連鑄結晶器振動技術的發(fā)展及現(xiàn)狀

1 現(xiàn)狀

連鑄是指將液體金屬經(jīng)過一組特殊的冷卻和支撐裝置連續(xù)地澆鑄成一定斷面形狀的鑄坯的過程 。連鑄比的提高已受到國內外的廣泛重視 ，并且連鑄工藝得到迅速發(fā)展和普及 。在采用連鑄技術之前 ，一般都是采用模鑄澆鑄成鋼錠 ，在這個過程中 ，鋼坯還要經(jīng)過加熱 ，每次都要損失一定量的金屬 。連續(xù)澆注液體金屬是 19 世紀中葉 ，由美國人和英國人先后提出的 ， 當時只能用于連鑄低熔點的有色金屬 。 直到 1920~1935年間連鑄過程仍然僅用于銅 、鋁等有色金屬的澆鑄 。這期間最有開拓性的研究就是如何提交連鑄機的澆鑄能力 ，解決途徑除了加大澆鑄斷面 、多流澆鑄外 ，最關鍵的是澆鑄速度 。固定不動的結晶器的澆鑄速度僅限制在 0.6m/min 左右 ，若想提高澆鑄速度 ，必須使結晶器相對鑄坯移動一段距離 ，以防止鑄坯從結晶器拉出時 ，薄弱的坯殼被撕裂 。 1933 年德國人容漢斯提出了一種結晶器以與鑄坯同樣的速度下行一段距離后在以較快的速度返回到原來位置的連鑄方式 ，建成了第一臺結晶器可以振動的立式連鑄機 。并用其澆鑄黃銅獲得成功 ，后又用于鋁合金的工業(yè)生產(chǎn) ，結晶器振動的引入作為一個關鍵因素加速了連鑄技術的發(fā)展 。

2 結晶器振動技術簡介

結晶器振動是連鑄技術的一個基本特征 。 連鑄過程中 ，結晶器和坯殼間的相互作用影響著坯殼的生長和脫膜 ，其控制因素是結晶器的振動和潤滑 。連鑄在采用固定結晶器澆鑄時 ，鑄坯直接從結晶器向下拉出 ，由于缺乏潤滑 ，易與結晶器發(fā)生粘結 ， 從而導致出現(xiàn)拉不動或者拉漏事故 ，很難進行澆鑄 。結晶器振動對于改善鑄坯和結晶器界面間的潤滑是非常有效的 ，振動結晶器的發(fā)明引進 ，使得工業(yè)上大規(guī)模應用連鑄技術得以實現(xiàn) 。 可以說 ，結晶器振動是澆鑄成功的先決條件 ，是連鑄發(fā)展的一個重要里程碑 。

在二十世紀三十年代 ，德 國 人 Siegfreid Jungdans 首先 把結晶器振動應用于有色金屬的澆鑄 。在這之前 ，連鑄結晶器是固定不動的 ，但考慮到振動允許更快的澆鑄 ，同時又可以降低拉漏 ，因此振動的結晶器引起了人們的注意 。

二十世紀五十年代 ， 人們采用推 —拉 — 停的結晶器振動模式 。后來 ，英國研究機構 （ RISRA ）采用了安裝在彈簧上的結晶器 。

近年來 ，冶金工業(yè)的迅速發(fā)展 ，要求連鑄提高拉速和增加連鑄機的生產(chǎn)能力 。 人們對結晶器振動的認識也在不斷深入和發(fā)展 。

3 結晶器振動裝置

連鑄生產(chǎn)對結晶器振動的要求主要有兩個 ，一是使結晶器精確地按著給定地運動軌跡振動 ，如直線或圓弧線運動軌跡 ；二是使結晶器按著給定地速度規(guī)律進行振動 ，如正弦或非正弦振動規(guī)律 。

在非正弦振動規(guī)律出現(xiàn)以前的各種振動規(guī)律的產(chǎn)生都是由凸輪（包括偏心輪）機構來實現(xiàn)的，相對比較容易，而對于振動軌跡的實現(xiàn)相對比較困難。因此，振動裝置的發(fā)展主要表現(xiàn)在實現(xiàn)振動軌跡的機構上，如導 軌 式、長臂式、差動式（包括四偏心式）、短臂四連桿式（包括半板簧、全板簧式）。

