中部冷却的半连续铸造机设计讲课稿.doc

中部冷却的半连续铸造机设计

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本科毕业论文（设计）

题目
用于中部冷却的半连续铸造机设计
作者

学院

专业
材料成型及控制工程0902班
学号

指导教师

二〇一三年六月八日

毕业论文（设计）任务书
学生姓名： 学号： 专业班级：材料成型及控制工程
0902
毕业论文（设计）题目： 用于中部冷却的半连续铸造机设计
题目类型： 工程技术研究
毕业论文（设计）时间: 自 2012 年 12 月 28 日开始至 2013 年 5 月 日止
1. 毕业论文（设计）内容要求：

一、 文献综述（国际国内研究动态）；
二、 250mm圆锭液压半连续铸造机设计；
三、 中部搅拌热管冷却系统设计；
四、 装配工艺设计；
五、 关键零部件计算图表，工作原理图等；
六、 平面布置图；
七、 设备工艺运行说明。

[1]题目类型：(1)理论研究(2)实验研究(3)工程设计(4)工程技术研究(5)软件开发
2.主要参考资料
[1] 王艳苓.6063 半连续铸造机的改造[J].有色设备,2001(3):27-28.
[2] 甘进军.20 kg铝锭连续铸造机组技术改造[J].有色设备,2002(4):38-39.
[3] 甘进军.钢丝绳传动立式半连续铸造机技术改进[J].有色设备,2002(4):48-49.
[4] 牛妍贞,华仁德.国产50吨大型铝扁锭液压半连续铸造机设计[J].有色金属加工,2005, 34(1):40-42.
[5] 刘萍.新型液压缸使铸造机铸造平台运行平稳[J].有色金属加工程, 2003,32(4):48-49.
[6] 强明辉,刘大为,于波.新型铝锭连续铸造机浇铸过程控制方法研究[J].2008, 8(2):519-520.
[7] 张宝业.铸造机链条滚轮滑动原因的分析及改进[J].冶金设备,2005,4:62-64.
[8] 朱旭东,董 鄂,俞正江.大型铸件的铸造装备[J].中国铸造装备与技术, 2007,4:45-49.
[9] 王之平.立式液压半连续铸造机的使用、维护及其改进[J].有色设备,2010,4:52-54.
[10]张建兵,林高用.铝合金半连续铸造结晶器内腔形状优化设计[J].轻合金加工技术，2005,33(4):31-36.
[11]何树民.5kN丝杠式半连续铸造机的设计改进[J].机械工人,2008,1:55.
[12]陈 亮.速度闷披制系统在立式半连续铸造中的应用[J].有色冶金节能,2010,2:28-30.
3.毕业论文（设计）进度安排
阶段
阶 段 内 容
起止时间
第一
文献检索阶段，去校内外图书馆收集好参考资料
2012.12-2013.1
第二
常规半连续铸造机的设计
2013.1-2012.3
第三
中部冷却系统的设计
2013.3-2013.4
第四
总理毕业设计资料，撰写论文
2013.4-203.5
第五
中、上旬答辩
2013.5
指导教师（签章）：____________ 日期：__________________
系(教研室)主任(签章) ：____________ 日期：__________________
二级学院院长(签章) ：____________ 日期：__________________
注：任务书由指导教师本人填写，经教研室主任（学术小组组长）审核后下发给学生。

毕业论文（设计）指导教师评语

建议成绩： 指导教师： （签章）

年 月 日

毕业论文（设计）评阅教师评语

建议成绩： 评阅教师： （签章）年 月 日

毕业论文（设计）答辩记录
日期：
学生姓名： 学号： 专业班级：
题目：
毕业论文（设计）答辩委员会（小组）意见：

答辩成绩：

评定等级： 答辩委员会(小组)负责人： （签章）
委员（小组成员）： （签章）
（签章）
（签章）
（签章）

二级学院审查意见：

论文（设计）最终评定等级：______________ 负责人： （签章）
______年___月___日

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摘 要
本课题提出一种轻合金铸锭制备的新方法，简称为“热管导热铸锭法”。这种方法就是要从根本上改变常规铸锭中单一的从铸锭周边冷却的方法，增加从中部导热冷却的途径，从而打破了传统铸锭方法的模式，自然，铸锭凝固过程中面临着一系列新的问题，这些问题的处理就是本课题的研究内容。本课题的目标就是要通过小铸锭半连续铸造的实验研究，探明新方法中出现的新规律、新机制，以期推广到大铸锭的半连续铸造。
关键词：热管导热铸锭法；半连续铸造；

