震動(dòng)落芯機(jī)沖擊參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、鑄件的落芯是鑄造過程中重要的環(huán)節(jié)，對(duì)于型腔復(fù)雜的鑄件大都采用震動(dòng)落芯機(jī)進(jìn)行落芯。影響鑄件落芯質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素是落芯沖擊參數(shù)，落芯沖擊參數(shù)主要包括空氣錘脈沖的幅值、寬度、頻率及脈沖作用點(diǎn)的位置及數(shù)日。合適的落芯沖擊參數(shù)既可以保證鑄件落芯的質(zhì)量，同時(shí)又可以提高落芯效率，所以確定合適的落芯沖擊參數(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)鑄件高質(zhì)量的落芯是至關(guān)重要的。因此提出對(duì)震動(dòng)落芯機(jī)沖擊參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。
　　目前主要依靠經(jīng)驗(yàn)選取落芯沖擊參數(shù)，采用試湊法對(duì)鑄件進(jìn)行

2、反復(fù)沖擊實(shí)驗(yàn)來選擇落芯沖擊參數(shù)。對(duì)于鑄造廠家而言，對(duì)于不同類型的鑄件，主要靠落芯機(jī)生產(chǎn)廠家對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的沖擊實(shí)驗(yàn)，觀察落芯效果，進(jìn)而確定相應(yīng)的落芯沖擊參數(shù)。每次實(shí)驗(yàn)后還需要把鑄件剖開觀察落芯質(zhì)量的好壞，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且試湊實(shí)驗(yàn)缺乏科學(xué)指導(dǎo)，難以確定出最佳落芯沖擊參數(shù)。因此有必要提供一種既方便又可靠的方法來選擇落芯沖擊參數(shù)，以提高鑄件的落芯質(zhì)量和落芯效率。在總結(jié)國內(nèi)外落芯沖擊參數(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種通過動(dòng)力學(xué)分析法來優(yōu)化選擇落芯

3、沖擊參數(shù)的方法，并對(duì)落芯沖擊參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。完成的主要工作如下:
　　(1)闡述了震動(dòng)落芯技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)目前選擇落芯沖擊參數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低及可靠性低等問題，提出震動(dòng)落芯機(jī)沖擊參數(shù)優(yōu)化研究這一課題。介紹了震動(dòng)落芯機(jī)的工作原理，分析了影響落芯效果的主要因素，將空氣錘的脈沖幅值、脈沖頻率、脈沖寬度及空氣錘沖擊作用點(diǎn)位置和數(shù)目作為主要優(yōu)化參數(shù)。
　　(2)基于傅里葉變換理論對(duì)落芯沖擊力脈沖序列進(jìn)行了頻譜分析，獲得了沖擊力脈沖

4、序列時(shí)域參數(shù)與頻域參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)沖擊理論對(duì)空氣錘沖擊鑄件的過程進(jìn)行了理論分析，建立了空氣錘沖擊鑄件的模型。利用沖擊理論估算了空氣錘沖擊鑄件的脈沖寬度，為脈沖寬度的優(yōu)化選擇做好準(zhǔn)備，縮小了脈沖寬度的取值范圍，提高了脈沖寬度的優(yōu)化效率。
　　(3)基于SolidWorks軟件采用分塊化建模的方法建立了鑄件的三維模型，利用坐標(biāo)點(diǎn)連接的方法對(duì)鑄件施加了彈性約束并劃分網(wǎng)格，建立了復(fù)雜的鑄件有限元模型。通過模態(tài)分析獲得了鑄件的各階固有頻

