CN105328157A - 一种用于物理模拟的立式离心铸造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于物理模拟的立式离心铸造系统,包括离心铸造装置和物料供给装置,离心铸造装置包括稳定支架、动力输出轴和电动机,两个轴承支撑限位件固定在稳定支架上,动力输出轴安装在两个轴承支撑限位件之间,其上下端分别与离心转盘和电动机相连;离心转盘上安装有多功能模具;物料供给装置包括可移动龙门架、浇注管道系统和控制台;可移动龙门架上安装有浇注桶提升机和多功能机架,多功能机架上安装有液料箱和高速摄像机,浇注管道系统与液料箱连通;控制台分别与光电式转速感应器、电动机、浇注桶提升机、浇注管道系统和高速摄像机相连。本发明具有广泛的操作适应性、结构简单,成本低廉,调控精确,运行稳定,操作简便安全等优点。

Description

一种用于物理模拟的立式离心铸造系统
技术领域
本发明属于立式离心铸造装置领域,更具体地,涉及一种用于物理模拟的立式离心铸造系统。
背景技术
立式离心铸造由于非均匀作用力的存在,克服了普通重力铸造充型力小、浇注不足等缺陷,因此得到了广泛应用。立式离心铸造的非均匀作用力包括径向离心力和竖直方向的重力,在立式离心力场下,精密铸造成形钛合金复杂构件具有独特优势,因而离心铸造成为钛合金铸件的主要生产方式。同时,由于非均匀作用力的存在,充型过程流动情况复杂且难以观察,通常需进行物理模拟实验,若用实际生产所用的设备必然会提高成本,为了研究和获得充型流动形态规律,需设计一套操作简单、便于观察的用于物理模拟的立式离心铸造系统。
现有技术中对于用于物理模拟的立式离心装置已经做出一些设计方案。例如,CN202024943U公开了一种物理模拟立式离心力场下液态金属流动装置,其包括立式离心铸造设备、离心转台控制器、有机透明玻璃铸型模具和高速摄像机,有机玻璃铸型随着离心转盘一起旋转,模拟流体由于受到离心力的作用,在充型流动时开始充填型腔,在渗流流动时通过模拟多孔介质渗流流动补缩型腔,采用高速摄像机拍摄下流体的动态过程。该装置结构简单,观察方便,然而其仍然存在以下问题:首先,浇注结构为简单的导向器,浇注方式单一,且无法准确控制浇注流量大小;其次,模具安装较为繁琐,装置整体稳定性差,电机工作时振动较大,装置寿命短;另外,该装置物理模拟实验数据定量测量难度较大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种结构简单且适用性较强的用于物理模拟的立式离心铸造系统,该装置可推广到钛合金复杂薄壁圆筒件实际生产的物理模拟中。
为实现上述目的,本发明提供了一种用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,包括离心铸造装置和物料供给装置,其中:
所述离心铸造装置包括稳定支架、轴承支撑限位件、动力输出轴和电动机,所述轴承支撑限位件为两个,其以上下分布的形式固定在所述稳定支架的上部和中部;所述动力输出轴竖直安装在所述两个轴承支撑限位件之间,并穿过所述两个轴承支撑限位件;所述动力输出轴的下端通过皮带传动系统与所述电动机相连,其上端通过支撑圆盘安装有离心转盘;所述离心转盘上安装有多功能模具,并且其与所述稳定支架之间安装有光电式转速感应器;
所述物料供给装置包括可移动龙门架、多功能机架、液料箱、高速摄像机、浇注管道系统和控制台;所述可移动龙门架的顶部安装有浇注桶提升机;所述多功能机架安装在所述可移动龙门架的侧面,其上安装有液料箱和高速摄像机;所述浇注管道系统与所述液料箱连通,并延伸至所述多功能模具的正上方;所述控制台分别与所述光电式转速感应器、电动机、浇注桶提升机、浇注管道系统和高速摄像机相连。