ABSTRACT
This paper presents a new method of light alloy ingot preparation,referred to as the "heat pipe heat of ingot". The method is to fundamentally change the conventional ingots of single method from casting peripheral cooling, increasing from the way central conduction cooling, thus breaking the traditional casting method model, natural, facing a series of new problems in the ingot solidification process, dealing with these problems is the content of this research. Experimental study on this topic goal is to pass a small ingot in semi-continuous casting, new rules, new method to find out the mechanism of continuouscasting, in order to the big ingot half.

Keyword: Heat pipe heat of ingot；semi-continuous casting ；

目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1．半连续铸造的应用 1
2．国内外发展及状况 1
第二章 250mm圆锭液压半连续铸造机设计 6
2.1主要技术参数 6
2.2主要设备性能参数 6
2.3 设备结构 7
第三章 中部搅拌热管冷却系统设计 11
3.1中部搅拌热管冷却系统的作用 11
3.2中部搅拌热管冷却系统的构成 11
3.3中部搅拌热管冷却系统总体图 13
3.4中部搅拌热管冷却系统工作原理 14
第四章 装配工艺设计 15
4.1装配工艺系统图 15
4.2制定装配工艺规程的原则 15
4.3制定装配工艺规程步骤 15
4.4装配尺寸链的建立 16
第五章 搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中的应用 17
5.1搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中的应用原理 17
第六章 平面布置图 19
6.1 250mm圆锭液压半连续铸造机的平面装配图 19
6.2 搅拌热管冷却系统平面装配图 20
6.3热管冷却系统应用于铸造机后的平面布置 20
第七章 设备工艺运行说明 22
7.1铸造准备 22
7.2 铸造 22
7.3 铸造结束 22
第八章 全文总结和展望 23
致 谢 24
参考文献 25

第一章 绪论
1．半连续铸造的应用
现代航天航空、交通运、信息产业等高技术领域，要求采用大型整体构件以减轻结构重量，提高装备的刚度和有效性。如核电站、轻轨列车、飞机机身、导弹舱体、运载火箭箭体、天地往返系统等的大型整体结构都需要采用轻质高性能的大规格铝材。例如，航空用高强铝合金结构材料历来是大型客机、军机的关键材料，如高强度的Al-Cu、Al-Zn-Mg系结构材料。这些合金的大型板、梁和蒙皮等结构件，依靠大型的铸锭通过变形加工制造。大规格高强铝合金构件的制备与组织性能调控是一个国家铝加工能力与水平的重要标志。然而，随构件的尺寸增大，大规格整体构件的成型与控制愈来愈困难，大规格铝合金材料只有少数几个国家能够生产，如欧盟和美国，它们控制着这些材料的市场。随着我国经济的发展，国家重大工程规划的重要高技术装备，不仅对铝合金性能提出了愈来愈高的要求，而且对大型铝合金整体构件存在迫切需求。
2．国内外发展及状况
目前，国内针对铝合金大铸锭裂纹问题，主要手段仍然是一些常规方法，如采用电磁搅拌、超声波搅拌和热顶铸造等方法，它们的共同特点是靠结晶器从液穴周边冷却，没有从根本上解决难铸合金结晶温度范围宽、铸造流动性不好的问题。现在面临的是对传统铸造工艺的创新。
国外对于高强铝合金大锭铸造的研究很早，取得成功的国家很少，限于欧盟、美国、俄罗斯等少数国家。“空中客车”、“波音”等大型客机的高强铝合金用材由少数几家公司控制，其制造技术是严格保密的。我国飞机制造部门所用的大型铝合金结构材料长期以来依赖从国外进口，随时面临着材料短缺和停供的危险，这种受制于人的局面严重制约着我国航空航天工业的发展。
我国对高强铝合金大铸锭的研究没有取得突破，废品率太高。目前我国在这方面的研究还处于起步阶段。大型铝合金材料的制造首先必须具备合格铝合金大锭子的制造技术，然后还要建立起大型变形铝合金加工技术。我国高强铝合金大铸锭的生产都存在问题，是当前重要的科技攻关课题。
目前，铝合金大铸锭普遍采用立式连续铸锭技术和水平连续铸造技术，铝合金大铸锭一般采用立式半连续铸锭技术[10,11]。为了改善铸锭的质量，发展了一些较先进的铸锭技术，如电磁铸锭技术、热顶铸锭技术、悬浮铸锭技术、流变铸锭技术，还有在发展中的一些技术，如美国特殊金属公司提出的一种VADER法、日本千叶工业大学提出的“内部凝固法”，即所谓OCC方法[12-14]。
图1.1是电磁铸锭法示意图。电磁铸锭法20世纪60年代中期前苏联发展的一种技术，从20世纪70年代以来，各国争相引进应用[11.12]。它是利用电磁感应器产生的电磁推力限制金属液流散，并在金属液表面张力及氧化膜的维护下，内受电磁搅拌外受直接水冷作用而冷凝成锭的。电磁铸锭法的特点是：在铸锭过程中金属液主要靠电磁力成型，不与电磁场内的一切工具接触，无一次水冷，只有二次水冷且冷却强度大，铸锭下降时无接触摩擦，液穴较浅且受电磁推力而旋转,铸态组织细密，枝晶臂间距较小，偏析度较小，力学性能较高，表面质量好，成材率较高。但需增加设备投资，在更换铸锭规格时磁场工具也得换。

