CN103231017A - 一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，包括真空熔炼室、铸型室、闸板阀、感应熔炼装置、主/辅真空系统、控制系统、振动机构、模壳传动系统和充放气系统，其中：真空熔炼室与铸型室之间设置闸板阀；真空熔炼室与主真空系统、铸型室与辅真空系统均通过各自的管路和阀门相连，并均设置有真空仪表及充放气系统；感应熔炼装置用于熔化合金；模壳传动系统和振动机构均设置于真空熔炼室和铸型室的底部。本发明通过振动方式实现铸件浇注和凝固，有效提升材料利用效率，解决复杂薄壁铸件浇注中的充填补缩不足的问题，特别是对壁厚小于3mm的薄壁铸件的充填补缩能力有很大提升。

Description

一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置

技术领域

本发明涉及铸造专业领域，具体地，涉及一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置。

背景技术

高温合金是制造航空、航天发动机和燃气轮机等高温热端部件不可替代的材料，也广泛应用在石油化工、核工业、汽车等行业上。自20世纪40年代以来，航空发动机涡轮前进口温度从730℃上升到1700℃以上，其中高温合金的铸造技术进步发挥了非常重要的作用。随着我国制造大飞机战略的实施以及航天、航空事业的飞速发展，高温合金精密铸件结构大型化、复杂化和薄壁化成为发展趋势。

随着高温合金大型复杂薄壁精密铸件的需求越来越多，铸件熔炼浇注过程铸型的充填问题日益突出，为了避免铸件充填不足造成的诸如浇不足、冷隔、疏松、缩孔等铸造缺陷，目前常用的装置是：（1）重力浇注装置，通过增大铸件浇冒补缩系统实现充填完满，浇冒补缩系统的金属重量往往达到铸件重量的4-5倍；（2）离心浇注装置，通过铸型转动使金属液产生一定的离心力填充完满，此种方法虽然减少了浇冒系统金属重量，但铸件容易产生成分偏析，并且铸件形状收到限制；（3）调压浇注装置，通过上下两个气罐控制作用于金属液和铸型之间的压力差达到使金属液充满铸型的目的，对于高温合金而言此装置存在设备成本高、控制难度大等缺点。因此，高温合金大型复杂薄壁铸件的充填问题一直没有得到很好的解决。

经检索，中国发明专利公开号为102717051A，申请号为201210219506.2，该发明公开一种高温合金复杂薄壁铸件调压精密铸造装置，包括中频感应加热电源，调压炉、调压炉罐体提升系统、调压气路控制系统、真空系统和气体罐；其中：调压炉中的上下罐体通过中隔板隔开；中频感应加热电源用于熔化合金，连接到调压炉的下罐体；调压炉罐体提升系统设置在调压炉上方，用于提升上罐体；调压炉设有通气孔，该通气孔连接到调压炉外部的调压气路控制系统；调压气路控制系统与真空系统、气体罐依次相连接，实现调压炉内的真空度和压力调节。该发明虽然从理论上通过调压的方法能够实现复杂薄壁铸件的铸造，但实际上该装置用于比重大的高温合金复杂薄壁铸件的铸造方面仍存在设备制造成本高、操作难度大、无法实现高温合金大型薄壁精密铸件的浇注等诸多问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高温合金薄壁铸件精密铸造装置，通过在浇注过程中施加适当的振动满足高温合金大型复杂薄壁铸件的铸造要求，有效提升了材料的利用效率，解决了复杂薄壁铸件浇注中的充填补缩不足的问题，并且能够浇注比重大的高温合金大型薄壁铸件。

