1、窑 产品与市场 窑修稿日期院圆园23原04原28作者简介院袁骏渊1980原冤袁男袁北京人袁高级工程师遥 主要研究方向为装备研发尧工程管理尧智能制造等遥Design of an Automatic Production Line for Zinc Alloy IngotsYUAN Jun1袁 JIANG Gui-Zhong2袁 Wan Yong-Li2袁 HONG Ling-Na2渊1.China Academy of Machinery Sciences Group Co.袁Ltd.袁Beijing 100044袁China曰2.Yunnan Branch of China Academy o
2、f Machinery Co.袁Ltd.袁Kunmimg Yunnan 650031袁China冤Abstract院 The zinc alloy automatic production line described in this paper can solve a series of problems in the production mode of manualpouring袁 cooling and demolding commonly used in metal ingots smelting袁 and mechanize the pouring袁 cooling and dem
3、olding processes袁so as to realize the automatic production of products.It can free workers from the harsh environment袁 reduce labor intensity袁 eliminatehuman errors caused by manual operation袁 shorten the production cycle of products袁 improve production efficiency袁 and provide referencefor the smelt
4、ing of metal ingots.Keywords院 Zinc alloy ingot production line曰 Fully automatic锌合金锭自动生产线设计袁 骏1袁姜贵中2袁万永丽2袁洪凌娜2渊1.中国机械科学研究总院集团有限公司袁 北京 100044曰 2.中国机械总院集团云南分院有限公司袁 云南 昆明 650031冤文章编号院 员园园圆原远远苑猿 渊圆园23冤 园4原058原园4摘要院 本文阐述的锌合金自动生产线可解决目前金属大锭冶炼普遍采用的人工浇注尧 冷却尧 脱模的生产方式中的一系列问题袁 使浇注尧 冷却尧 脱模工序机械化袁 从而实现产品全自动生产遥 可将工人
5、从恶劣的环境中解脱出来袁 降低了劳动强度袁 杜绝了人工操作带来的人为错误袁 缩短产品的生产周期袁 提高生产效率袁 可为金属大锭的冶炼提供借鉴遥关键词院 锌合金锭生产线曰 全自动中图分类号院 TP29文献标识码院 粤doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2023.04.0150引言金属锌具有良好的铸造性尧延展性尧耐磨性尧抗腐蚀性袁能与多种金属制成性能优良的合金遥主要以镀锌尧氧化锌的形式广泛应用于汽车尧建筑尧家用电器尧船舶尧轻工尧机械尧电池等行业遥 在有色金属的使用上锌仅次于铜和铝遥锌合金是以锌为基础加入铝尧铜尧镁尧镉等元素组成的合金遥 由于合金锌浴是改善镀层性能的最佳途径袁它
6、能增强镀层的耐腐蚀性能袁提高产品的经济效益遥因此袁当前大多钢铁企业均使用热镀锌合金作为钢铁的防护材料遥1现状及存在的问题1.1 模具情况目前袁国内 1t 以上锌合金锭模具见图 1袁由野模具冶和野销钉冶两部份组成遥浇铸时袁把销钉立起放在图示野凸起冶位置袁然后往模具里浇注合金液遥1.2 锌合金锭生产方式目前锌合金锭的生产基本都是人工完成以袁 具体流程为院野托座冶轴线 A-A 为旋转中心袁在地面半圆弧位置放射状布置若干野模具冶遥 上一工序冶炼出来的合金液在野转炉冶中冶炼后袁转动野转炉冶袁野锌液冶从野转炉冶的野出料口冶流到野料斗冶袁再从野料斗冶经野浇注槽冶流到野模具冶里遥 当一个野模具冶浇注完成后袁人