1.流槽；2.节流阀；3.漏斗；4.电磁屏；5.液穴；6.感应器；7.螺栓；8.盖板；9.冷却水环；10.铸锭；11.引锭座

图1.1 电磁铸锭装置示意图

图1.2是热顶铸锭法示意图。热顶铸造技术是由法国人G.Trapied研究出来的。它在水冷结晶器上壁放置保温耐火内衬，以免熔体过早过多地散失热量，缩短熔体到达二次水冷处的距离，使凝壳早受水冷，可减少形成冷隔、气隙及反偏析瘤倾向。此法的特点是：利用结晶器上部内壁的保温作用，减免冷隔和夹渣等缺陷，降低结晶器的有效高度，提前水冷，增大冷速，可改善锭坯表面和内部质量[15-16]。主要用于中、小锭坯。
电磁铸锭技术和热顶铸锭技术都是从液穴的周边施加影响，随着铸锭尺寸的增大，其作用受到限制，且没有改变从周边冷却的传统方法思路。
(a) 保温帽口式； (b) 保温流槽式
1.石棉板；2.结晶器；3.二次冷却水； 4.金属液；
5.水箱；6.铸锭；7.保温流槽

图1.2 热顶铸锭法示意图

图1.3是悬浮铸锭示意图[17]。此法是在浇注过程中将定量的金属或非金属粉末加入到金属液流中去，使之与熔体均匀混合并悬浮于其中，起吸热、形核、促进凝固和弥散强化等作用。悬浮法的特点能细化晶粒，明显改善铸锭组织和性能的均匀性，降低热裂和偏析倾向，提高致密度和力学性能，还可提高锭模寿命及铸锭速度。但必须事先制粉，且粉粒不易均匀分布在熔体中，另外还可能增加夹渣和气孔等缺陷。
(a) 加粉方法； (b) 加粉器
1.浇斗；2.吸尘器；3.进粉管道； 4.进氩气管道；5.喷水嘴；6.流柱；7.喷粉嘴；8.导辊；9.结晶器；10.铸锭

