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GZT250M 型脉冲式高频振动铸造浇铸造台设计制造与应用

王俊（总经理.高级工程师）

（武汉威斯克工程机械设备有限公司，湖北武汉 430050）

摘要：GZT250M 型系列脉冲式高频振动铸造浇注凝固台，主要功能是促进离散状态下的高温流体金属晶粒之间相互充填和紧实的机理在高频激振力的作用下，能最大限度的挤压出流体液晶中的气体和杂质；高频振动台所产生的高频率振动，也最大程度上减小了金属结晶过程中的晶体之的阻尼；与此同时，晶粒经受惯性力的作用，在晶层间磨擦力的减小，晶粒之间的吸附引力能力大大削弱，液态金属的流动性显着提高。于是在高频挤压力的作用下，在良好流动性的促进下，晶粒在高频振动的诱引挤压强化了流动性，提高了气体和杂质析出的能力，从而大大缩小的晶面的无间隙、无杂的理想结晶状态，使之最终固态金属的比重接近或达到理论密度比值。

关健词：高频；脉冲式；多维度；振动浇注；致密结晶

Design， Manufacture， Application and Maintenance of GZT250M series High FrequencyPulse Vibration Pouring Table

Wang Jun

（Wuhan WISCO Engineering Machinery Equipment Co.， Ltd， Wuhan 430050， Hubei）

Abstract: The function of high-frequency casting vibration casting is to promote the filling and compaction of high-temperature fluid metal grains in discrete state. Under the action of high-frequency excitation force， the gas and impurities in the fluid liquid crystal are squeezed out; The damping of the crystal in the process of metal crystallization is reduced， the crystal is subjected to inertial force， the friction force between the crystal layers is reduced， the adsorption attraction ability between the crystal is greatly weakened， and the fluidity of liquid metal is significantly improved Then， under the action of high-frequency extrusion force and the promotion of good fluidity， the grains are squeezed under the guidance of high-frequency vibration to strengthen fluidity， improve the ability of gas and impurity precipitation， and compact crystals.

Key words: high-frequency; pulse; multidimensionality; vibrating pouring; dense crystallization

通过表 1 由河北东方铸业的生产试用结论不难看出，振动铸造与普通铸造对铸件的力学性能的影响有较明显的区别。

从这一结果就足以说明，只有高频振动的共振激励结晶效能，才能使液态金属的细化结晶的填充能力得到十分显著的强化。由此，使得材料的品质与综合机械性能得到十分显著的提高。消除了无气无渣无收缩还只是振动铸造台应用的一个辅助效应；解决铸件材质的致密度和平衡凝结以至综合机械性能的提高才是振动铸造台的终极目标。具国内有关材料研究成果试验结果证明，在振动铸造的工艺流程的作用下，材质结晶的等级可达到 6-8 级；这就是 GZF250M 型系列脉冲式高频振动铸造工业台独具特色的技术先进性。

1 高频振动铸造凝固台型的设计分类（以下简称：振动台）

高频振动台的基本类型按工作中能否移动可分为以下几种类型：

（1）固定式振动台和移动式振动台；

（2）按激振力的空间自由度方向可分为：1、2、3、4、5 维度振动台；

（3）按振动频率又可分为工频振动台和高频振动台。

（4）按台的动态特性又可分为平振台型和紊振台型（本特性仅限于高频类）：

 a）平振台型：脉冲式激振形式，运行起点频率就是 200-250HZ，被振物不论轻重，放在台面上都不会出现跳动的台型，尤其对砂型型腔不具破坏性；

 b）紊振台型:台架的固有频率与高频激振力源的频率不同步，一但超过 120HZ 就会紊乱振动的 — 既被振物会在台面出现紊乱跳动的台型;当下国内大多数厂家生产的都属于紊乱振动台型；紊振台型只适应作破坏性实验之用，绝不能用于铸造的振动浇注之用，因为这样会严重破坏液态金属的终极还原和平衡凝固。

人们通常见到的都是工业频率（50Hz）的普通重力振动台，而普通高频振动台是在近二十年内才在国内兴起且得到广泛应用的。但高频脉机械冲式振动台只 2004 年才由武汉威斯克工程机械设备有限公司首创设计研制推出从过单纯的一维发展到多维脉冲式台型，填补了这项行业技术空白。主要诱因是由其是在近几年消失模、V 法等真空和空壳现代铸造浇铸高合金及耐磨材料在国内的广泛应用上对更高层次的工业台型脉冲式非破坏性激振功能的需求；所以，GZT250M 型系列脉冲式高频振动浇铸凝固台的成功应用显现出了不可替代的独特作用。如图 1 和 2 所示。