由于非正弦振動規(guī)律的出現(xiàn) ，使實現(xiàn)非正弦振動規(guī)律比實 現(xiàn)振 動 軌 跡要 困 難 得多 ，因 此 ，振 動 裝 置 的 發(fā) 展 主 要 表 現(xiàn)在非正弦裝置的驅動和控制上 。下面介紹一下非正弦裝置的分類 。 結晶器非正弦振動裝置按照驅動和控制方式可以分為液壓非正弦和機械非正弦 。

3.1 液壓非正弦

（1 ）伺服液壓系統(tǒng)驅動的非正弦。結晶器液壓振動技 術采 用 液壓系 統(tǒng) 作 為振 動 源 ，具 有 控 制 精 度 高 、振 動 參 數(shù) 在 線調 控 靈活 、設 備 體 積小 、重 量 輕 、維 護 簡 單 等 特 點 ，它 不 僅 能滿足高頻振動的要求 ，而且更主要的是它可以根據(jù)工藝條件的 要 求任意 改 變 振 動 的 波 形 ， 控 制 負 滑 脫 速 度 和 負 滑 脫 時間 ，改 變 結晶 器 與 鑄坯 之 間 的 潤 滑 與 脫 模 ，減 少 粘 結 性 漏 鋼事故的發(fā)生 。同時 ，能夠降低高速拉坯條件下的振動頻率 ，減少機構磨損 。

（ 2 ）數(shù)字缸驅動的非正弦 。 據(jù)報道億美博公司開發(fā)了數(shù)字缸非正弦振動裝置 。

3.2 機械非正弦

機 械 非 正 弦 振 動 是 具 有 中 國 特 色 的 一 種 非 正 弦 振 動 驅動方式 。

（1）普通電機非正弦。由普通電機驅動的非正弦振動 裝置 包 括雙偏 心 迭 加機 構 、非 圓 齒 輪 機 構 ，反 向 平 行 四 連 桿 機構。雙偏心迭加非正弦 [ 。其工作原理是通過兩個正弦波迭加產(chǎn)生非正弦振 動波 形 。 兩 個 曲 柄 ML 、 JK 非 別 產(chǎn) 生兩 個 正 弦波，通過兩個連桿 MN 、 IJ 將其迭加于橫梁 NI 的 H 鉸鏈點上 ，然后輸出 ，驅動結晶器振動臺使結晶器產(chǎn)生非正弦振動 。 該非正弦振動裝置于 1998 年應用于首鋼第二煉鋼廠 R6.5/12m弧形板坯連鑄機 ，獲 2000 年北京市科技進步二等獎 。 非圓齒輪驅動的非正弦 。 該裝置結構緊湊 ，不但可以應用于四連桿振動裝置上 ， 也可以用于四偏心振動機構中 。該非正弦振動裝置于 1999 年 8 月應用于新興鑄管股份有限公司煉鋼分 廠羅可普方坯連鑄機上 ，獲 2003 年河北冶金工業(yè)協(xié)會冶金科學技術一等獎 。現(xiàn)已推廣應用于首鋼二煉鋼 ，濟鋼一煉鋼 ，臨鋼 ，河北文豐等鋼鐵公司 。反向平行四連桿非正弦 。該機構簡單 ，緊湊 ，運行平穩(wěn)性好 。

（2 ）伺服電機非正弦電動缸（伺服電機驅動滾珠絲杠 ）非正弦 。該技術是由衡陽鐳鉬公司開發(fā)的非正弦振動方式 。該技術的核心部件 － 電動缸，即伺服電機和滾珠絲杠組成的機電一體化產(chǎn)品 ，為國外進口 。

