CN107812908A - 一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺及铸造机 - Google Patents

一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺及铸造机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺及铸造机，铸造机包括卧式离心铸造机主体和横向对称设置在铸型的两侧的行波磁场发生装置，行波磁场发生装置包括铁芯定子和线圈，铁芯定子由多个片间绝缘的梳齿型硅钢片迭压而成，线圈缠绕在铁芯定子的凸极上，线圈中通入三相交流电，采用Y型接线方式，行波磁场发生装置与铸型之间存在间隙。本发明既保证原有电磁离心铸造能细化晶粒和减小成分偏析的优势下，又进一步提高了在铸造长管件、高黏度合金液时的充型能力。

Description

一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺及铸造机
技术领域
本发明涉及离心铸造技术领域，特别涉及一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺及离心铸造机。
背景技术
离心铸造是一种广泛使用的特种铸造工艺，它是将熔融金属液浇铸到高速旋转的圆柱形铸型中，在高速旋转产生的离心运动作用下，金属液在铸型内壁沉积并沿轴向充型，当液态金属慢慢冷却凝固后就形成了中空的各类管材铸件。电磁离心铸造是将离心铸造和电磁搅拌相结合的技术，其工作原理是将离心铸造机放在稳恒磁场中进行浇铸成型。当离心机工作时，旋转的铸型带动熔融金属液绕中心轴高速运动，金属液除了受到重力和“离心力”作用外，还会在其内部产生电磁力。电磁力在液态金属中引起强烈受迫对流运动，从而产生电磁搅拌的作用，这样铸件不仅保持原有离心铸造拥有的组织致密、细小和气孔少等优点，还在电磁搅拌作用下促使粗大的柱状晶组织向均匀的等轴晶组织转变，并使各组成元素均匀分布，有效的控制了成分偏析。
目前的电磁离心铸造技术通过产生稳恒磁场形成周向电磁力的方式来增加铸型内液态金属的对流交换，从而达到细化晶粒和减少偏析的作用。但是该设计产生的电磁力对液态金属的充型能力提高不大，在实际生产过程中，对黏度较大的合金液体和铸件较长的情况时，合金液发生凝固时往往充型还不充分，因此经常造成铸件成型后断裂、内部容易存在气孔和裂缝、铸件成品率低等质量问题。当前针对电磁离心铸造设备的专利，包括专利号为CN95217370.0，名称为“一种离心铸造机”、专利号为CN200410100468.4，名称为“卧式真空电磁离心铸造炉”、专利号为CN200410004744.7，名称为“电磁离心铸造高速钢复合轧辊方法”和专利为CN200920211508.0，名称为“新型离心浇铸炉管的工艺设备”，上述专利中的核心思想均是通过在铸型外施加稳恒磁场，从而达到改善铸件晶粒粗大和成分偏析的问题。专利号为CN99250635.2，名称为“一种电磁激励离心铸造装置”和专利号为CN201210080822.6，名称为“旋转式电磁离心铸造机”指出在铸型外沿圆周方向布置定子，定子内空间上均匀布置三对磁极，并缠绕线圈，通入三相交流电，形成周向旋转式磁场，使金属液的结晶方式、晶体种类、合金分布等在制造过程中更趋于合理、均匀，从而提高铸件性能。上述专利的核心思想均是通过施加外部磁场起到电磁搅拌的作用，并没有涉及轴向电磁牵引的思想，对液态金属充型能力提高不大，不能很好地解决高黏度合金、长铸件的充型问题。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺及铸造机，通过在圆柱形铸型两侧对称布置行波磁场发生装置，使得金属液中产生感应电流，从而产生轴向沿行波磁场运动方向的电磁力牵引金属，提高了在铸造长管件、高黏度合金液时的充型能力。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺，其特征在于，使卧式离心铸造机主体的铸型至入沿铸型轴向的行波磁场中，将液态金属浇入在铸型中，金属产生轴向沿行波磁场运动方向的电磁力牵引金属，使金属在离心力和电磁力的共同作用下充填铸型并凝固结晶。
一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，包括卧式离心铸造机主体，所述卧式离心铸造机主体的铸型的两侧对称设置有行波磁场发生装置，所述行波磁场发生装置包括铁芯定子和线圈，所述线圈缠绕在所述铁芯定子的凸极上，所述行波磁场发生装置与所述铸型之间存在间隙。
优选地，所述普通卧式离心铸造机包括电动机、传动轴、传动齿轮、铸型和端盖，所述铸型通过传动齿轮和传动轴与所述电动机连接，所述铸型的两端各设置一个端盖。
优选地，所述行波磁场发生装置与所述铸型之间的间隙中设有一层隔热层。
优选地，所述行波磁场发生装置的尺寸与所述铸型的尺寸相匹配，所述行波磁场发生装置的长度不大于所述铸型的长度。
优选地，所述行波磁场发生装置通过支架沿铸型的轴向布置和固定。
优选地，所述铁芯定子由多个片间绝缘的梳齿型硅钢片迭压而成，所述线圈采用凸极式绕法。
优选地，所述铸型采用非磁性奥氏体不锈钢。
优选地，所述电动机的转速为0～3000转/分。
本发明的有益效果：
1)本发明在圆柱形铸型两侧对称布置行波磁场发生装置，通过对线圈施加三相交变电流，定子激励出沿轴向的行波磁场，同时铸型采用非磁性不锈钢制造，感应的行波磁场能穿透铸型进入内壁上的金属液。由于磁场和金属液是相对运动的，因此在液态金属内部会产生感应电流，并产生轴向沿行波磁场运动方向的电磁力牵引液态金属，从而增加黏度较大的合金液充型能力。另外，高速旋转的金属液切割磁场时能产生与铸型旋转方向相反的电磁力，起到对金属液局部搅拌的作用。