为实现上述目的，本发明提供一种高温合金薄壁铸件精密铸造装置，包括真空熔炼室、铸型室、闸板阀、感应熔炼装置、主真空系统、辅真空系统、控制系统、模壳充放气系统以及模壳传动与振动系统，其中：所述真空熔炼室与所述铸型室之间设置所述闸板阀隔开；所述真空熔炼室与所述主真空系统通过管路和阀门相连，并设置有真空仪表和所述充放气系统以显示和调节真空度；所述铸型室与所述辅真空系统通过管路和阀门相连，并设置有真空仪表和所述充放气系统以显示和调节真空度；所述感应熔炼装置用于熔化合金；所述模壳传动与振动系统设置于所述真空熔炼室和所述铸型室的底部；所述控制系统连接、控制所述模壳传动与振动系统。

优选地，所述真空熔炼室由立式炉体及其炉盖组成，所述立体炉体和所述炉盖均采用双层水冷金属壁结构，内壁采用不锈钢材质；所述炉盖通过液压系统压紧所述立体炉体并由密封胶圈密封。

优选地，所述真空熔炼室设置有真空抽气管路接口、测温装置和加料机构，所述真空熔炼室通过插板阀与所述测温装置、所述加料机构相连。

优选地，所述测温装置和所述加料机构由位于所述炉盖旁边的旋转塔、两个密闭空腔、隔离阀和放气阀组成的一个双工位互换装置，通过所述隔离阀在不破坏所述真空熔炼室真空的情况下进行精炼过程中的温度测量或原材料添加，所述测温装置的测温热电偶和所述加料机构的加料桶分别内置于两个所述密闭空腔中，采用减速电机加滚珠丝杠带动测温热电偶或加料桶上下运动，测温热电偶测得的金属液温度传给控温仪表显示出来。

更优选的，所述测温装置和加料机构均由液压系统驱动升降、转换位置。

优选地，所述铸型室为长方体结构，与所述真空熔炼室通过闸板阀相连，并设置有真空抽气管路接口。

更优选地，所述真空熔炼室的真空抽气管路上的粗抽部分设置有过滤网。

优选地，所述感应熔炼装置包括中频感应加热电源、感应线圈、铜排与水冷电极和坩埚，其中：所述中频感应加热电源通过所述铜排与水冷电极连接所述感应线圈；所述感应线圈内放置熔化合金用的所述坩埚；所述感应线圈和所述坩埚均设置于所述真空熔炼室内。

更优选的，所述感应线圈由感应器、与所述感应器相连接的可转动的同轴电极和集电进电装置组成。

更优选的，所述集电进电装置由同轴进电电极、集电盘和紫铜铜排构成，与所述中频感应加热电源连接，将电能输送到所述感应器上。

优选地，所述模壳传动与振动系统采用机械振动方式，通过偏心机构提供激振力和振动幅度，通过变频电机调整振动频率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、高温合金熔模精密铸造装置利用真空预处理、振动充型等手段实现平稳高效充型，实现铸件顺序凝固，可有效提升材料利用效率，实现近终净形铸造提供空间。

2、振动机构采用机械方式，通过偏心机构提供激振力和振动幅度，通过变频电机调整振动频率，使不同浇注材料均能获得理想的铸件品质。

3、本发明装置设计简单，成本低，可用于比重大的高温合金复杂薄壁铸件的铸造，能够有效的实现高温合金薄壁铸件的浇注充型，同时能够达到细化铸件组织，提高铸件的机械性能的目的。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明平面布置图；

