CN105344978A - 双边行波磁场铸造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双边行波磁场铸造装置，包括支架、设置于支架上的下铁芯和上铁芯；上铁芯与下铁芯之间设置有上半铸型和下半铸型；上半铸型与下半铸型通过夹持装置紧固；上铁芯与下铁芯均缠绕有绕组线圈；绕组线圈分别与上铁芯和下铁芯形成行波磁场；行波磁场在型腔的两侧上、下对称分布；上半铸型上设置有浇口杯；浇口杯中注入浇注用的金属熔体；绕组线圈电路连接调压器。本发明所夹磁场空间存在着上下对称的行波磁场分布，从而可以在抵消产生脉动电磁力的磁感应强度的水平分量Bx的基础上，进一步提高对合金熔体有推进作用的磁感应强度竖直分量By,有效地控制了该铸造用行波磁场的分布，可以有效的提高行波磁场铸造的生产效率和表面质量。

Description

双边行波磁场铸造装置

技术领域

本发明涉及一种铸造设备，尤其是一种双边行波磁场铸造装置。

背景技术

一般的铸造技术对于生产大比表面积构件时遇到的问题是熔体温度降低快，引起不能完全成形的缺陷。如果采用提高浇注温度和铸型预热温度等方法，可以解决这个矛盾，但随之而来的是构件组织性能的恶化。

为了从根本上解决大比表面积构件铸造问题必须从“热”和“力”两方面共同考虑，在保证金属熔体温度降低缓慢的同时，还要提高金属流动的驱动力。提高金属熔体驱动力的方式有多种，如机械压力、气体压力和电磁力等。比较而言，机械压力和气体压力所需设备庞大、操作繁琐，而采用电磁力相对较简单。采用电磁力还会带来其它好处，如净化金属熔体、在金属熔体内产生热量(降低熔体温度降低速度)、细化金属凝固组织(提高性能)等。而对于板类件的充型过程必须在平面形行波磁场中才能产生促进熔体正向充填的作用。

虽然从原理上容易理解平面行波磁场铸造的可行性，但在进行实际工作过程中遇到了很大的难度，如充型过程中熔体流动的稳定性、熔体凝固过程中表面凹陷现象等，这成为平面形行波磁场铸造技术推广应用的主要障碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在对行波磁场分布规律深入分析基础上，进一步研究金属在行波磁场作用下的充型特点，得出行波磁场的垂直方向分量By是铸造成型的推进力，而水平方向分量Bx会产生引起铸件表面质量变差的脉动力。因此提出一种双边行波磁场铸造装置，可以在提高行波磁场的垂直方向分量By的同时，大幅度的减小产生引起铸件表面质量变差的脉动力Bx。

本发明所采用的技术方案为：一种双边行波磁场铸造装置，包括支架、设置于支架上的下铁芯和上铁芯；所述的上铁芯与下铁芯之间设置有上半铸型和下半铸型；所述的上半铸型与下半铸型上下叠放并形成型腔；上半铸型与下半铸型通过夹持装置紧固；所述的上铁芯与下铁芯均缠绕有绕组线圈；所述的绕组线圈电路连接调压器；所述的绕组线圈分别与上铁芯和下铁芯形成行波磁场；所述的行波磁场在型腔的两侧上、下对称分布；所述的上半铸型上设置有浇口杯；所述的浇口杯中注入浇注用的金属熔体。

进一步的说，为了避免金属熔体因受强大电磁感应力作用而产生的炮火现象，本发明上半铸型与下半铸型通过夹持装置紧固，并且为了进一步的本发明所述的夹持装置左右对称设置在上半铸型和下半铸型的两端。

本发明的有益效果是：本发明所夹磁场空间存在着上下对称的行波磁场分布，从而可以在抵消产生脉动电磁力的磁感应强度的水平分量Bx的基础上，进一步提高对合金熔体有推进作用的磁感应强度竖直分量By,有效地控制了该铸造用行波磁场的分布，可以有效的提高行波磁场铸造的生产效率和表面质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明行波磁场平面感应器及各相绕组分布图；

图3是本发明行波磁场激发原理图；

图4a)是本发明磁通量的分布图；

图4b)是本发明磁通量相应的磁感应强度矢量图；

图5是y＝35mm磁感应强度分量Bx和By在X向的分布图；

图中：1-支架；2-下铁芯；3-夹持装置；4-浇口杯；5-上铁芯；6-上半铸型；7-龙门架；8-绕组线圈；9-金属熔体；10-下半铸型；11-调压器。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种双边行波磁场铸造装置，包括支架1、设置于支架1上的下铁芯2和上铁芯5；上铁芯与下铁芯之间设置有上半铸型6和下半铸型10；上半铸型与下半铸型上下叠放并形成型腔；为了避免金属熔体因受强大电磁感应力作用而产生的炮火现象，上半铸型与下半铸型通过夹持装置紧固3；夹持装置左右对称设置在上半铸型和下半铸型的两端。上铁芯与下铁芯均缠绕有绕组线圈；绕组线圈分别与上铁芯和下铁芯形成行波磁场；行波磁场在型腔的两侧上、下对称分布；上半铸型上设置有浇口杯4；浇口杯4中注入浇注用的金属熔体9；绕组线圈8连接调压器11。