2)本发明既保证原有电磁离心铸造能细化晶粒和减小成分偏析的优势下，又进一步提高了在铸造长管件、高黏度合金液时的充型能力，为提高新材料和薄口超长铸件的品质提供了技术方法。
附图说明
图1为本发明所述一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机的结构示意图。
图2为本发明所述行波磁场发生装置与铸型的俯视图。
图3为行波磁场发生装置产生轴向牵引力的原理示意图。
图中：
1-电动机；2-传动轴；3-传动齿轮；4-铸型；5-端盖；6-行波磁场发生装置；6a-铁芯定子；6b-线圈；7-铸件金属液；I′c-金属液中感应电流曲线；-金属液中感应电流方向；Bc-磁感应强度曲线；-磁感应强度方向；V-金属液轴向流速；FL-洛伦兹力。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺，使卧式离心铸造机主体的铸型(4)至入沿铸型4轴向的行波磁场中，将液态金属浇入在铸型4中，金属产生轴向沿行波磁场运动方向的电磁力牵引金属，使金属在离心力和电磁力的共同作用下充填铸型并凝固结晶。
如图1所示，本发明所述的一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机包括卧式离心铸造机主体和行波磁场发生装置6，卧式离心铸造机主体包括电动机1、传动轴2、传动齿轮3、铸型4和端盖5，铸型4的两端各设置一个端盖5，铸型4由调速电动机1通过传动轴2和传动齿轮3带动进行离心旋转运动，电动机1的转速在0～3000转/分连续可调。
具体地，如图1和图2所示，铸型4的左右两侧对称布置两套沿轴向的行波磁场发生装置6，行波磁场发生装置6类似于直线电机，包括铁芯定子6a和线圈6b，铁芯定子6a由多个片间绝缘的梳齿型硅钢片迭压而成，线圈6b采用凸极式绕法，缠绕在铁芯定子6a的凸极上，线圈6b中通入三相交流电，采用Y型接线方式。
行波磁场发生装置6与铸型4之间留有一小段空气间隙，以保证铸型4正常离心转动，并在空气间隙里加设一层隔热层，防止铸型4内部金属液高温传递到线圈6b，损坏行波磁场发生装置6。
行波磁场发生装置6的尺寸与电磁离心铸造机铸型4相匹配，行波磁场发生装置6的长度不超过铸型4的长度，宽度与铸型4的横截面圆的直径相等，行波磁场发生装置6通过铸造机外围支架沿铸型4的轴向布置和固定。
进一步地，铸型4和端盖5均采用非磁性奥氏体不锈钢，以便产生的行波磁场能穿透铸型4进入金属液层。
根据麦克斯韦-安培定律，行波磁场发生装置6的线圈6b中施加三相交变电流，如图3所示，Ic和会在金属液中产生同样频率的行波磁场，并且如图3中磁感应强度曲线Bc和磁感应强度方向径向所示，感应磁场平面与交变电流面相互垂直，其次，行波磁场和金属液是相对运动的，根据法拉第电磁感应定律，金属液作为连续导电介质，在磁场中切割磁感线，从而产生感应电流，如图3中感应电流曲线I′c和感应电流方向轴向所示。在径向的磁感应强度和周向感应电流的共同作用下会产生轴向的洛伦兹力FL，从而牵引金属液沿轴向运动。
本发明既保证原有电磁离心铸造能细化晶粒和减小成分偏析的优势下，又进一步提高了在铸造长管件、高黏度合金液时的充型能力，为提高新材料和薄口超长铸件的品质提供了技术方法。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造工艺，其特征在于，使卧式离心铸造机主体的铸型(4)至入沿铸型(4)轴向的行波磁场中，将液态金属浇入在铸型(4)中，金属产生轴向沿行波磁场运动方向的电磁力牵引金属，使金属在离心力和电磁力的共同作用下充填铸型并凝固结晶。
2.一种具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，包括卧式离心铸造机主体，所述卧式离心铸造机主体的铸型(4)的两侧对称设置有行波磁场发生装置(6)，所述行波磁场发生装置(6)包括铁芯定子(6a)和线圈(6b)，所述线圈(6b)缠绕在所述铁芯定子(6a)的凸极上，所述行波磁场发生装置(6)与所述铸型(4)之间存在间隙。
3.根据权利要求1所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述卧式离心铸造机包括电动机(1)、传动轴(2)、传动齿轮(3)、铸型(4)和端盖(5)，所述铸型(4)通过传动齿轮(3)和传动轴(2)与所述电动机(1)连接，所述铸型(4)的两端各设置一个端盖(5)。
4.根据权利要求1所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述行波磁场发生装置(6)与所述铸型(4)之间的间隙中设有一层隔热层。
5.根据权利要求1所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述行波磁场发生装置(6)的尺寸与所述铸型(4)的尺寸相匹配，所述行波磁场发生装置(6)的长度不大于所述铸型(4)的长度。
6.根据权利要求5所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述行波磁场发生装置(6)通过支架沿铸型(4)的轴向布置和固定。
7.根据权利要求1所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述铁芯定子(6a)由多个片间绝缘的梳齿型硅钢片迭压而成，所述线圈(6b)采用凸极式绕法。
8.根据权利要求1所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述铸型(4)采用非磁性奥氏体不锈钢。
9.根据权利要求2所述的具有轴向电磁牵引力的电磁离心铸造机，其特征在于，所述电动机(1)的转速为0～3000转/分。
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