煤礦機(jī)械設(shè)備實(shí)型鑄造用消失模的研究

王 鑫

（汾西礦務(wù)局南關(guān)綜合開發(fā)公司工貿(mào)公司， 山西 晉中 031304）

引言

隨著鑄造技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)型鑄造技術(shù)大量被應(yīng)用到煤礦機(jī)械設(shè)備中，尤其隨著消失模技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，用消失模實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械設(shè)備的實(shí)型鑄造，既高效又安全。雖然國(guó)外的消失模應(yīng)用系統(tǒng)很成熟，智能化程度高，但是和目前我國(guó)實(shí)際煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀有很大的差異，我們并不能直接使用國(guó)外的消失模技術(shù)，所以研制一套針對(duì)我國(guó)煤礦的生產(chǎn)現(xiàn)狀的煤礦機(jī)械設(shè)備迫在眉睫[1-3]。

1 消失模的應(yīng)用概述

從機(jī)械振動(dòng)對(duì)鋁（鎂）合金消失模鑄造組織性能的影響可發(fā)現(xiàn)，機(jī)械震動(dòng)不僅可以使消失模鑄件的晶粒細(xì)化，還可以提高金屬液的充型性能。消失模鑄造振動(dòng)凝固是需要鋁（鎂）合金消失模鑄造、充型、凝固等的綜合應(yīng)用。如果將機(jī)械震動(dòng)凝固應(yīng)用于消失模的工業(yè)化生產(chǎn)中，會(huì)有十分廣闊的前景。消失模鑄造是一個(gè)系統(tǒng)工程，理論上可以用于生產(chǎn)各種鑄件，并且在實(shí)驗(yàn)室取得了廣泛的成功。其中，泡沫珠粒射料充填過程的DEM模型需要離散方法、硬球模型等，而充填過程離不開數(shù)學(xué)模型及其算法的應(yīng)用，此外，射料充填過程的數(shù)值模擬還可在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件上進(jìn)行應(yīng)用。

2 消失模的特點(diǎn)

消失模是一種專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)出的可以采用無(wú)黏結(jié)劑干砂結(jié)合抽真空技術(shù)的實(shí)型鑄造。它可以通過使用無(wú)黏結(jié)劑干砂結(jié)合抽真空技術(shù)來(lái)完成不同的機(jī)械或生產(chǎn)過程。消失模的設(shè)計(jì)主要是為了把實(shí)型鑄造的完備、靈活、通用和煤礦機(jī)械設(shè)備的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，做出一個(gè)全新的工業(yè)鑄造設(shè)備。消失模的鑄造主要依靠存儲(chǔ)在實(shí)型鑄造的程序來(lái)加以實(shí)現(xiàn)的。所以如果需要改變煤礦機(jī)械設(shè)備，只需要改變軟件的指令就得以實(shí)現(xiàn)。所以消失模應(yīng)具備以下特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力比較強(qiáng)，能在高能、高濕下穩(wěn)定工作；功能強(qiáng)大，適用性強(qiáng)。

3 消失模的選型

目前，消失模的應(yīng)用選擇范圍很廣，其中顆粒增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料的消失模液鍛制備應(yīng)用是非常突出的，鋼基體與顆粒增強(qiáng)是可以進(jìn)行匹配選擇的，其制備工藝包含了粉末冶金法、攪拌熔鑄法、熔體浸滲法、噴射沉積法、高溫自蔓延反應(yīng)合成法。除此之外，顆粒增強(qiáng)相分布、顆粒增強(qiáng)相彌散分布、顆粒增強(qiáng)相與鋼基體的界面等都會(huì)被應(yīng)用。關(guān)于消失模液鍛工藝原理及制備實(shí)驗(yàn)，需要完成以下步驟：消失模液鍛工藝，附帶增強(qiáng)顆粒泡沫載體，消失模液鍛成形，消失模液鍛制備TiC/ZG55SiMn復(fù)合材料等[4]。

在型殼選型制備方面，應(yīng)根據(jù)光整、薄壁型殼制備材料分布進(jìn)行選擇，高質(zhì)量泡沫模、復(fù)合型殼、硅溶膠型殼等都是影響鑄件表面質(zhì)量的主要模塊。實(shí)際上，工藝制備過程可用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行，首先按照消失模鑄造充型機(jī)理進(jìn)行思路確定，再根據(jù)消失模充型對(duì)泡沫模樣、真空度、澆注溫度、涂層等進(jìn)行控制。