图 1 GZT250M5H 型脉冲式五维高频振动浇铸台     图 2 ZEB250E 型五维度高频智能电源控制系统

2 高频振动台设计结构与制造

2.1 高频振动铸造凝固台的构成

GZT250M 型系列脉冲式高频振动台的设计指导原则主是参照国相关标准和 QB/T2206-2022 企业原创标准为设计制造的主要技术原则。主体结构是要有个台面、桁架、2-N 个脉冲式高频振动电机、配套平面减振器、台脚机架 5 大部分组成。脉冲式高频振动台工作运行必须是脉冲式高频激振，平稳，无擅抖动，具有较高的承载能力，运行非常平稳，工作噪音很小，承载型构造的工艺适应面宽。是消失模、V 法、覆膜砂、树脂砂等铸造工艺流程的高频振动浇铸和多维度脉冲式高频装箱振实最佳装备结构与配置。见图 3 和图 4 所示。

2.2 脉冲式高频振电机的技术原理3

GZF120-250 型及系列脉冲式高频振动电机（本系列振动电机均属引进欧共体先进技术产品，见图 4）主要用于金属模有色金属铸造、消失模、V 法和覆膜砂型铸造振动浇铸、装箱用台和工业高频振动平台等工民建建筑单独振捣和共振施工。本系列产品产品具有激振力大、激振频率高、有着较好的抗共振的适应性及应用工艺面广之特点；特别是在工业振动力源上的集群共振的同步性上有着十分优越的平稳表现。可持续工作运行、可调频和调力的技术在国内首创领先。而被国内外广泛使用。（见图 3）

   图 3 高频振动器与台面与桁架的联接          图 4 GZF250-250M 型脉冲式高频振动电机

2.2.1 规格&参数（S1 可持续工作系列机型参数范围）

2.2.2 本产品由特殊设计的电机外加偏心块组成，当电机旋转时，偏心块产生激振力通过电机传递给振动台面。

2.2.3 振动电机只需调节两端外侧的偏心块，使之于内侧偏心块形成一定的夹角，就可无级调整激振力。

激振力: Fm=G/g×r×ω²

G：偏心块质量.                      g：重力加速度

r：偏心块质心与回转轴的距离         ω：电机旋转角频率

振幅：S＝（0.2-0.8）/（N/250）²×Fm/G

Fm：激振力（N）                      G： 参振重量

N： 转速                           S： 双振幅（mm） 

2.2.4 本系列振动电机为三相 380V 200HZ 高频振动器，封闭自冷式、卧式安装。GZF120-250型系列振动器在连续工作时，周围空气中不得含有腐蚀性及爆炸性气体，环境温度不得超过 40℃。

（1）绕组的绝缘，如受潮应采用相应方法处理 500V 兆欧表检查绕组的绝缘电阻，在接近工作温度（70℃）时，应不低于0.38MΩ，否则应进行烘干处理。

（2）电缆线是否完好，如发生断裂破损应及时更换。

（3）机体是否完好，如有损坏请与我们联系以便更换。

将振动电机安装在振动机械上时，振动电机的地脚螺栓必须紧固，每个螺母下必须加弹性垫圈。振动电机运转初期，由于螺栓、螺母、底座平面间的磨合，会降低紧固力，出现小的松动，故运转初期应将电机的地脚螺栓多次拧紧，开始时每天紧固一次，两周后每周检查紧固一次。

2.2.5 激振力的调整

振动电机每端出轴均有一个固定偏心块和一个可调偏心块，调节可调偏心块和固定偏心块之间的夹角可改变激振力的大小。出厂时可调偏心块和固定偏心块之间的夹角为 0 度，这时的激振力为振动电机的额定激振力 F，不同夹角时的激振力如表：