7、工转动野浇注槽冶袁对下一个野模具冶进行浇注遥 野合金液冶从野转炉冶里流出是不间断的袁所以袁当野浇注槽冶从一个模具转到另一个模具时袁就会在两模具之间留下一些合金液遥 在两模具之间尧合金液淌下的线路上放置一个野接槽冶袁把流到两模具之间的合金液导到模具中遥 当一个模具浇注完成后袁人工的方式把野接槽冶机电产品开发与创新阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 驭 陨灶灶燥增葬贼蚤燥灶 燥枣 M葬糟澡蚤灶藻则赠 驭 E造藻糟贼则蚤糟葬造 P则燥凿怎糟贼泽灾燥造援36熏晕燥援4Jul援熏圆园23第 36 卷第 4 期圆园23 年 7 月图1国内锌合金锭模具Fig.1 Domestic zinc alloy ingot mo
8、ld58窑 产品与市场 窑移动到野下两个模具冶的间隔处遥 冷却采用人工往模具上表面浇水的方式袁整个合金锭凝固需 1.5h遥 合金液在模具中凝固后袁模具尧销钉及合金锭是粘合在一起的袁较牢固遥合金锭从模具中脱模采用人工的方式完成遥 分两步院脱模院用野铁链冶栓住野销钉冶袁用野行车冶把野模具尧销钉及合金锭冶一块提起袁然后用野大锤冶把野模具冶搞掉遥 这时野合金锭冶和野销钉冶仍粘在一起曰脱销钉院解下 野铁链冶袁吊住野合金锭冶袁用野大锤冶把野销钉冶搞掉遥 而后再用野叉车冶把合金锭摆放到合适位置遥存在以下 6 个问题院渊1冤合金液温度在 400益以上尧裸露在模具里袁人工劳作异常危险遥渊2冤现场温度是 4010
9、0益袁工作环境恶劣遥渊3冤野脱模冶野脱销钉冶得一个壮汉用 10 磅大锤敲数 10锤才能完成袁艰难尧辛苦遥渊4冤液体内部热量长时间没能散去袁致使模具温度不断升高袁影响模具使用生命遥渊5冤每次浇铸要冷却 1.5h袁时间长尧效率低遥渊6冤由于主要从上表面冷却袁造成冷却不均匀袁影响质量遥2锌合金锭自动生产线设计锌合金锭自动生产线袁可以通过设计一套装备袁来实现自动浇注尧自动移槽尧自动冷却尧自动脱模具尧自动脱销钉袁从而取代目前人工劳作遥总体方案见图 2袁 在原来摆放模具的位置开半圆形环槽袁在环槽里均匀布置若干野自动脱模装置冶曰设计野自动移槽机构冶袁利用野锌合金锭质量越浇注流量伊时间冶的关系袁实现野浇注槽冶
10、的自动移动袁从而实现自动浇注曰设计冷却水路袁对模具尧液压缸进行冷却曰设计液压系统袁控制所有油缸曰设计控制系统袁实现自动浇注尧自动移槽尧自动冷却尧自动脱模的联合控制遥工作原理院根据工艺袁野转炉冶在给野水冷模具冶浇注时是从一端开始袁顺序逐一进行袁一个模具浇注完成后袁起动野自动移槽机构冶袁转动野浇注槽冶袁对下一模具进行浇注袁直到浇完所有模具遥 野浇注槽冶在给 野水冷模具冶浇注的同时袁水冷系统给 野水冷模具冶中空夹层和野液压缸冶冷却水套供循环水袁该模具浇注完成后袁进入冷却状态遥 合金锭冷却到一定程度袁达到要求袁起动液压系统袁逐个将合金锭顶起遥 工作流程见图 3遥2.1 水冷模具设计水冷模具用 15Cr
11、MoR 锅炉钢的板料和棒料加工后整体焊接而成遥 把壁和野销钉冶做成野中空夹层冶袁通入水时可以对合金液全方位冷却袁可减少冷却时间袁使自动脱模更容易遥 在端面焊接野进水法兰冶袁接水管进水遥 野排水法兰冶设计在模具底部遥 模具工作时是关闭的袁当要放干模具里的冷却水时袁打开该法兰接管上的野电磁阀冶袁见图 4遥根据自动脱模的需要开野顶杆孔冶袁脱模时袁油缸的活塞从野顶杆孔冶里将锌锭顶出遥 在野中空夹层冶里布置纵尧横两向野筋板冶袁增加模具强度遥 筋板上开穿孔袁保证冷却水的流动袁提高冷却效果遥 底面加工野支座安装孔冶袁与野支架冶连接袁支撑模具遥 底面加工野油缸安装孔冶袁与野油缸冶连接袁把锌合金锭顶出遥2.2
12、自动脱模装置设计自动脱模装置的作用是院当锌合金锭在野水冷模冶里冷却后袁自动将其顶出袁替代人工脱模具和人工脱销钉的工作遥顶出装置主要由油缸尧油缸支座尧导套尧顶杆与并紧螺母组成遥 野自动脱模机构冶连接在野水冷模具冶底部袁野水冷模具冶用野支架冶撑起遥 野油缸冶底部悬空袁不与地面接触遥锌合金锭呈长方体袁采用双野油缸冶结构袁两个顶出点保证顶出平稳遥 野油缸座冶连接在野水冷模具冶底部袁野油缸冶连接在野油缸座冶的另一端袁野油缸座冶与野活塞杆冶接触的位置上尧下各安装一导套袁对野活塞杆冶导向袁避免油缸损伤遥1.自动脱模装置 2.自动移槽机构图2总体方案Fig.2 Overall scenario图3工作流程图F
13、ig.3 Workflow diagram图4水冷模具图Fig.4 Water-cooled mold drawing渊a冤水冷模具轴侧图渊b冤从中性面剖开后渊d冤不显示底板时渊c冤从底面看59窑 产品与市场 窑图9出水管路布置图Fig.9 Outlet line layout drawing野顶头冶内部是螺孔袁旋在野活塞杆冶端部袁用螺母并紧袁野顶头冶与野水冷模具冶接触部分设计为锥面袁确保浇注时锥面封住顶出孔袁防止合金液渗漏遥 野油缸冶的密封圈采用耐高温密封圈遥 野活塞杆冶加长袁既是油缸活塞袁又起导杆作用遥浇注时袁活塞杆处于缩回状态袁野顶头冶锥面封住顶出孔遥冷却后袁野顶头冶向上顶起袁把合金锭顶