煤礦機(jī)械設(shè)備可由消失模來(lái)完成。在選擇模型的時(shí)候，一般要注意以下問題：必須要能夠達(dá)到鑄造要求，必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；要有較高的性價(jià)比；鑄造數(shù)值要留余量，大概是15%～30%。

4 消失模在機(jī)械設(shè)備實(shí)型鑄造中的應(yīng)用

隨著礦井開采集約化的發(fā)展，相應(yīng)開采設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性也必須時(shí)刻與之匹配。于是煤礦的安全問題和煤礦能否高效的開采，開采集約化也成為重要話題。目前主要由人員操作的煤礦機(jī)械設(shè)備，存在著很多諸如維護(hù)昂貴、維護(hù)水平低、高耗低效、操作繁瑣、運(yùn)行不可靠等問題。采用實(shí)型鑄造在現(xiàn)階段已經(jīng)漸漸的取代傳統(tǒng)的繼電器設(shè)備。在日常開采生活中消失模的應(yīng)用非常廣泛但是在運(yùn)行環(huán)境惡劣的煤礦，消失模的應(yīng)用比較少且有著很多客觀因素的限制。所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多煤礦仍然使用繼電器等煤礦機(jī)械設(shè)備，煤礦位置的監(jiān)測(cè)與機(jī)械設(shè)備的開停也都依靠相關(guān)工作人員的手動(dòng)設(shè)備，然而這種煤礦機(jī)械設(shè)備存在著非常多的缺點(diǎn)[5-7]。

因此，以消失模為設(shè)備核心的煤礦機(jī)械設(shè)備，擁有手動(dòng)與實(shí)型鑄造兩種方式。它可以通過收集煤礦位置、真空度等連續(xù)信號(hào)，從而分辨出是否需要操控繼電器的啟?；蛘哌M(jìn)行其他操作。根據(jù)不同功能要求，選擇一定數(shù)量和不同類型的傳感器，準(zhǔn)確進(jìn)行煤礦位置監(jiān)測(cè)，根據(jù)“避峰就谷”原則設(shè)計(jì)出機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)流程圖，并且使用消失模語(yǔ)言編寫設(shè)備機(jī)械設(shè)備的程序。

以鑄鋼閥體為例，其數(shù)學(xué)模型需依據(jù)充型過程數(shù)值模擬、自由表面的流動(dòng)及型壁邊界、自由表面換熱邊界、壓力邊界、氣隙壓力方程等進(jìn)行構(gòu)造。而ProCAST是消失模應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵軟件。鑄造應(yīng)用過程如下：第一，采用原工藝方案進(jìn)行數(shù)值模擬，挑選閥體件進(jìn)行鑄造，并在原工藝模擬前對(duì)有限元網(wǎng)格的劃分及相關(guān)參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行處理。在完成了基本步驟后，分別進(jìn)行充型過程數(shù)值模擬、凝固過程數(shù)值模擬、原工藝方案縮孔縮松數(shù)值模擬等。第二，根據(jù)消失模對(duì)鑄鋼閥體件工藝方案的優(yōu)化，確定改進(jìn)思路，澆注系統(tǒng)根據(jù)澆口位置及澆道尺寸進(jìn)行確定，最后進(jìn)行充型凝固模擬。第三，完成整個(gè)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)消失模的應(yīng)用及其可靠性及其功能特點(diǎn)進(jìn)行分析得知，消失模在煤礦機(jī)械設(shè)備方面進(jìn)行應(yīng)用，改善了煤礦機(jī)械設(shè)備充型、鑄造等鍛造技術(shù)，切實(shí)解決了消失模選型及煤礦機(jī)械設(shè)備具體應(yīng)用的問題，在實(shí)踐中得到了較好的反饋。通過研究，煤礦機(jī)械設(shè)備能更好地通過消失模來(lái)降低成本、提升效率。對(duì)于現(xiàn)代煤礦機(jī)械鍛造而言，消失模應(yīng)用是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，這樣不僅可以解放生產(chǎn)力，還能提高安全性。因此，本文的研究屬于消失模在煤礦機(jī)械設(shè)備上的綜合應(yīng)用，可給行業(yè)研究者及開發(fā)者作參考所用。