要特别注意，调整激振力时，要将振动电机两端出轴上的可调偏心块向同一个方向调整为相同的角度。

2.2.6 激振力的调整步骤

（1）拆电机端盖；

（2）旋松外侧偏心块加紧螺栓；

（3）两侧偏心块应同方向转动，使轴上刻线对准偏心块上激振力示值线至需要的激振力值处，并检查两端是否为相同的角度。

2.3 使用维护和保养

高频振动电机的轴承应定期补充油脂，一般 2-3 个月补油一次。待振动电机处用油枪在油嘴处注入或进行拆卸注油。注油量为轴承室容积的三分之一至二分之一。

高频振动电机一般运行 3-6 个月常规维护检修一次，一年综合维护捡修一次。小修时清除机体表面积尘，检查线圈的绝缘电阻、接线是否牢固，及时清除隐患。大修时应开电机，清除机体内外积尘，检查轴承的磨损，检查接头. 接地及各紧固螺栓是否松动并及时紧固，更换新的润滑脂。

振动电机不用时，必须存放在通风干燥的仓库，库内不应用腐蚀性气体，对新储存振动电机应定期检。

2.4 变频电源与控制系统（见图 2）

2.4.1 电子调频电源控制柜基本参数

（1）型号：                 ZEB250E-（4-20）

（2）容量：                 15-120                 （kW）

（3）输入电源：             3 /380/（50-60）        （P/V/Hz）

（4）额定输出电流：         20-200                 （A）

（5）外形尺寸（长*宽*高）： 1200 * 550 * 17500      （mm）

（6）安装尺寸：             970 * 510               （mm）

（7）承振吨位：             1-200                 （kg）

2.4.2 智能变频电源控制系统的起动、停机程序

（1）启动：先接通柜外电源（电源灯亮。第一次启动请务必将柜内所有断路器全部合上）。操作员面对柜，按下右起（启动/开关）按钮——再按下左边（运行/开关）按钮，启动完毕；无异常，可进入工作运行。注意：切不倒置启动顺序！遥控开关顺序一样。5

（2）停机：操作员面对柜从左向右：首先按起变频器开关—再按起振动器开关—最后切断柜外电源，终止运行。

2.4.3 高频电源系统的保护

（1）变频柜要求放在通风、无尘、无水（潮湿）、无振荡处；环境温度不大于摄氏 0-37℃；

（2）请特别注意对振动电机和控制柜应按照电工规范进行可靠的接地保护；

（3）请用户认真阅读变频器《使用手册》，严格执行手册中所要求的相关电气安全规定；

（4）非专业电气技术人员不得开启变频柜门。柜体后背板如电工接线需要可拆开；

（5）柜体基脚需采用矩形井口式基础，柜体脚边密封要严实，机脚螺栓要锁紧，接地预埋螺杆要达标可靠；

（6）基脚螺栓为 4-M10*长度和预埋深度自定，其中至少可有一根基脚螺栓的预埋深度要达到可靠的电工接地标准（柜体切不可以当作接地装置）；

（7）变频器接地保护与振动器的接地保护必须分开进行可靠接地处理，切不可在同一处接地。

3 高频振动台应用与维护

3.1 高频振动台的应用

近年来消失模铸造技术得到了快速发展，被铸造界誉之为“21 世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。在消失模铸造中，干砂振动充填和紧实的好坏直接影响铸件的质量。目前，国内消失模铸造大多采用机械式振动台，它是以振动电机的不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，不平衡重块旋转时可以产生正弦振动。而脉冲式铸造高频振动台由 2-20 台不等高频振动电机组成的共振群，高频振动台采用国际上最先进的数码调频自动控制电源系统。为提升消失模铸造生产的边振边浇铸的紧实效能，我们首创采用了高频率多机群振动台，这种台振动电机提供的高频激振原动力所产生的密实效能是有别于通用工频振动台的。因为在单位时间内高频台的激振效率会比普通振动台高出 3 倍之多。