14、出袁见图 5遥2.3 模具水冷系统设计水冷模具的水冷采用低处进水袁高处出水的方式袁以保证中空夹层里充满冷却水遥 野销钉冶是冷却的重要位置袁为了防止水气化后气体充满野销钉冶空腔水进不去袁使销钉得不到冷却袁采用从销钉的野插管冶里出水的方式遥 做一管路袁管路上有两野插管冶袁分别插入两野销钉冶中空顶部袁而后汇集到野出水口冶遥 浇注时袁关闭野排水口冶袁由野进水口冶通入冷却水袁野中空夹层冶灌满水后袁水由野出水口冶排出遥 即只能从销钉排水袁这样就能保证销钉得到冷却遥 当一个工作日结束袁需要排干野中空夹层冶里的冷却水时袁关闭野进水口冶袁打开排水口遥 在各管路管口处安装野电磁阀冶袁对冷却水进行控制袁见图 6遥2
15、.4 油缸冷却系统设计由于锌合金液在 400益以上袁温度会沿野顶头冶尧野活塞杆冶传递袁见图 7遥 另外油缸在高温下使用袁会使密封圈损坏袁液压油渗漏袁从而损坏油缸袁所以必须对油缸进行冷却遥 从三方面对油缸野降温冶院渊1冤在顶头上表面镀野陶瓷涂层冶遥 由于与金属相比袁陶瓷的温升不大袁且能耐高温袁在顶头上表面镀野陶瓷涂层冶可以有效减少热传导遥渊2冤在支座与水冷模具之间放一块 5mm 厚的石棉隔热板袁减少热传导遥渊3冤把油缸座设计成野中空冶的袁形成野水套冶袁浇注时袁往水套里注入循环冷却水袁彻底阻止热传导遥进水口在低处袁出水口在高处袁可以保证水套里充满冷却水遥2.5 水路整体规划渊1冤进水管路规划遥 每
16、套野自动脱模系统冶有两根进水管院一根为野水冷模进水管冶袁为水冷模中空夹层供水曰另一根为野油缸座进水管冶袁为油缸座水套供水袁见图 8遥 在每个野模具冶进水口都安装电磁阀袁通过控制系统对进水时间进行控制遥 在整台设备的总进水口安装电磁阀袁对总水路自动开关袁而后分为两路遥 一路管径较小袁接入野油缸冷却水套冶曰另一路为野模具中空夹层进水管冶袁接流量计和电动调节阀遥 流量计对用水量计数袁电动调节阀对流量控制遥渊2冤出水管路规划遥 每套脱模系统有三根出水管院一根是野水冷模出水管冶袁水冷模通循环水时从销钉排出中空夹层的水曰一根为野水冷模排水管冶袁当要放干模具里的水时使用曰另一根为野油缸座出水管冶袁油缸座水套
17、水满时排出多余的水袁见图 9遥 水冷模具之所以要排两根出水管路袁因排水管工作时进水管的电磁阀处于闭合状态袁另一根管路是为了进气袁否则夹层处于真空状态袁水排不出遥水冷模具的出水口和油缸座水套的出水口都设计在高处位置袁所以出水口都不用装阀门遥只需在水冷模具排水口装一个电磁图5自动脱模机构Fig.5 Automatic demolding mechanism图8进水管路布置图Fig.8 Inlet piping layout drawing电动调节阀油缸水套进水管 流量计电磁阀水流方向模具中空夹层进水管主进水管油缸座进水管模具进水管电磁阀电磁阀图6模具冷却原理Fig.6 Mold cooling p
18、rinciple渊a冤水冷模具冷却原理图渊b冤从中性面剖开后渊a冤自动脱模机构安装位置图渊b冤从中性面剖开后图7油缸冷却位置图Fig.7 Cylinder cooling location map渊a冤油缸冷却位置图渊b冤从中性面剖开后60窑 产品与市场 窑渊上接第 57 页冤 应力许用值袁其余部位应力低渊绝大部分低于 10MPa冤遥显示器最大位移响应为 0.454mm袁响应值偏小遥因此袁调姿机构的刚强度设计满足机载振动条件要求遥4结束语对机载显控台的人机工程学评价研究是近年来的学术热点遥目前袁国内的研究主要是对显控台机架造型设计优化尧硬件界面布局优化遥 本文设计了一款可实现显示器位移尧角度可
19、调的调姿机构袁通过底座安装在显控台机架合适位置袁 在使用时操作员可根据自身的需求调整显示器姿态遥 本调姿机构根据负载能力要求开展电动推杆技术参数设计选型袁采用双推杆同步位置控制策略袁并进行结构拓扑优化袁达到了体积小尧重量轻尧结构刚强度好尧控制精度高等特点遥 通过结构动力学仿真验证了调姿机构强度可靠袁满足装机振动条件要求袁为后续机载显示器的人机工效改进提供一定的参考遥参考文献院1 李文志.基于人机工程学的机载显控台结构设计J.电子机械工程袁2010袁26渊4冤院28-30.2 张明德.空中预警机的过去尧现在和将来M.北京院国防工业出版社袁袁2002.3 白超.某机载显控台产品的外观造型设计 J.