5、率及振型，對(duì)鑄件進(jìn)行了諧響應(yīng)分析，通過諧響應(yīng)分析得到鑄件粘砂界面的最大響應(yīng)峰值頻率，結(jié)合模態(tài)分析確定出脈沖頻率的選擇范圍。通過模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析進(jìn)一步縮小了脈沖頻率的選擇范圍，提高了脈沖頻率的優(yōu)化效率。
　　(4)通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，對(duì)落芯沖擊參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　首先采用單脈沖對(duì)鑄件進(jìn)行沖擊試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，得到的優(yōu)方案為四個(gè)沖擊作用點(diǎn)均勻布置的A2B1C3參數(shù)組合，該方案表明:各因素對(duì)鑄件粘砂界面的剪切應(yīng)力、拉應(yīng)力及加速度等

6、落芯指標(biāo)的影響大小次序依次為脈沖幅值，其次是脈沖寬度，最后是脈沖作用點(diǎn)的位置。研究還發(fā)現(xiàn)脈沖寬度越寬，改變脈沖作用點(diǎn)位置對(duì)各落芯指標(biāo)的影響越小，脈沖寬度越窄，脈沖作用點(diǎn)越靠近鑄件下部支撐位置時(shí)所獲得的各項(xiàng)落芯指標(biāo)值越大。保持其它因素不變，改變脈沖寬度，脈沖寬度越窄則對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)落芯指標(biāo)值越大。
　　通過兩脈沖及多脈沖對(duì)鑄件的沖擊試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，得到的優(yōu)方案是四個(gè)沖擊作用點(diǎn)均勻布置的A2C1B2參數(shù)組合，該方案表明:各因素對(duì)鑄件粘砂界面

7、的剪切應(yīng)力、拉應(yīng)力及加速度等落芯指標(biāo)的影響大小次序依次為脈沖幅值，其次是脈沖頻率，最后是脈沖寬度。此時(shí)優(yōu)方案的脈沖寬度等于脈沖周期的一半，脈沖序列頻譜的基頻、五次倍頻、六次倍頻分別對(duì)應(yīng)鑄件的第一階、第七階、第十階固有頻率。通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，獲得了鑄件的落芯沖擊參數(shù)優(yōu)化方案，克服了傳統(tǒng)上主要依靠經(jīng)驗(yàn)選取落芯沖擊參數(shù)時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、低效率、低可靠性等缺點(diǎn)，使落芯更加可靠，提高了生產(chǎn)效率。
　　(5)基于主成分分析法構(gòu)建了落芯指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)

8、方程。
　　對(duì)落芯指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，獲得了落芯指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方程，并對(duì)落芯指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方程進(jìn)行了驗(yàn)證?？梢缘玫?綜合評(píng)價(jià)值越大，其所對(duì)應(yīng)的落芯沖擊參數(shù)方案越好，而試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析得到的優(yōu)化方案所對(duì)應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)值最大。落芯指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)落芯指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而可以根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值的大小來確定落芯沖擊參數(shù)的優(yōu)化組合，克服了主觀因素對(duì)落芯指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的影響。
　　(6)空氣錘及振動(dòng)電機(jī)會(huì)對(duì)落芯機(jī)機(jī)體及底部的隔振器造成沖擊，

9、進(jìn)而造成損壞，影響震動(dòng)落芯機(jī)的工作性能，進(jìn)而影響到落芯的效率。利用Adams研究了落芯沖擊參數(shù)及振動(dòng)電機(jī)對(duì)落芯機(jī)振動(dòng)響應(yīng)的影響。隨著脈沖寬度由小到大變化，隔振器的振動(dòng)響應(yīng)各參數(shù)值呈現(xiàn)先增大后減小變化趨勢(shì)，脈沖幅值比脈沖寬度對(duì)其振動(dòng)響應(yīng)各參數(shù)值的影響大，脈沖幅值是影響最大的因素。當(dāng)脈沖頻率變化時(shí)，隔振器的振動(dòng)響應(yīng)各參數(shù)值總體上與脈沖頻率成正比。因?yàn)檎駝?dòng)電機(jī)對(duì)隔振器造成沖擊，振動(dòng)電機(jī)對(duì)隔振器的損壞作用最為嚴(yán)重，可以考慮增加隔振器的扭轉(zhuǎn)剛度或