3.2 GZT250M 型高频振动台的特点

3.2.1 高频振动平台一至五维度的激振工艺转换一键操作的独具功能特性。

（1）大功率、大台面；最大功率 50kW× （2-30），激振力 360kN 最大承载量可设计制造到承载生产能力达 180T 之多；

（2）台面高度可调，适合用于流水线上使用；

（3）高频振动，可独立控制，适用于复杂型腔铸件；

（4）无级调频，造型过程中，在不伤害模型的前提下，可获得最佳紧实效果；

（5）高频激振力共振力配合适当，机体质量轻、体积小；

（6）因充分利用了自动协调同步平稳的回转产生振动，噪声低，稳定性高；

（7）高频振动器自封闭结构，可在任何无防爆要求的粉尘条件下工作；

（8）只需调节两端外侧的偏心块，使之于内侧偏心块形成一定的夹角，就可无级调整激振力；

（9）电源频率可从 150-250Hz 间任意调节，如果因有特殊需要，也可在 100-250Hz 或 200-300Hz间做短时间内的试验运行；

（10）可多机组合成各种振动形式，以完成各种作业要求；6

（11）机种丰富，规格齐全，能满足各类振动机械的工作需要。

3.3 使用环境与条件

振动加速度: 不超过 20G（G 为重力加速度）；

环境温度：-40℃~40℃（超过 40℃应降低功率使用）；

地理位置：海拔不超过 3000m，（如超过 1000m，但不超过 4000m 时，每增加 100m，额定温度限值应降低 0.5℃；

额定温升：65℃；额定电压：380V；额定频率：200-250Hz；绝缘等级：F；相数：3；接法：Y/△；工作方式：连续（S1）；安装方式：任意方向；防护等级：IP55-60。

3.4 高频振动平台的调整、使用与维护

3.4.1 高频脉冲式振动平台启运和停机时，不会出现大振幅摆动；

3.4.2 高频振动台的调整主要是减振块的更换；

3.4.3 电机连接螺栓的紧固与更换也是十分重要的，振动平台安装投产后，在第一周应对振动电机的连接螺栓的紧固程度检查一次。如有松动应及时重新紧固。此后可每月检螺栓的紧固程度 1 次；

3.4.4 为保证振动平台生产能力，每班开机前应清除台面上的残留异物。

4 结 论

GZT250M 型脉冲式高频振动铸造台的成功研发首创性解决了金属材料在高温离散状态下从独立的原子形态向多元合金晶体结构转化，在高频脉冲式激振下快速达到过冷度平衡孕晶形成的优化过程。这一热态金属材料从原来的被动热扩散向主动的提前热平衡交换运动而促进从单一原子到多元合金晶包形成的优化效果；也是曾被人们忽略或者说不为多数人知的且能够人为干预的：早结、多结、细结和平衡结晶且无气、无渣、无收缩的理想材质凝固过程。通过中设集团在江苏生产基地在有色金属铸造中把脉冲式振动铸造与离心铸造的对比数据中（表 2）更有力的证明了振动铸造的实际效能。

表 2 脉冲式振动铸造与离心铸造的对比数据

所以，现在要探索的真正意义上的高频脉冲式振动铸造凝固台在现代工业化应用中的实际效能就是在向人们进一步揭示在动态的机械脉冲式振动铸造这个过程的规律性是非常有着现实义意的和应用前景。

参考文献：

1 司乃钧，许德珠 .金属工艺学[M].北京：高等教育出版社，2001.

2 李隆盛，铸钢及熔炼，机械工业出版社，1981.

3 李远才. 铸造手册：造型材料 [M]. 第 4 版，北京：机械工业出版社，20207

4 《金属机械性能》编写组: 《金属机械性能》，机械工业出版社， 1 9 8 2

5 张德恩，卢锦德，张晓燕．机械振动对新型铸造铝合金凝固组织和性能的影响[J]．贵州大学学报：自然科学版，2009，26（1）：80—82．

 6 有云，许云华．金属凝固原理及技术[M]．北京：冶金工业出版社，2008：42一44．

作者简介：王俊：男；1959 年 1 月生，毕业于武汉理工大学，专业：《机械制造工艺及设备》和《企业管理工程》。

高级工程师，长期从事机械设计制造和铸造工艺应用与技术设备研发。曾历任：国家城市建设部城市汽车车辆专家委员专家、湖北省铸造行业网专业委员；多次获国家经贸委国家新产品专项项目主持人、湖北省和武汉市科技成果奖和相关国家专利等多项。现任武汉威斯克工程机械设备有限公司总经理兼总工程师。主要研发生产高频振动力源、专用高频振动电机、高频振动成套设备和各型专用工程机械设备等；在国内首创研发成功推出了多维度机械脉冲式高频振动工业台系列产品，广泛用于国内外金属材料铸造成形 。

联系方式：手机 13507143778（微信同号）邮箱：754310885@qq.com 固定电话/传真：027-84755938.

2022 年 8 月 16 日于武汉