作为进一步优选的,所述可移动龙门架通过设于地基上的滑移导轨实现前后移动,以调整所述浇注管道系统的出口与所述多功能模具的同心度。
作为进一步优选的,所述可移动龙门架在垂直方向上设置有多组螺纹孔,通过该螺纹孔实现所述可移动龙门架与所述多功能机架的螺纹连接。
作为进一步优选的,所述浇注桶提升机与所述可移动龙门架二者联动,在所述可移动龙门架滑移过程中,所述浇注桶提升机在控制台的控制下缓慢浇注。
作为进一步优选的,所述浇注管道系统安装有电磁流量阀,用于控制和计量浇注流量的变化。
作为进一步优选的,所述离心转盘上设有呈圆形分布的八个模具定位螺纹孔,以实现铸造模具的稳固安装。
作为进一步优选的,所述稳定支架的四个外围方向上安装有防护挡板。
作为进一步优选的,所述离心转盘上设有离心转盘定位螺纹孔。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
1.本发明的一种用于物理模拟的立式离心铸造系统,能广泛应用于各种尺寸、各种复杂模具的立式离心铸造模具浇注充型过程的物理模拟实验,又容易获得物理模拟实验数据;同时给用于实际生产的钛合金立式离心铸造装置提供一种模式,本发明的立式离心铸造装置具有结构简单,成本低廉,调控精确,运行稳定,操作简便安全等优点,适用于多种多样的立式离心铸造模具,在立式离心铸造物理模拟实验以及实际生产中具有重要意义。
2.本发明通过对关键组件如离心铸造装置和物料供给装置的具体结构与设置位置及设置方式的研究和设定,通过结合可移动龙门架的前后滑移和多功能机架的上下位移,对于物理模拟研究具有广泛的操作适应性;且设置了浇注桶提升机、浇注管道系统等附属结构,实现浇注桶浇注和管道浇注两种方式,可模拟多种浇注充型过程,并可实现浇注流量的精确控制;同时,通过设置设于地基的稳定支架,并将两个轴承支撑限位件以上下分布的方式固定安装于稳定支架上,并使动力输出轴竖直安装在两个轴承支撑限位件上,保证了整个装置及传动的稳定性,电机振动小、模具安装方便、安全可靠;此外,本发明通过在稳定支架四个外围方向上设置防护挡板,起到防尘防水以及保护操作者安全的作用,避免了操作人员的意外接触。
附图说明
图1是本发明的用于物理模拟的立式离心铸造系统的结构示意图;
图2是多功能机架三维结构示意图
图3是防护挡板示意图;
图4是与电动机连接方向的防护挡板示意图;
图5是离心转盘的结构示意图;
图6是离心铸造机稳定支架的三维结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,一种用于物理模拟的立式离心铸造系统,其包括用于实现离心铸造的离心铸造装置和用于供给铸造物料的物料供给装置,通过离心铸造装置和物料供给装置的配合使用,可实现各种尺寸、各种复杂结构的立式离心铸造模具浇注充型过程的物理模拟实验,并可实现浇注流量的精确控制。
下面将根据本发明的立式离心铸造系统的关键组件逐一进行更为具体的说明。
作为本发明的关键组件之一,离心铸造装置包括稳定支架12、轴承支撑限位件5、动力输出轴4和电动机2,稳定支架12由型材焊接而成,其固定于地基上,轴承支撑限位件5为两个,其为整个立式离心铸造装置定位的关键部件,两个轴承支撑限位件5以上下分布的形式固定在稳定支架12的上部和中部;动力输出轴4穿过两个固定在稳定支架上的轴承支撑限位件5并竖直安装,以此使动力输出轴转动更为平稳,并提供了其径向与轴向的定位,定位结构简单,定位稳定,便于动力的平稳输出;动力输出轴4的下端通过皮带传动系统3与电动机2相连,其上端通过支撑圆盘9安装有离心转盘8;离心转盘8上设有离心转盘定位螺纹孔11,用于将离心转盘8固定在支撑圆盘9上,离心转盘8上还安装有多功能模具21,多功能模具21与离心转盘8螺栓可拆式连接,便于更换不同模具,离心转盘8与稳定支架12之间安装有光电式转速感应器7,该光电式转速感应器7用于监测离心转盘8的实时转速,其通过识别离心转盘8下方动力输出轴上端的亮片转速来实现,以便得到更为精确的实验参数。