图1.3 悬浮铸锭法示意图

图1.4是固液铸锭（流变铸锭）示意图（半固态铸造）。固液铸造法是在合金熔体处在固液两相共存状态下进行铸造的一种技术，它是20世纪70年代初由美国发展的。该法突破了以往仅由液体铸造和固体锻造的传统方法，开拓了金属构件及材料成型的新途径。
固液铸造法与液体铸造法有所不同[18]。在金属凝固过程中，一般总是形成枝晶发达的晶体，当冷凝到含20％～30％固相时，枝晶开始搭接成少数的结晶骨架；当固相增加到40％～60％时，剩余部分的金属液变成几乎不能流动的糊状金属。但研究发现，当强烈搅拌时，正在凝固的糊状合金和浆糊一样具有良好的流动性，称为流变性，利用此种糊状金属直接铸造，便是流变铸造。固液两相浆料不仅具有流变性，而且还有触变性或搅溶性。将这种流变铸坯重新加热到固液区温度，再进行挤压成棒或压铸成件，便称为触变铸造。固液铸造的特点是：解决了高熔点合金挤铸模寿命问题，挤压含50％固相浆料时，充型平稳，无喷射，浇温低，模具表面温度比液体金属挤压时低得多，因而可延长模具寿命；产品性能高，可减少金属的二次氧化生渣及裹入气体，细化晶粒，铸件致密度高，力学性能高于液体压铸者，有的可达到锻件水平；扩大了材料的成型途径。但是，存在难于精确控制固相体积分数及其形状和尺寸，产品的延伸率不够稳定等问题。这种方法仅适应于制备小型铸锭。
1.感应器；2.搅拌器；3.浆料；4.冷却水管；5.结晶器；6.铸锭；7.固液穴

图1.4 流变铸锭法示意图

悬浮铸锭法和固液铸锭法着眼于从熔体内部采取措施，大大改善了铸锭的组织和性能,表现出铸锭制备技术的优点。但是，这两种工艺的特点反映出对制备大铸锭的不适应性。
还有一些在发展中的铸锭新方法。如1982年美国特殊金属公司的W.J.Woeseh等提出的VADER法，用以制得了细晶的优质铸锭。它是以两根经真空感应电炉熔铸的合金锭坯作自耗电极，装于真空炉内通电后在水平电极间产生电弧，刚要熔化的糊状金属液滴在高速旋转电极离心力作用下，被甩落到下面的水冷结晶器内，凝固成细晶粒铸锭。又如1983年初日本千叶工业大学大野研究室研究成功的一种与传统方法完全不同的凝固技术，即熔体内部凝固法。如图1.5所示，它是将锭模加热到合金熔点以上温度，以保证紧靠模壁的熔体最后凝固，依靠在熔体内部加入晶核物质，使由熔体中部向外进行顺序凝固。这样，就从根本上解决了内部出现各种缺陷（如气孔、缩孔、裂纹等）的问题。

图1.5 OCC连续定向凝固原理

这些方法虽然富有开拓思想，也能改善铸锭内部质量，但对于大铸锭，铸造条件难以保证。
在常规半连续铸造中，早已从理论和实践中证明[19]，铸锭尺寸加大引起显微组织呈规律性的粗化，即随着铸锭尺寸的增大，铸锭枝晶结构的不均匀性增大。浇铸大型铸锭时，实质上使获得具有弥散显微组织的铸锭和半成品的问题复杂化。尽管在常规铸造中采取了许多措施，如结晶器的改造、二次冷却系统的改善、覆盖剂和变质剂的采用、超声和电磁搅拌的外场作用等等，都没有解决好枝晶结晶过程中扩散因素和热因素相对作用的问题，突破枝晶晶胞尺寸ξ与局部体积结晶时间τ影响的机制。
我国在铝合金铸锭技术方面长期采用的是传统的半连续铸造方法。现在的研究集中在对结晶器和外场施加的研究，且不能大规模应用于工业化生产[20,21,22]，因而，越是向大型铸锭发展，要获得沿截面充分均匀的显微组织的铸锭越加困难。因此，要实现对铝合金大铸锭的生产，对铸锭新技术、新原理、新工艺的研发是迫在眉睫的。

