動控制原理如圖4所示。

圖4 結晶器真空度自動控制示意圖

在噴射管前端安裝自動力真空系統調壓裝置，使壓縮空氣經由調壓裝置的節流閥進入噴射管；用橡皮管將結晶器與調壓裝置的檢測部分連通。

調節調壓螺母，根據吸鑄液體金屬的重度及鑄件的長度等因素設定結晶器內真空度。

吸鑄生產過程中，剛打開壓縮空氣閥門時，系統的真空度低，經由節流閥進入噴射管的壓縮空氣流量大，系統的真空度迅速升高；伴隨系統真空度的升高，經由節流閥進入噴射管的壓縮空氣流量減少，系統的真空度升速減緩。真空度的這種變化特點，既有利于提高生產效率，又有利于避免液體金屬上升慣性過大，沖進導氣管，堵塞真空管道。在系統的真空度達到結晶器真空度設定值時，系統的真空度不再升高，真空度保持恒定不變。

當生產過程中壓縮空氣在0.3～0.5 MPa之間升高或降低時，調壓裝置自動調節進入噴射管的壓縮空氣流量，使系統的真空度保持不變。

3 結論

自動力真空系統調壓裝置樣機，已在渤船重工機械工程公司通過試驗。試驗證明，該裝置可以有效地控制結晶器中液體金屬的上升速度和高度。

利用噴射管為抽真空裝置的真空吸鑄機，安裝自動力真空調壓裝置后，能降低生產過程的操作難度，消除壓縮空氣壓力波動對生產的影響，顯著提高生產效率和產品質量。

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