作为本发明的另一关键组件,物料供给装置包括可移动龙门架14、多功能机架16、液料箱17、高速摄像机18、浇注管道系统19和控制台1;可移动龙门架14的顶部安装有浇注桶提升机15,浇注桶提升机15受控制台1控制;多功能机架16螺栓连接在可移动龙门架14的侧面,并可在可移动龙门架14的垂直上下方向等距离移动,以便于调整液料箱17和高速摄像机18的安装高度;其上安装有液料箱17和高速摄像机18,高速摄像机18垂直向下固定于多功能机架16上;浇注管道系统19与液料箱17连通,并延伸至多功能模具21的正上方,用于控制着液料平稳浇注,同时用于获得物理模拟浇注流量数据;控制台1分别与光电式转速感应器7、电动机2、浇注桶提升机15、浇注管道系统19和高速摄像机18相连,电动机的启闭以及光电式转速感应器的液晶显示装置都集成在控制台1上,控制台1距离立式离心铸造机有一定的安全距离,使操作更为便捷、安全。
进一步的,可移动龙门架14通过设于地基上的滑移导轨13实现前后移动,改变与离心转盘8的距离,调整浇注管道系统19的出口与多功能模具21的同心度,便于液料准确、定量地浇入多功能模具21中;可移动龙门架14在垂直方向上设置有多组螺纹孔,通过该螺纹孔实现其与多功能机架16的螺纹连接,使得多功能机架16带动着液料箱17、高速摄像机18在垂直方向上高度变化,从而有利于调整浇注的液体流量压力和高速摄像机18的取景焦距和范围,便于物理模拟数据的获取。
具体的,浇注桶提升机15与可移动龙门架14二者联动,在可移动龙门架14滑移过程中,浇注桶提升机15在控制台1控制下,做倾转式缓慢浇注,通过控制倾倒的液面高度来控制流量,以作为物理模拟普通浇包倾转式浇注机的一种方法。浇注管道系统19作为浇注液体传输装置,其上安装有电磁流量阀20,用于控制和计量浇注流量的变化,有利于物理模拟数据的采集,该浇注管道系统19作为另一种浇注方式的物理模拟方法。上述两种浇注方法相互独立,构成本发明的适应强,能满足不同生产过程的物理模拟需求。
此外,离心转盘8上设有呈圆形分布的八个定位螺纹孔10,以实现铸造模具的稳固安装,对于任何尺寸立式离心铸造模具(即多功能模具21)仅要求其下方安装有与离心转盘上螺纹孔位置、大小对应的通孔的底板,便可以在此立式离心铸造机上安装使用,更换模具方便快捷,适用性更强,能安装各种尺寸模具,固定方式简便易行。定支架12的四个外围方向上安装有防护挡板6,呈四棱台状,其中靠近电动机方向的防护挡板下方有开口,便于皮带的通过,防护挡板起到防尘防水作用,也能起到保护操作者安全的作用,避免了操作人员的意外接触,防护挡板通过螺纹连接固定,便于拆装维修。
下面将具体解释按照本发明的用于物理模拟的立式离心铸造系统的操作过程及其优点。
首先,选定某种多功能模具21,通过定位螺纹孔10安装固定在离心转盘8上,调节可移动龙门架14到适当位置,使得浇注桶提升机15或浇注管道系统19出口与多功能模具21入口对中,便于浇注,随后检查各开关是否处于安全状态,接通控制台1、电动机2、高速摄像机18、浇注桶提升机15和电磁流量阀20的电源,在控制台1上开启转速,并由小到大调节离心转盘8转速,控制台1读取由光电式转速传感器7测出的离心转盘8的实时转速,待实时转速达到目标转速后便停止对电动机2的调节,提高了转速调节的精确度,待离心转盘8转速稳定后,即可开始浇注;浇注过程的开始也是物理模拟数据采集过程的重要阶段,高速摄像机18记录液料浇注过程中的流体流动形态变化规律,电磁流量阀20记录浇注流量和流速;要关闭立式离心铸造系统时,首先调节控制台1至转速逐渐减小至零,待离心转盘8静止后,关闭电动机2开关,待物理模拟数据记录保存完整,关闭控制台1,再断开电源,拆下模具即可。