第二章 250mm圆锭液压半连续铸造机设计
2.1主要技术参数
1、铸造材料：铝棒。
2、铸棒规格：φ120、φ180、φ250。
3、铸造平台顶面标高： 与炉组协调；
4、铸造速度：15～120mm/min连续可调，无振动和抖动（精度≤1% 设定铸造速度）
5、最大铸造重量：5000kg
6、冷却水流量：600～5000l/min(Max)连续可调、稳态精度＜2%，动态精度＜10%
7、升降平台满载快速提升速度：500mm/min
8、升降平台空载快速提升速度：1500mm/min，至最后300mm时，减速至500mm/min
9、升降平台空载快速下降速度：1500mm/min，至最后300mm时，减速至500mm/min
10、升降平台铸造有效行程：5000mm;
11、升降平台的最大行程：5500mm;
2.2主要设备性能参数
2.2.1. 液压系统
油箱内外喷塑处理，有效容积：500L；系统压力： 12.5Mpa；公称流量：50L/min；介质温升≤50℃。
2.2.2. 升降平台
承载5吨,涂海洋船舶漆，厚度0.2mm，保证不脱落。
2.2.3铸造平台倾翻装置
整体由水平向上翻转85°，油缸是直径为φ140mm。轴承为自润滑轴承，防腐处理按升降平台。
2.2.4. 冷却水系统
过滤精度为0.44mm，可定期清洁及更换。
2.2.5. 主油缸：
前端铰轴联结柱塞缸φ200Xφ180X5500mm。
2.2.6. 导轨
四根导轨表面镶嵌经硬化处理的不锈钢导轨滑板。导轨平面度为0.10mm，安装后铅垂度可达到0.15mm。后面通过调整垫板固定在井壁基础上，调整垫板上带有楔型调整块，可使导轨在调整垫板上有前后10mm以及2°的调整量。
2.2.7. 轨道间隙调整
楔块式调节装置，所有联接螺栓及调节螺栓均为不锈钢，调节量为6mm。
2.2.8. 主油缸
采用柱塞油缸；缸杆采用45＃钢调质处理，外表镀硬铬,厚度不小于0.04mm，HRC45。
油缸的密封采用派克原装进口产品，耐高温低阻尼，平稳导向。
2.2.9. 缸杆端球面联结
采用自润滑球面关节轴承，保证油缸不受扭矩，不产生卡轨现象。
2.2.10铸造平台倾翻装置
整体由水平向上翻转85°，油缸是直径为φ140mm，可保证在任何位置倾翻臂均可锁定在原位不动。复位精度±1mm。轴承为自润滑轴承，防腐处理按升降台。
2.3 设备结构
2.3.1. 液压系统
　　液压系统由油泵-电机组、油箱、阀组块、控制阀、压力表、空气滤清器、供油过滤器、冷却器、液位计, 电接点液位计，电接点温度计等组成。
　　采用两台恒压变量柱塞泵，一台为ATOS的PVPC71，公称流量为80L/min。配国产Y132型卧式电机。配置一套冷却回路，供液压油过滤和冷却使用，过滤器为管式水冷；过滤精度为10μm，榆次的叶片泵。泵装置安装在油箱顶面。控制阀选用ATOS的原装产品。系统具有压力保护、堵塞报警、使用耐高温液压油。
　　油箱采用回油、吸油分离式结构，以防止回油被直接吸入油泵。
　　铸造时升降平台的负载特性为势能特性且是渐进增加的，因此采用具有自动压力调节补偿和位置反馈功能的ATOS单向电磁流量比例阀，形成背压控制，阀的控制精度为0.5%。
　　闭环速度控制系统由电磁流量比例阀及中间控制回路组成。传感器检测平台的位置，根据PLC内的时钟计算出铸造速度，其与设定值比较，误差信号反馈到PLC，PLC发出调节信号到比例阀调节阀芯位置，达到速度的恒定。同时流量传感器的检测累计计算出铸造长度。
　　液压油温的变化直接影响铸造速度的精度，因此必须保证液压油温度在允许范围内，为此，专门设置了液压油冷却装置，冷却器为国产管式冷却器，冷却面积为4m2, 冷却器进水管装电磁阀，保正系统温升≤50℃。
2.3.2. 升降平台
　　升降平台为钢板焊接式结构，经过整体去应力退火防变形处理，最后经数控镗铣床加工成型，并经防锈处理涂海洋船舶漆，厚度0.2mm，保证不脱落。平台四周装有调整机构，调整机构上带有楔型调整块，调整块上镶嵌聚四氟乙烯板，通过调整机构调整升降平台与导轨面的间隙。升降平台的顶部装有顶部连接板和定位销，用以连接引锭座。
