CN105081302A - 一种底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置 - Google Patents

Abstract

一种底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，所述拔塞机构安装在支架上。铸型位于所述堵头的下方。拔塞机构中的堵头安装在坩埚的浇注孔内，并通过拔塞杆与丝杠配合。本发明采用底注式浇注，无需电极及坩埚倾转机构，降低了设备的结构复杂性和熔炼浇注工序的繁琐性。同时，由于拔塞杆不与熔体接触，缩小了熔体与坩埚的接触时间和接触面积，降低了金属与熔体的反应程度。并且金属熔体的浇注位置准确定位于下方，不会产生飞溅和漏浇情况。

Description

一种底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置

技术领域

本发明涉及一种真空感应熔炼浇注控制装置，具体是一种易造成熔体飞溅、漏浇和金属熔体易于与坩埚反应的真空感应熔炼底部拔塞式浇注控制装置。

背景技术

感应熔炼是一种常见的熔炼制备金属材料的方法，通过交变磁场在金属集肤层内产生焦耳热来加热熔化金属，电磁力同时起到搅拌金属液、促使合金成分均匀的作用。随着新材料、新工艺的发展，在一些特殊材料熔炼制备过程中，特别是特种材料的真空熔炼，需要优化浇注方式、控制浇注过程以达到良好的熔炼和浇注效果，例如钛合金等高熔点活性材料。已公开的浇注装置有的在倾转浇注方式的基础上进行改进，如：公开号为CN103706781A的发明创造中公开了一种齿轮式定点倾转浇注机，利用行星齿轮实现浇包绕虚转轴定点转动，可保证浇包口和浇注口位置不变。但是，对于真空感应熔炼来说，坩埚是固定在感应线圈内部的，采用传统的倾转浇注方式，要实现感应线圈与坩埚的同时旋转倾倒，需要一套电极倾转机构及其控制系统，这不仅提高了真空熔炼设备的设计与制造成本，而且存在高温金属熔体流到有电流和水通过的感应加热线圈上的危险，引发安全事故。同时，在倾转浇注过程中，也难以控制金属液的空间运动轨迹，易造成熔体飞溅和漏浇等现象。为控制金属液体的空间运动轨迹，有的已公开的浇注装置采用底注式的浇注方式，如：公开号为CN203679255U与CN203804167U的发明创造分别公开了一种浇注拔塞装置，利用拔塞杆顶住浇口，待浇注时将拔塞杆拔起，而不用倾倒液体。然而，这两种装置均采用熔体内部拔塞的方式，在熔炼钛合金等易与耐火材料发生反应的金属时，该装置增加了熔体与坩埚的接触时间和接触面积，使反应加剧，给后期的试验分析或铸件的使用造成困难。同时，这两种均采用了人工拔塞的方式，不利于实现真空熔炼。

发明内容

为克服现有技术中存在的拔塞装置增加了熔体与坩埚的接触时间和接触面积使反应加剧的不足，本发明提出了一种底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置。

本发明包括坩埚、电磁感应加热线圈、铸型、拔塞机构和支架。所述的动力控制系统由行程开关、联轴器和伺服电机组成。所述伺服电机安装在电机座上。所述的伺服电机通过联轴器与丝杆连接。所述行程开关安装在支撑板的一端。所述拔塞机构安装在支架上。铸型位于所述堵头的下方。所述拔塞机构包括堵头、堵头底座、螺栓、拔塞杆、卡板、限位块和丝杆。其中：丝杆的上端安装在顶板上的丝杆安装孔内，该丝杠的下端穿过支撑板上的丝杆安装孔，并与联轴器联接。所述堵头上部插入在所述坩埚底部的浇注孔内。所述拔塞杆一端为堵头底座，所述拔塞杆另一端端头处有丝杆孔；所述拔塞杆有丝杠孔一端的外侧表面有凸出的限位块。

所述堵头的上部为陶瓷堵塞；堵头下端为堵头连接杆，在该堵头连接杆下端头的外圆周表面为螺纹面。

所述拔塞杆一端为堵头底座，堵头底座的上表面有与所述堵头连接杆下端配合的螺纹孔；所述拔塞杆另一端端头处的丝杆孔的中心线垂直于该拔塞杆宽度方向的中心线。

所述支架上自上而下固定有顶板、卡板、支撑板与电机座。所述的顶板与支撑板上分别有丝杆安装孔，并且分布位于顶板与支撑板上的丝杆安装孔同轴。在所述的支撑板上表面一侧边沿安装有挡块和行程开关。

