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大型離心鑄造機(jī)的鑄造工藝設(shè)計(jì)

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大型離心鑄造機(jī)的鑄造工藝設(shè)計(jì)!大型離心鑄造機(jī)大多用來(lái)生產(chǎn)軋輥。在離心鑄造中,鑄型(也稱(chēng)管模)的轉(zhuǎn)速非常重要,尤其在軋輥生產(chǎn)中,需要二次澆注(添芯),特別要求轉(zhuǎn)速與時(shí)間及溫度的嚴(yán)格控制。為滿(mǎn)足軋輥的鑄造工藝要求,我們?yōu)榇笮碗x心鑄造機(jī)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制且動(dòng)態(tài)跟蹤,精確控制離心鑄造軋輥的工藝過(guò)程。過(guò)去的大型離心機(jī)的控制系統(tǒng),大多采用開(kāi)環(huán)自動(dòng)/半自動(dòng)控制、電磁調(diào)速系統(tǒng),工作穩(wěn)定性差,人工因素多。我們通過(guò)對(duì)硬件及軟件的改進(jìn)設(shè)計(jì),采用西門(mén)子交流變頻器(6SE70系列)或直流調(diào)速系統(tǒng)(6RA70系列),傳感器輸入溫度、轉(zhuǎn)速及主機(jī)振動(dòng)測(cè)量信號(hào),可編程控制器經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算,只要在界面上設(shè)置相應(yīng)的工作參數(shù),就能自動(dòng)跟蹤設(shè)定的工藝曲線(xiàn);整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了真正的閉環(huán)、自動(dòng)跟蹤控制,消除了人工干預(yù)多和其它因素的影響,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 大型離心鑄造機(jī)的主要工藝參數(shù)

(1)初始增速速度:離心機(jī)從靜止開(kāi)始升到澆注要求的轉(zhuǎn)速;

(2)保持凝固速度:澆注后離心機(jī)保持的轉(zhuǎn)速;

(3)停機(jī)減速速度:減速停機(jī)的轉(zhuǎn)速即停機(jī)轉(zhuǎn)速。

2 系統(tǒng)硬件

硬件由工控機(jī),可編程控制器PLC,模擬量輸入、輸出,直流調(diào)速裝置或交流變頻器及外圍設(shè)備組成。圖1為大型離心機(jī)的控制系統(tǒng)框圖。


工控機(jī)主要通過(guò)PLC完成離心鑄造機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理報(bào)表的制作,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的離心機(jī)轉(zhuǎn)速、型腔金屬液溫度、軸承溫度、離心鑄造機(jī)振動(dòng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。離心鑄造過(guò)程中,計(jì)算機(jī)可以連續(xù)自動(dòng)記錄鑄型中金屬液的溫度曲線(xiàn)。

工作原理:由界面設(shè)置離心鑄造機(jī)主要工藝參數(shù)或調(diào)出原有產(chǎn)品的工藝參數(shù),符合當(dāng)前的產(chǎn)品時(shí),則顯示當(dāng)前產(chǎn)品的控制曲線(xiàn),按實(shí)際需要確認(rèn),通過(guò)控制按鈕分別發(fā)出開(kāi)始澆注、一次澆注、二次澆注等信號(hào);PLC依據(jù)產(chǎn)品的工藝參數(shù)及通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬量輸入得到當(dāng)前離心鑄造機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速,經(jīng)過(guò)計(jì)算,通過(guò)模擬量輸出一個(gè)實(shí)際需要的轉(zhuǎn)速,同時(shí)通過(guò)模擬量輸入的離心機(jī)振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào),實(shí)時(shí)診斷離心鑄造機(jī)的工作狀態(tài);離心鑄造機(jī)的電機(jī)工作電流信號(hào)實(shí)時(shí)診斷離心機(jī)的負(fù)荷大小,實(shí)時(shí)顯示其產(chǎn)品的工作曲線(xiàn),確認(rèn)產(chǎn)品的質(zhì)量。圖2、圖3為武漢鋼鐵廠使用的大型離心機(jī)部分電氣原理圖。


3 軟件設(shè)計(jì)