2.3.3. 导轨
　　导轨是升降平台升降过程中的导向装置，其抗变型(刚度)、耐磨损及耐腐蚀能力至关重要。四根导轨采用箱型焊接式结构，焊后经过整体退火处理，以消除焊接残余应力，防止变形，并进行防锈处理，再经过数控镗铣床加工导轨槽，再镶嵌经硬化处理的不锈钢导轨板，硬度HB229-249，镶嵌导轨板用的不锈钢螺钉经封闭处理，保证不松动，再经过数控镗铣床粗、精加工导轨面，最后经过导轨磨床研磨导轨平面。导轨平面度为0.1mm，安装后铅垂度可达到0.15mm。导轨钢板厚度不小于15mm。导轨底部固定在钢结构框架上，侧面通过调整垫板固定在井壁基础上，调整垫板上带有楔型调整块，可使导轨在调整垫板上有前后及2°的调整量。
2.3.4. 轨道间隙调整
　　轨道间隙调整由已经在公司内部标准化的可调节楔块组组成，楔块的材质为锻钢，机加工后研磨而成，安装在升降平台的四面，每面两个。楔块的所有连接螺栓及调节螺栓均为不锈钢，顶部的调节螺栓带有防护罩，防止挂铝。其调节量6mm，可以很方便地调节升降平台与导轨的间隙。
2.3.5. 油缸头部球面连接装置
　　油缸活塞杆端部螺纹与锻钢制成的过渡连接头相连，过渡接头与升降平台经120系列关节轴承连接，关节轴承具有自润滑功能，间隙由顶部的不锈钢螺栓来调整十分方便。特制的防护罩保证颗粒物质不能进入轴承内, 关节轴承的使用保证了油缸不受附加力而破坏，具有维护使用方便等优点
2.3.6. 铸造平台倾翻装置
　　钢板整体焊接结构，退火后，机加工成型，转臂中孔安装输水管,下部铰轴孔与平推式油缸相连，在油缸的作用下，整体由水平向上翻转85°，油缸是直径为φ140mm的标准冶金系列缸。两条平行的转臂，每条带有两个输水孔，经密封及定位销与水套用螺栓相联结，其控制液压系统可保证在任何位置锁定不动。冷却水经翻转轴并通过回转接头进入水框中，具有定位准确，使用安全、维护方便等优点。翻转前电动阀门自动打开，将结晶器及水套中残水放空。防腐处理按升降平台。
2.3.7. 冷却水系统
　　该系统设有管道，手动碟阀，管式过滤器，电动碟阀，电动调节阀，压力传感器，电磁流量计，温度传感器等组成。手动阀在检修时使用，电动碟阀在突然断水时将主水路关闭，将应急水路打开。冷却水经过滤后，进入控制阀，为防止颗粒杂物阻塞结晶器及损坏调节阀，影响冷却效果，系统安装了篮式过滤器，过滤器为不锈钢过滤网桶，细过滤精度为0.44mm，可定期清洁及更换，所有工作可在十分钟完成。高精度电磁流量计，手动闸门（故障状态使用），高性能调节阀门（精确线性控制水流量）等，可根据工艺要求自动闭环调整控制冷却水流量。冷却水管路上的元件(温度计、压力计)起监控报警作用。
2.3.8. 排水系统
　　冷却水对铸锭进行冷却后，全部流入铸井， 当铸井积水达到一定高度时，通过溢流孔进行排水。
2.3.9. 主油缸
　　油缸选用柱塞油缸，缸体为精轧管经加工而成，缸杆采用45＃钢调质处理，外表镀硬铬厚度不小于0.04mm，HRC45。油缸的密封采用派克原装进口产品，同时具有封水，封油，导向功能。缸体采用先进的防锈技术。
3.10. 油缸保护套管（需方供货）
油缸保护套管用10 mm厚的钢板焊接，端部法兰厚度50 mm，涂沥青漆防锈及防渗漏处理，保证不进水，垂直度小于8mm。
2.3.10 电控系统
　　由动力柜(MCC)，PLC柜，远程诊断系统，操作台及操作显示终端（人机界面）等组成。
　　PLC为西门子S7-314C-2DP系列产品, I/O点10%备用。完成铸造机的逻辑操作，冷却水流量及铸造速度的闭环控制:
　　A、完成铸造机准备信号的采集，为铸造作好安全准备。
　　B、实现工艺过程的自动化。
2.3.11. 液压管路
　　采用1Cr18Ni9Ti(不锈钢)管，及锥密封的液压管接头，软管为两层钢丝的高压胶管。