行波磁场的激发原理见图2。图2表示平面感应器及各相绕组分布；图3的左面表示时间上从开始，每移转周期即时，感应器绕组各相电流的相量图，而其右面表示相应于这些相量图的处于不同槽中导线的电流方向及其激发的磁场图案。图3上小圆表示导线位置，其中“﹒”表示导线中电流方向从纸面指向读者，而“+”表示导线中电流方向指向纸面。当确定每一时刻的所有导线中的电流方向之后，不难按电流和磁场的右手螺旋法则，表示出感应器上这些电流激发的磁场图案。

从第一个相量图开始，此时各相导线中的电流方向分别为A、z、y指向纸面，而B、x、C指向读者，按右手螺旋法则，可以确定相应的合成磁力线和合成磁势曲线，分别见图3右面的细实线和粗实线。理论分析表明，在理想情况下，此曲线是一条正弦曲线。此后，电流相量每逆时针方向移转周期，可分别绘出相应的电流相量图、各相导线中的电流方向、合成磁力线和合成磁势曲线。由图3可见，电流相量在时间上每移转周期相应的磁势曲线在空间上就向右移动其峰值也向右移动即电流相量从一个瞬间过渡到另一个瞬间，磁势曲线像波浪一样向右起伏移动，即N极和S即向右移动，从而构成行波磁场。

电流相量在时间上每移动一个周期，磁势曲线在空间上向右移转一个周期，磁势曲线在空间上向右移动两个极距，由此可得行波磁场的的运动速度：

$\mathrm{\υ}=\frac{2\mathrm{\τ}}{T}=\frac{2\mathrm{\τ}}{\frac{1}{f}}=2\mathrm{\τ}f$

式中υ——行波磁场速度，m/s；

τ——极距，m；

T——周期，s；

f——电源频率，Hz；

行波磁场的运动方向和感应器绕组的相序有关，和普通异步电机一样，将馈给感应器电流的两相交换位置，行波磁场也随之反向。

靠行波磁场同铸型中的金属熔体相互作用就是这种铸造方法的工作原理，铸型被放置在铸造装置上，浇入铸型的金属熔体被行波磁场激发的电磁体积力推动，并且在沿行波磁场运动方向上的压力作用下充填型腔。

铸造用行波磁场作用于合金熔体时将会产生水平电磁力Fx(由磁感应强度竖直分量By决定)和脉动电磁力Fy(由磁感应强度水平分量Bx决定)。在合金熔体的充型过程中，水平电磁力是推进合金熔体充型的主要动力。而对于脉动电磁力，它的存在，一方面能有效消除宏观缩松及显微缩松，增大合金密度，细化晶粒，有利于等轴晶凝固组织的形成。另一方面，由于薄壁件凝固时间短，熔体受垂直脉动电磁力的作用使即将凝固界面变得不稳定，导致凝固后表面粗糙度大，尤其是靠近感应器的铸件下表面粗糙度更大。

从上述分析可知，脉动电磁力是造成行波磁场铸造表面质量差的重要原因。所以要想改善铸件表面粗糙的缺陷，就要从消弱引起脉动电磁力的磁感应强度的水平分量Bx入手。

如前所述，铸件产生表面粗糙现象的主要原因为脉动电磁力，而脉动电磁力的产生则是由磁感应强度的水平分量Bx所引发的，所以抑制磁感应强度的水平分量Bx的大小成为本控制方案的关键。本发明设计了双边行波磁场铸造装置，并对其磁场空间分布进行ANSYS有限元分析计算，找出有利于消除表面粗糙缺陷的磁场分布。

在加载电流为1860At，加载频率为50Hz下，对双边行波磁场铸造装置的磁场空间进行模拟计算。计算结果如下，图4为双边行波磁场铸造装置磁场空间磁通量分布图和磁感应强度矢量图。由上述计算结果可以看出，在双边行波磁场铸造装置间所夹磁场空间存在着上下对称的行波磁场分布，从而可以在抵消产生脉动电磁力的磁感应强度的水平分量Bx的基础上，进一步提高对合金熔体有推进作用的磁感应强度竖直分量By,有效地控制了该铸造用行波磁场的分布。为了进一步证实该分析的正确性，现对双边行波磁场铸造装置的水平对称线(即距下齿槽35mm处)进行磁感应强度计算，结果如图5所示。可以看出该位置的磁感应强度水平分量的数量级由10-3降到10-4，而磁感应强度竖直分量的数量级由10-3增到10-2，由此证明了该控制方案的正确性。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (2)

1.一种双边行波磁场铸造装置，其特征在于：包括支架、设置于支架上的下铁芯和上铁芯；所述的上铁芯与下铁芯之间设置有上半铸型和下半铸型；所述的上半铸型与下半铸型上下叠放并形成型腔；上半铸型与下半铸型通过夹持装置紧固；所述的上铁芯与下铁芯均缠绕有绕组线圈；所述的绕组线圈电路连接调压器；所述的绕组线圈分别与上铁芯和下铁芯形成行波磁场；所述的行波磁场在型腔的两侧上、下对称分布；所述的上半铸型上设置有浇口杯；所述的浇口杯中注入浇注用的金属熔体。

2.如权利要求1所述的双边行波磁场铸造装置，其特征在于：所述的夹持装置左右对称设置在上半铸型和下半铸型的两端。