图2为本发明结构示意图。

图中：1真空熔炼室；2铸型室；3测温和加料机构；4闸板阀；5中频感应加热电源；6感应线圈；7主真空系统；8辅真空系统；9模壳传动与振动系统；10液压缸；11控制系统；12铜排与水冷电极；13插板阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、2所示，本实施例提供一种高温合金薄壁铸件精密铸造装置，包括真空熔炼室1、铸型室2、测温和加料机构3、闸板阀4、中频感应加热电源5、感应线圈6、主真空系统7、辅真空系统8、模壳传动与振动系统9、液压缸10、控制系统11、铜排与水冷电极12和插板阀13，其中：所述真空熔炼室1通过真空抽气管路接口和管路阀门连接到所述主真空系统7；所述铸型室2通过真空抽气管路接口和管路阀门连接到所述辅真空系统8；所述真空熔炼室1与所述铸型室2之间设置所述闸板阀4隔断；由所述液压缸10驱动升降的所述测温和加料机构3通过所述插板阀13连接所述真空熔炼室1；所述中频感应加热电源5通过所述铜排与水冷电极12连接所述真空熔炼室1内的所述感应线圈6，所述感应线圈6内放置熔化合金用的坩埚；所述模壳传动与振动系统9设置于所述真空熔炼室1和所述铸型室2的底部；所述控制系统11连接、控制所述模壳传动与振动系统9。

本实施例中，所述真空熔炼室1由立式炉体、炉盖组成，所述立体炉体和所述炉盖均采用双层水冷金属壁结构，内壁采用304不锈钢材料，外壁采用碳钢材料；所述炉盖依靠所述液压缸10压紧立体炉体；所述立体炉体上安装有所述感应线圈6中的集电进电装置；所述炉盖上设置有两个观察孔，所述观察孔设置有耐高温石英玻璃，便于观察到炉内各个有效位置；所述真空熔炼室1与所述主真空系统7通过各种不同规格的真空连接管及法兰连接充放气系统和真空仪表，以显示和调节所述真空熔炼室1的真空度；所述铸型室2与所述辅真空系统8通过各种不同规格的真空连接管及法兰连接充放气系统和真空仪表以显示和调节所述铸型室2的真空度；所述真空熔炼室1的立体炉体、所述闸板阀4、所述铸型室2均焊接有供吊装用的吊耳。

本实施例中，所述主真空系统7可以为H-150滑阀式真空泵、ZJP-600罗茨真空泵、KT-400扩散泵和过滤器以及相应阀门管路；所述辅真空系统8可以为2X-70旋片泵+ZJP-300罗茨泵及相应阀门管路。

本实施例中，所述测温和加料机构3通过所述液压缸10的升降来压紧或离开所述插板阀13，所述插板阀13上设置起隔离密封作用的密封胶圈。

本实施例中，由所述感应线圈6、所述中频感应加热电源5、铜排与水冷电极12和坩埚组成中频感应加热装置，所述感应线圈6和所述坩埚设置于所述真空熔炼室1内部。

本实施例中，所述中频感应加热电源5加热熔化合金，然后通过所述感应线圈6旋转一定角度，使得所述坩埚内的合金溶液流入到模壳内，并启动所述模壳传动和振动系统9。

本实施例中，所述模壳传动与振动系统9用于将模壳从所述铸型室2通过轨道在打开所述闸板阀4后转移到所述真空熔炼室1中等待浇注。

本实施例中，所述模壳传动与振动系统9包括振动机构和模壳传动机构，所述振动机构包括偏心机构以及与其连接的变频电机，通过偏心机构提供激振力和振动幅度，通过变频电机调整振动频率，使不同浇注材料均能获得理想的铸件品质；所述模壳传动机构为模壳小车。

更具体地，所述振动机构用于浇注振动时，采用转盘单点振动模式，其振源采用机械方式，所述机械方式可以利用变频电机+离合器+凸轮轴结构，频率可变，振幅稳定可靠，即在所述模壳传动机构下设置机械式凸轮轴，通过手动离合器进行变频电机和凸轮轴的插接或分断。预先选好振动频率（调整变频电机转速频率），当所述模壳传动机构运行至浇注位置时，限位控制起作用，控制所述模壳传动机构停在指定位置上；然后手动扳动离合器，当凸轮轴与离合器插接牢固后，变频调速电机按预设转速带动偏心轮旋转，同时所述模壳传动机构开始振动（振频由变频电机给定，振幅由凸轮轴的偏心距确定）；所述模壳传动机构自动对正坩埚浇注口，此时变频电机和凸轮轴接入给定振动，实现边振动边浇注或浇注完成时振动，完成浇注任务。