第三章 中部搅拌热管冷却系统设计
3.1中部搅拌热管冷却系统的作用
目前，国内针对铝合金大铸锭裂纹问题，主要手段仍然是一些常规方法，如采用电磁搅拌、超声波搅拌和热顶铸造等方法，它们的共同特点是靠结晶器从液穴周边冷却，没有从根本上解决难铸合金结晶温度范围宽、铸造流动性不好的问题，搅拌热管冷却系统能从溶液中间吸取热量，细化晶粒，对提高铸件的质量有很大作用。
3.2中部搅拌热管冷却系统的构成
3.2.1机架
机架主要由两种槽钢和一种角钢，利用焊接工艺加工而成，对整个中部搅拌热管冷却系统起到一个主体支撑和传动部件的安放作用，三维建模效果图见图3.1：

图3.1机架三维效果图
3.2.2传动系统和导热系统
传动系统由一个气压系统提供搅拌器上下移动的动力，由一个异步电机及减速器和传动轴为搅拌系统提供动力；导热系统则和搅拌系统共用一个架子，由石墨坩埚和四个中间填充导热介质外围加焊螺旋散热片的无缝钢管及水箱构成，具体三维建模和实物图见图3.2：

图3.2导热系统和搅拌传动系统

3.2.3中部搅拌热管冷却系统的其他配备设备
在整个系统中还有一些其它采购设备，空气压缩机，在整个系统中为搅拌器的升降提供动力，温控仪，实验用的保温炉 ，实物图见图3.3：

图3.3空气压缩机及保温炉
3.3 中部搅拌热管冷却系统总体图
在完成了以上几个部分设计和加工后，中部搅拌热管冷却系统总体实物图和三维效果图分别见图3.4、图3.5：

图3.4中部搅拌热管冷却系统实物图

图3.4中部搅拌热管冷却系统效果图
1.熔化炉；2.流槽；3.铝液；4.石墨坩埚；5.支撑板；6.耐火砖；7.冷却水接头；8.伺服电机；9.低熔点合金搅拌筒；10.环状高温热管组；11.固定支架；12.保温炉
1
1111
111
7
2
100
9
3
8
7
2
12
4
6
5
3.4中部搅拌热管冷却系统工作原理

图3.5中部搅拌热管冷却系统工作原理图
第四章 装配工艺设计
4.1装配工艺系统图
为了便于装配，通常将机器分成若干个独立的装配单元，装配单元通常可划分为五个等级，即零件、套件、组件、部件和机器，图4.1为装配工艺系统图。

基准零件
机器
零件

零件
零件
零件
零件
部件
部件
组件
套件
零件

图4.1装配工艺系统图
4.2制定装配工艺规程的原则
1.保证产品装配质量；
2.选择合理的装配方法，综合考虑加工和装配的整体效益；
3.合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工装配工作量，缩短装配周期，提高装配效率；
4.尽量减少装配占地面积，提高单位面积生产率，改善劳动条件；
5.注意采用和发展新工艺、新技术。
4.3制定装配工艺规程步骤
1.研究产品装配图和验收条件；
2.确定装配方法和装配组织形式；
3.划分装配单元；
将产品划分为部件、组件和套件等装配单元是制定装配工艺规程最重要的一步。装配单元的划分要便于装配，并应合理的选择装配基准件。装配基准件应是产品的基体或主干零件、部件，应有较大的体积和重量，有足够的支撑面和较多的公共结合面。
4.确定装配顺序；
在划分装配单元并确定装配基准件以后，即可安排装配顺序。安排装配顺序的一般原则是先难后易、先内后外、先小后大、先下后上
5.划分装配工序；
6.编制装配工艺文件。
4.4装配尺寸链的建立
装配尺寸链：在机器装配关系中，由相关零件尺寸或位置关系组成的尺寸链；
封闭环：通常就是装配精度要求；
图4.2为常见尺寸链。