所述所述拔塞杆与所述堵头底座连接的一端有两个贯通该螺母杆上表面和下表面的通槽；通过螺栓将堵头底座与拔塞杆连接，并通过调整所述螺栓在拔塞杆上的通槽内的位置，以调整所述堵头底座的位置。所述拔塞杆的另一端有与所述丝杆配合的内螺纹孔。内螺纹孔的外表面有限位块。

所述所述卡板的横截面为“U”形，该卡板的“U”形槽形成了所述限位块的卡槽。

本发明针对钛基合金材料真空熔炼，提供了一种控制机构简易安全、浇注位置精确可控、降低耐火材料与熔体反应，可实现自动控制的底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置。

本发明采用自动控制技术，由PLC和行程开关对拔塞和归位过程实现自动控制。

本发明通过堵头底座能够安放不同型号的堵头，具有良好的互换性。

当伺服电机经联轴器带动丝杆旋转时，由于拔塞杆一端的限位块卡入卡板内，无法在电机带动下水平旋转，只能向下运动，将堵头拔出。待向下移出卡板后，拔塞杆在伺服电机带动下水平转动，迅速移出熔体下落区域，不阻碍熔体下落。当拔塞杆碰到行程开关后伺服电机停转。

上述动作完成后，当伺服电机经联轴器带动丝杆反转时，拔塞杆转到挡块处被挡住无法继续水平转动，只能向上运动。随后，拔塞杆一端的限位块卡入卡板中，继续上升待堵头堵住坩埚后，将伺服电机断电，使其停转，等待下一次拔塞操作。

本发明的优点在于：(1)在真空条件下，采用底注式浇注，用PLC实现自动控制，无需电极及坩埚倾转机构，极大降低了设备的结构复杂性和熔炼浇注工序的繁琐性；(2)拔塞杆不与熔体接触，缩小了熔体与坩埚的接触时间和接触面积，降低了金属与熔体的反应程度；(3)金属熔体的浇注位置准确定位于下方，不会产生飞溅和漏浇情况。

附图说明

图1是底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置结构示意图；

图2是拔塞系统的局部示意图；

图3是挡块、丝杆、拔塞杆与行程开关位置图，其中：3a是主视图，3b是俯视图；

图4是拔塞杆、堵头底座结构示意图，其中：4a是主视图，4b是俯视图；

图5是卡板的结构示意图，其中：5a是主视图，5b是侧视图，5c是俯视图。

图中：

1.坩埚；2.电磁感应加热线圈；3.堵头；4.堵头底座；5.螺栓；6.顶板；7.拔塞杆；8.卡板；9.限位块；10.丝杆；11.挡块12.支撑板；13.行程开关；14.联轴器；15.电机座；16.伺服电机；17.支架；18.铸型。

具体实施方式

本实施例是一种底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，包括熔炼浇铸系统、拔塞机构、支架17和动力控制系统。所述的熔炼浇铸系统包括坩埚1、电磁感应加热线圈2、铸型18。所述坩埚1的底部有通过钻床加工而成浇注孔；由30KHz的高频电源供电的电磁感应加热线圈2采用现有技术，套装在所述坩埚1上。其中：所述拔塞机构安装在支撑定位机构上，并将该拔塞机构中的堵头3安装在所述坩埚底部的浇注孔内。铸型18位于所述堵头的下方。

所述支架17是本实施例的载体，在该支架17上自上而下固定有顶板6、卡板8、支撑板12与电机座15。所述的顶板6与支撑板12上分别有丝杆安装孔，并且分布位于顶板6与支撑板12上的丝杆安装孔同轴。在所述的支撑板12上表面一侧边沿安装有挡块11和行程开关13。

所述拔塞机构包括堵头3、堵头底座4、螺栓5、拔塞杆7、卡板8、限位块9与丝杆10组成。其中：丝杆10的上端安装在顶板6上的丝杆安装孔内，该丝杠的下端穿过支撑板12上的丝杆安装孔，并与联轴器14联接。堵头3的上部为陶瓷堵塞，该陶瓷堵塞插入坩埚1底部的浇注孔内；堵头3下端为堵头连接杆，在该堵头连接杆下端头的外圆周表面为螺纹面。所述拔塞杆7一端为堵头底座4，堵头底座4的上表面有与所述堵头连接杆下端配合的螺纹孔；所述拔塞杆7另一端端头处有与丝杆孔，并且该丝杆孔的中心线垂直于该拔塞杆的中心线。所述拔塞杆7有丝杠孔一端的外侧表面有凸出的限位块9。

所述堵头3的外形为圆柱状，一端为陶瓷堵塞，该堵塞的外径与坩埚底部的浇注孔的孔径相同，确保金属液在熔炼过程中不泄漏；所述堵头3的另一端为连接杆，该连接杆的外圆周表面有螺纹，用于将该连接杆与堵头底座4螺纹连接。