目的是使用戶(hù)能根據(jù)自己的產(chǎn)品任意設(shè)置或調(diào)用各種產(chǎn)品的工藝參數(shù)及工藝曲線(xiàn),即采用配方的形式及時(shí)刷新生產(chǎn)方案,按用戶(hù)的需要通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)及離心機(jī)的工作狀態(tài)、電機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集,以動(dòng)畫(huà)的形式實(shí)時(shí)顯示數(shù)字及曲線(xiàn),同時(shí)顯示預(yù)警,向用戶(hù)實(shí)時(shí)提供解決實(shí)際工作問(wèn)題的方案。

首先從界面上保存各種工藝參數(shù),也可重新設(shè)置各種工藝參數(shù),產(chǎn)生新的配方,如下表為軋輥類(lèi)澆注工藝參數(shù)?!?


由于在軋輥產(chǎn)生中對(duì)二次澆注的時(shí)間要求嚴(yán)格,所以能否及時(shí)、正確確認(rèn)固相線(xiàn)溫度是軋輥生產(chǎn)的關(guān)鍵。過(guò)去都是通過(guò)人工觀察的方式來(lái)確診固相線(xiàn)溫度,所以產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不能得到保證,現(xiàn)在通過(guò)本軟件,能自動(dòng)確認(rèn)固相線(xiàn)溫度,自動(dòng)控制停機(jī)時(shí)間,從而保證了軋輥質(zhì)量的穩(wěn)定性,同時(shí)本軟件通過(guò)對(duì)離心鑄造機(jī)本身的振動(dòng)幅度以及離心機(jī)的軸承溫度的自動(dòng)測(cè)量,能及時(shí)預(yù)報(bào)離心機(jī)的工作狀態(tài),有問(wèn)題能及時(shí)提示,確保離心機(jī)正常工作。

溫度拐點(diǎn)的確認(rèn)軟件設(shè)計(jì)依據(jù)以下兩個(gè)計(jì)算公式:

拐點(diǎn)速度Vi計(jì)算公式:Vi=V設(shè)定-a(V設(shè)定-V實(shí)際)(其中a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù));

拐點(diǎn)溫度曲線(xiàn)的斜率Ki計(jì)算公式:

Ki=∑Fj1-∑Fj/Ti

其中j1為(i-10~i-6),j為(i-5~i),即拐點(diǎn)前10個(gè)值中前5個(gè)值減后5個(gè)值除以時(shí)間即得溫度拐點(diǎn)斜率,見(jiàn)圖4。

澆注溫度1350℃,固相線(xiàn)溫度約1100℃,離心鑄造機(jī)托輪轉(zhuǎn)速1400r/min(可根據(jù)鑄件內(nèi)徑確定),制動(dòng)時(shí)間:大型件在5min內(nèi),重力系數(shù)100~110g。

大型離心鑄造機(jī)的鑄造工藝設(shè)計(jì)!依據(jù)上述硬件配置和軟件設(shè)計(jì)原理,生產(chǎn)開(kāi)始前預(yù)先在界面或計(jì)算機(jī)上設(shè)置好工藝參數(shù),檢查無(wú)誤后啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。首先控制系統(tǒng)通過(guò)程序設(shè)計(jì)和計(jì)算將初始增速速度轉(zhuǎn)換成模擬量輸出信號(hào),此模擬量信號(hào)通過(guò)直流調(diào)速裝置或交流變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)使離心機(jī)在時(shí)間1內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)均勻加速到初始增速速度;離心機(jī)到達(dá)這個(gè)轉(zhuǎn)速后進(jìn)行第二步澆注高溫鐵液,澆注完畢后保持這個(gè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行冷卻凝固成型;離心機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)冷卻凝固成形過(guò)程中進(jìn)行鑄型型腔內(nèi)溫度檢測(cè),當(dāng)鑄型冷卻一段時(shí)間鑄型溫度下降到固相線(xiàn)溫度時(shí)(如圖4中1100℃),這時(shí)控制系統(tǒng)要控制離心機(jī)開(kāi)始減速,而且必須在時(shí)間3內(nèi)將離心機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)霓D(zhuǎn)速2減到轉(zhuǎn)速3,即停機(jī)狀態(tài);然后進(jìn)行下個(gè)工序即二次澆注。

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