综上,本发明一种立式离心铸造装置基于立式离心铸造的物理模拟实验,提出了一种应用于立式离心铸造物理模拟实验的立式离心铸造装置,同时该模式可以推广至实际生产用的钛合金立式离心铸造装置中。本立式离心铸造装置结构简单,成本低廉,运行稳定,操作简便安全,便于获取物理模拟数据,适用于多种多样的立式离心铸造模具,具有广泛的应用前景。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,包括离心铸造装置和物料供给装置,其中:
所述离心铸造装置包括稳定支架(12)、轴承支撑限位件(5)、动力输出轴(4)和电动机(2),所述轴承支撑限位件(5)为两个,其以上下分布的形式固定在所述稳定支架(12)的上部和中部;所述动力输出轴(4)竖直安装在所述两个轴承支撑限位件(5)之间,并穿过该两个轴承支撑限位件(5);所述动力输出轴(4)的下端通过皮带传动系统(3)与所述电动机(2)相连,其上端通过支撑圆盘(9)安装有离心转盘(8);所述离心转盘(8)上安装有多功能模具(21),并且其与所述稳定支架(12)之间安装有光电式转速感应器(7);
所述物料供给装置包括可移动龙门架(14)、多功能机架(16)、液料箱(17)、高速摄像机(18)、浇注管道系统(19)和控制台(1);所述可移动龙门架(14)的顶部安装有浇注桶提升机(15);所述多功能机架(16)安装在所述可移动龙门架(14)的侧面,其上安装有液料箱(17)和高速摄像机(18);所述浇注管道系统(19)与所述液料箱(17)连通,并延伸至所述多功能模具(21)的正上方;所述控制台(1)分别与所述光电式转速感应器(7)、电动机(2)、浇注桶提升机(15)、浇注管道系统(19)和高速摄像机(18)相连。
2.如权利要求1所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述可移动龙门架(14)通过设于地基上的滑移导轨(13)实现前后移动,以调整所述浇注管道系统(19)的出口与所述多功能模具(21)的同心度。
3.如权利要求1或2所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述可移动龙门架(14)在垂直方向上设置有多组螺纹孔,通过该螺纹孔实现所述可移动龙门架(14)与所述多功能机架(16)的螺纹连接。
4.如权利要求3所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述浇注桶提升机(15)与所述可移动龙门架(14)二者联动,在所述可移动龙门架(14)滑移过程中,所述浇注桶提升机(15)在控制台(1)的控制下缓慢浇注。
5.如权利要求4所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述浇注管道系统(19)安装有电磁流量阀(20),用于控制和计量浇注流量的变化。
6.如权利要求5所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述离心转盘(8)上设有呈圆形分布的八个模具定位螺纹孔(10),以实现铸造模具的稳固安装。
7.如权利要求5或6所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述稳定支架(12)的四个外围方向上安装有防护挡板(6)。
8.如权利要求7所述的用于物理模拟的立式离心铸造系统,其特征在于,所述离心转盘(8)上设有离心转盘定位螺纹孔(11)。
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