0.015
φ200
α2
α0
α1
O
O
Ⅱ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ

孔轴配合装配尺寸链 角度装配尺寸链

螺孔中心线
e
过孔中心线
X1
X2
Y2
Y1
O2
O1
P1

P2
P0

平面装配尺寸链
图4.2常见尺寸链
第五章 搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中的应用
5.1搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中的应用原理
本课题提出一种轻合金铸锭制备的新方法，简称为“热管导热铸锭法”。此法的工作原理如图5.1所示。这种方法就是要从根本上改变常规铸锭中单一的从铸锭周边冷却的方法，增加从中部导热冷却的途径，从而打破了传统铸锭方法的模式，自然，铸锭凝固过程中面临着一系列新的问题，这些问题的处理就是本课题的研究内容。本课题的目标就是要通过小铸锭半连续铸造的研究，探明新方法中出现的新规律、新机制，以期推广到大铸锭的半连续铸造。
工作原理：
在250mm圆锭液压半连续铸造机的基础上，在结晶器的上方加装搅拌热管冷却系统，在铸造过程中，将搅拌热管冷却系统的低熔点合金搅拌筒放到结晶器内，从熔融金属中带走热量，并把低熔点合金搅拌筒周围的细小晶核通过搅拌均匀地分散到金属溶液中，从而达到细化晶粒，使铸锭组织更为均匀的目的。

1—熔化炉；2—流槽；3—液穴；4—结晶器；5—冷却水；6—铸锭；7—冷却水接头；8—伺服电机；9—低熔点合金搅拌筒；10—环状高温热管组；11—固定支架；12—固液界面；13—加热结晶器用石墨；14—高频感应圈；15—喷水装置。
11
1
2
4
5
6
7
8
3
9
10
2
7
11
12
13
14
15

图5.1搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中应用原理 此实验装置示出了新铸锭方法的原理、功能及特点。将半连续铸锭、机械搅拌、热管导热三者连在一起，形成热管内冷搅拌半连续铸锭凝固体系。这个实验装置是由浇注系统、外冷却及保温系统、内冷却系统、内搅拌系统、牵引系统、控制系统及电器系统等组成，它同时具有铸锭液穴周边保温和中部一次冷却、铸锭外围二次冷却、中心部分机械搅拌、连续铸造的功能。与传统半连续铸造比较，新铸锭方法最大的特点是从液穴中部导热，周边结晶器保温，结合搅拌筒的机械搅拌作用，使液穴散热和形核更加快速和均匀。
热管导热装置是由连轴并盛有低熔点合金的搅拌筒与热管束构成，搅拌筒同时具有导热和搅拌作用，热管束从低熔点合金中导走热量。搅拌筒转速由无级调速电机控制，热管束导热率由热管冷端冷却系统控制。所使用的热管是无机高温超导热管，其工作温度可达1000℃，导热速率是白银的7000多倍，低熔点合金选用蒸汽压较小、热阻较小的合金。这种装置提供的是一种新颖的铸锭方法，深入研究其对凝固过程的影响规律和作用机制是十分必要的。这种装置作用机制的研究成功将对铝合金大铸锭的制备具有重大的意义。

第六章 平面布置图
6.1 250mm圆锭液压半连续铸造机的平面装配图
由于250mm圆锭液压半连续铸造机铸造机实际尺寸比较大，在说明书里边只对装配图做一个大致的表述，具体细节参照附带的工程图纸，图6.1为250mm圆锭液压半连续铸造机的装配略图。

图6.1 250mm圆锭液压半连续铸造机装配略图

6.2 搅拌热管冷却系统平面装配图
搅拌热管冷却系统，主要由机架、导热系统、传动系统和控制系统组成，其平面装配图如图6.2所示：

图6.2 搅拌热管冷却系统装配图

6.3热管冷却系统应用于铸造机后的平面布置
搅拌热管冷却系统主要是作用于结晶器上面的熔融金属液体，所以，只需将低熔点合金搅拌筒至于结晶器的上方，把距离控制合理的范围内且不于铸造机的其他子系统相干涉即可，具体的细节如图6.3所示，图6.3主要是从两个不同的角度所绘制的两个不同的视图，能反应空间两个系统的相对位置。

图6.3铸造机和热管冷却系统整合图
第七章 设备工艺运行说明
7.1铸造准备
启动液压站，将倾翻铸造平台合上，升降平台载着引锭座快速提升至距合模300mm处，自动转入低速上升，接近平台复位(合模)处自动停止，用点动开关进行位置的精确调整至合模完成，然后用压缩空气将结晶器及引锭头底座吹干。
在操作终端上按工艺要求设定开头阶段的不同的铸造速度、长度、冷却水流量和正常铸造阶段的铸造速度，水流量，铸造总长度等工艺参数； 输入铸锭合金牌号、断面尺寸 、工号、结晶器号等操作参数。打开冷却水电动碟阀。