該機構的工作原理是：伺服電機驅動滾珠絲杠交替、變轉速、正反轉運動，通過滾珠絲杠驅動螺母，使結晶器振動臺實現(xiàn)非正弦振動。該技術是由燕山大學最新開發(fā)的非正弦振動技術。該非正弦振動的工作原理是 ：伺服電機連續(xù) 、單向 、變角速度轉動驅動偏心軸 ，通過連桿驅動結晶器振動臺實現(xiàn)非正弦振動 。

2.1 在加工中用到的平口鉗

(1) 平口鉗的用途。平口鉗又名機用虎鉗 ，是一種通用夾具，常用于安裝小型工件 。 它是銑床 、鉆床的隨機附件 。將其固定在機床工作臺上 ，用來夾持工件進行切削加工 。

(2) 平口鉗的工作原理 。用扳手轉動絲杠 ，通過絲杠螺母帶動活動鉗身移動 ，形成對工件的加緊與松開 。被夾工件的尺寸不得超過 70mm 。

(3) 平口鉗的構造 。平口鉗的裝配結構是可拆卸的螺紋連接和銷連接 ；活動鉗身的直線運動是由螺旋運動轉變的 ；工作表面是螺旋副 、導軌副及間隙配合的軸和孔的摩擦面 。 平口鉗組成簡練 ，結構緊湊 。

(4) 平口 鉗 中 裝 夾 工 件 的 注 意 事 項 ： 工 件 的 被 加 工 面 必須高出鉗口 ， 否則就要用平行墊鐵墊高工件 。 為了能裝夾得牢 固，防止刨削時工件松動，必須把比較干整的平面貼在墊鐵和鉗口上。要使工件貼緊在墊鐵上 ，應該一面夾緊 ，一面用手錘輕擊工件的子面 ，光潔的平面要用銅棒進行敲擊以防止敲傷光潔表面。為了不使鉗口損壞和保持已加工表面，夾緊工件時在鉗口處墊上銅片。用手挪動墊鐵以檢查夾緊程度 ，如有松動，說明工件與墊鐵之間貼合不好，應該松開平口鉗重新夾緊剛性不足的 ：工件需要支實，以免夾緊力使工件變形 。

2.3 在加工中用到的尋邊器

在數(shù)控加工中 ，為了精確確定被加工工件的中心位置的一種檢測工具 。尋邊器的工作原理是首先在 X 軸上選定一邊為零 ，再選另一邊得出數(shù)值 ，取其一半為 X 軸中點 ，然后按同樣方法找出 Y 軸原點 ， 這樣工件在 XY 平面的加工中心就得到了確定 。人們設置了不同類型的尋邊器 ，如光電式 、偏置式等，比較常用的是偏置式 。

3 加工中應注意的問題

① 對刀時 ，應注意合適的進給速度 ；特別是主軸進給的速度，如果太快的話刀一下就撞上去了 ，不應該因為這些小點而影響到整個零件的加工 ，那就因小失大了 ；

 ② 加工過程中如發(fā)生異常情況 ，或是程序出現(xiàn)了錯誤 ，可按下 “急停 ”按鈕 ，以確保人生和設備安全然后找出現(xiàn)問題的原因 ，并盡快把它調整好恢復到正常生產(chǎn)中 ；

 ③ 主軸啟動開始切削之前 ，一定要關好防護罩門 ，程序正常運行中嚴禁開啟防護罩門 ；

 ④ 加工程序應符合所用機床的代碼和程序格式 ，尤其是特定指令的代碼 ；

 ⑤各坐標值應正確 ，循環(huán)指令中的參數(shù)值應符合格式要求 ； 

⑥ 程序應保證加工質量 ，生產(chǎn)率 、經(jīng)濟性和安全性等因素 ； 

⑦ 程序編好后 ，應仔細校驗 ，尤其注意避免刀具與工件干涉現(xiàn)象 ；

 ⑧應書寫規(guī)范 、整齊 。重要程序段其后要附加說明 。

4 結語

本文設計加工的機床 ，加工中的進給速度 ，切削用量 ，主軸速度等機床加工時的最主要參數(shù)在實際生產(chǎn)中加工方案可以決定生產(chǎn)的效率 ，賺取更多的利潤 。