20、中国科技信息袁2017袁12院67-70.4 严宏.基于拓扑优化的某机载显控台轻量化设计 J.机械与电子袁2016袁34渊11冤院22-25.5 李文志.一种机载显控台振动仿真及优化.J.机电产品开发与创新袁2021袁34渊3冤院85-87.6 贺堃.机载大屏幕显示器的余度设计 J.科学技术与创新袁2021袁6院85-86.7 张鑫磊.指挥系统显控台的硬件人机界面设计研究J.机电产品开发与创新袁2019袁32渊2冤院19-21.8 彭平.电动推杆在无人飞艇舵面控制系统中的应用J.航空科学技术袁2010袁1院21-24.9 苏丽洁.双电动推杆驱动天线翻转机构的工程实现 J.仪表技术袁2015袁1
21、院5-8.10 陈东升.双驱动电动推杆加载同步控制技术 J.机床与液压袁2013袁41渊10冤院127-129.11 赵宏英.基于改进交叉耦合的多永磁同步电机速度同步控制J.机床与液压袁2021袁49渊22冤院44-51.12 汤晓萌.翻转支架结构有限元分析与拓扑优化设计 J.汽车零部件袁2021袁10院48-53.表1调姿机构振动仿真分析结果项目载荷方向最大值发生部位最大值许用值等效应力前后方向渊X冤推杆与显示器连接部位阻尼转轴108.18MPa293.3MPa左右方向渊Y冤推杆与显示器连接部位阻尼转轴80.501MPa293.3MPa上下方向渊Z冤推杆与显示器连接部位阻尼转轴197.81M
22、Pa293.3MPa位移响应前后方向渊X冤显示器上端阻尼转轴0.191mm/左右方向渊Y冤显示器上端0.206mm/上下方向渊Z冤显示器整体0.454mm/注院阻尼转轴材料渊2Cr13冤的屈服强度为440MPa袁根据设计经验渊安全系数为 1.3耀1.5冤袁取安全系数为 1.5袁则得出许用值为 293.3MPa遥阀袁平时都处于关闭状态袁要排干模具里的水时打开即可遥2.6 自动移槽机构设计合金液从野浇注槽冶浇注是不间断的袁当一个野模具冶浇注完成后袁 浇注槽从一个模具移到另一个模具时会在两模具的间隔处留下合金液袁见图 10遥 设计野自动移槽机构冶袁连接在野浇注槽冶下面袁与野转炉冶配合袁实现自动浇注遥
23、 野接槽冶位置在浇注的模具与下一个模具的间隔处袁当该模具浇注完成后袁野浇注槽冶转到下一模具浇注袁在野转冶这一过程中袁通过野接槽冶把锌合金液导入模具中遥当野浇注槽冶到下一模具位置后袁自动移槽机构会移动野接槽冶袁避开浇注口流下的合金液袁把野接槽冶移动到下两个模具的间隔处遥动作流程如图 11 所示遥3结束语目前袁全国金属大锭的冶炼仍然是人工浇注尧冷却尧脱模的生产方式袁 本自动生产线的设计可改变人工劳作方式袁 将工人从恶劣的环境中解脱出来袁 保证了人身安全尧降低了劳动强度袁杜绝了人工操作带来的人为错误袁锭的重量更准确袁质量得到较大提升袁可缩短产品的生产周期袁从而提高生产效率遥目前已在云南省内某大型冶炼企业得到应用袁效果较好袁达到预定目标遥 还可为其它金属大锭的冶炼提供借鉴遥图10自动移槽机构Fig.10 Automatic grooving mechanism图11自动移槽机构流程图Fig.11 Flowchart of automatic troughing mechanism61