本实施例的一种高温合金薄壁铸件精密铸造装置用于高温合金薄壁铸件精密铸造时，先根据不同的模壳材料，在外置的电阻炉中预热至800-1000度。

本发明通过振动方式实现铸件浇注和凝固，可有效提升材料利用效率，解决复杂薄壁铸件浇注中的充填补缩不足的问题，特别是对壁厚小于3mm的薄壁铸件的充填补缩能力有很大提升。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (11)

1.一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于包括真空熔炼室、铸型室、闸板阀、感应熔炼装置、主真空系统、辅真空系统、控制系统、模壳充放气系统以及模壳传动与振动系统，其中：所述真空熔炼室与所述铸型室之间设置所述闸板阀隔开；所述真空熔炼室与所述主真空系统通过管路和阀门相连，并设置有真空仪表和所述充放气系统以显示和调节真空度；所述铸型室与所述辅真空系统通过管路和阀门相连，并设置有真空仪表和所述充放气系统以显示和调节真空度；所述感应熔炼装置用于熔化合金；所述模壳传动与振动系统设置于所述真空熔炼室和所述铸型室的底部；所述控制系统连接、控制所述模壳传动与振动系统。

2.根据权利要求1所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述模壳传动与振动系统包括振动机构和模壳传动机构，所述振动机构包括偏心机构以及与其连接的变频电机，通过偏心机构提供激振力和振动幅度，通过变频电机调整振动频率；所述模壳传动机构为模壳小车。

3.根据权利要求2所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述振动机构用于浇注振动时，采用转盘单点振动模式，其振源采用机械方式，所述机械方式即在模壳传动机构下设置机械式凸轮轴，通过手动离合器进行变频电机和凸轮轴的插接或分断。

4.根据权利要求1所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述真空熔炼室由立式炉体、炉盖组成，所述立体炉体、所述炉盖均采用双层水冷金属壁结构，内壁采用不锈钢材质；所述炉盖通过液压系统压紧所述立体炉体并由密封胶圈密封。

5.根据权利要求1或4所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述真空熔炼室设置有真空抽气管路接口、测温装置和加料机构，所述真空熔炼室设置插板阀与所述测温装置、所述加料机构相连。

6.根据权利要求5所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述测温装置和所述加料机构由位于所述炉盖旁边的旋转塔、两个密闭空腔、隔离阀和放气阀组成一个双工位互换装置，通过所述隔离阀在不破坏所述真空熔炼室真空的情况下进行精炼过程中的温度测量或原材料添加，所述测温装置的测温热电偶和所述加料机构的加料桶分别内置于两个所述密闭空腔中，采用减速电机加滚珠丝杠带动所述测温热电偶或所述加料桶上下运动。

7.根据权利要求5所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述测温装置和加料机构均由液压系统驱动升降、转换位置。

8.根据权利要求1-4任一项所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述真空熔炼室的真空抽气管路上的粗抽部分设置有过滤网。

9.根据权利要求1-4任一项所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述铸型室为长方体结构，与所述真空熔炼室通过所述闸板阀相连，并设置有真空抽气管路接口。

10.根据权利要求1-4任一项所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述感应熔炼装置包括中频感应加热电源、感应线圈、铜排与水冷电极和坩埚，其中：所述中频感应加热电源通过所述铜排与水冷电极连接所述感应线圈，所述感应线圈内放置熔化合金用的所述坩埚；所述感应线圈和所述坩埚均设置于所述真空熔炼室内。

11.根据权利要求10所述的一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于，所述感应线圈由感应器、与所述感应器相连接的可转动的同轴电极以及集电进电装置组成，所述集电进电装置由同轴进电电极、集电盘和紫铜铜排构成，与所述中频感应加热电源连接，将电能输送到所述感应器上。