所述堵头底座4为板状，在该堵头底座的一端有螺纹盲孔，用于安装堵头的连接杆；该堵头底座的另一端有两个贯通该堵头底座上表面和下表面的孔。

所述拔塞杆7亦为板状，在该拔塞杆与所述堵头底座4连接的一端有两个贯通该螺母杆上表面和下表面的通槽；通过螺栓5将堵头底座4与拔塞杆7连接，并通过调整所述螺栓在拔塞杆上的通槽内的位置，以调整所述堵头底座4的位置。所述拔塞杆7的另一端有与所述丝杆10配合的内螺纹孔。内螺纹孔的外表面有限位块9。

所述卡板8的横截面为“U”形，该卡板的“U”形槽形成了所述限位块9的卡槽。

所述的动力控制系统由行程开关13、联轴器14和伺服电机16组成。所述伺服电机16采用恒扭矩调速电机，最高转速为3000r/min，安装在电机座15上。所述的伺服电机的输出轴上有联轴器14，该联轴器与丝杆10连接。所述行程开关13安装在支撑板12的一端，并通过PLC自动控制系统对拔塞和堵塞过程实现自动控制。

工作时，当金属在坩埚1内熔炼完毕后，伺服电机16通过联轴器14带动丝杠10旋转，拔塞杆7向下运动，将堵头3拔出，熔体流出。待限位块9向下移出卡板8后，拔塞杆7在伺服电机16带动下以丝杆10为轴心水平转动，迅速移出熔体下落区域，不阻碍熔体下落，使熔体流入铸型18中。当所述拔塞杆7以丝杆10为轴心水平转动，碰到行程开关13后，触发控制系统PLC的信号，使伺服电机停转。由于伺服电机转速为3000r/min，使整个拔塞过程少于1秒，不会阻碍金属熔体的浇注。

当伺服电机16带动拔塞杆7以丝杆10为轴心水平反向转动时，拔塞杆7转到挡块11处被挡住无法继续转动，只能向上运动。随后，拔塞杆的限位块部分9卡入卡板8中，继续上升待堵头回归原位后，断电使伺服电机停转，等待下一次拔塞浇注操作。

Claims (6)

1.一种底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，包括熔炼浇铸系统和动力控制系统；所述的熔炼浇铸系统包括坩埚、电磁感应加热线圈和铸型；所述的动力控制系统由行程开关、联轴器和伺服电机组成；所述伺服电机安装在电机座上；所述的伺服电机通过联轴器与丝杆连接；所述行程开关安装在支撑板的一端；其特征在于，还包括拔塞机构和支架；所述拔塞机构安装在支架上；铸型位于所述堵头的下方；所述拔塞机构包括堵头、堵头底座、螺栓、拔塞杆、卡板、限位块和丝杆；其中：丝杆的上端安装在顶板上的丝杆安装孔内，该丝杠的下端穿过支撑板上的丝杆安装孔，并与联轴器联接；所述堵头上部插入在所述坩埚底部的浇注孔内；所述拔塞杆一端为堵头底座，所述拔塞杆另一端端头处有丝杆孔；所述拔塞杆有丝杠孔一端的外侧表面有凸出的限位块。

2.如权利要求1所述底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，其特征在于，所述堵头的上部为陶瓷堵塞；堵头下端为堵头连接杆，在该堵头连接杆下端头的外圆周表面为螺纹面。

3.如权利要求1所述底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，其特征在于，所述拔塞杆一端为堵头底座，堵头底座的上表面有与所述堵头连接杆下端配合的螺纹孔；所述拔塞杆另一端端头处的丝杆孔的中心线垂直于该拔塞杆宽度方向的中心线。

4.如权利要求1所述底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，其特征在于，所述支架上自上而下固定有顶板、卡板、支撑板与电机座；所述的顶板与支撑板上分别有丝杆安装孔，并且分布位于顶板与支撑板上的丝杆安装孔同轴；在所述的支撑板上表面一侧边沿安装有挡块和行程开关。

5.如权利要求1所述底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，其特征在于，所述所述拔塞杆与所述堵头底座连接的一端有两个贯通该螺母杆上表面和下表面的通槽；通过螺栓将堵头底座与拔塞杆连接，并通过调整所述螺栓在拔塞杆上的通槽内的位置，以调整所述堵头底座的位置；所述拔塞杆的另一端有与所述丝杆配合的内螺纹孔；内螺纹孔的外表面有限位块。

6.如权利要求1所述底部拔塞式真空感应熔炼浇注控制装置，其特征在于，所述所述卡板的横截面为“U”形，该卡板的“U”形槽形成了所述限位块的卡槽。