CN107855495A - 一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，包括强磁体、变频电源、熔化炉、坩埚、盖板和真空气源等。首先使用熔化炉将金属材料熔化，密封坩埚后抽取真空，同时对熔体施加交变磁场进行电磁搅拌，使熔体内气体在真空及搅拌下析出；然后在低压浇注准备工序及浇注过程中，持续施加交变电磁场，强化熔体内部对流运动，实现熔体成分均匀化控制。本发明不仅可以起到真空电磁搅拌除气处理作用，还可以对密闭空间内熔体进行持续搅拌，保证熔体成分的均匀性，从而获得成分均匀、组织细化、性能优异的优质铸件。

Description

一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法

技术领域

本发明属于特种铸造装备技术领域，涉及一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，旨在低压铸造生产轻质合金、金属基复合材料等合金材料构件时，采用真空电磁搅拌除气及持续电磁搅拌方法，保障熔体成分均匀性及提高铸件的最终质量和性能。

背景技术

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，并在一定压力下凝固成形的一种方法，目前已在航空、航天、船舶、汽车、电力等工业领域内得到了广泛应用。可用于铸造方法成形生产的金属基复合材料，如铝基复合材料和镁基复合材料，具有优异的强韧性而逐渐得到重视和推广应用。但是采用低压铸造方法生产此类材料铸件时，存在较大难度：一是现有的低压铸造装置浇注前的准备工作时间较长且无法实现对熔体的持续搅拌，而金属基复合材料由于熔体内分散有众多颗粒增强相，必须对金属熔体长时间持续搅拌，否则熔体内比重较轻的成分会逐渐上浮到上层，对最终的铸件质量造成影响；二是液态金属基复合材料易氧化，且内部易存在较多气体，如不对其加强搅拌和除气的话，会在铸件中形成大量的氧化夹杂和气孔。此外，对于一些凝固温度范围较宽的合金，如铝铜类合金ZL205A等，静置时间过长的话，也会在熔体内部产生成分不均匀现象。

文献“稳恒磁场下铝合金低压铸造装置，中国实用新型专利，李传军，申请号：201520947904.5”公开了一种稳恒磁场下铝合金低压铸造装置，该方法在低压铸造过程中施加稳恒磁场，起到增大金属熔体过冷度、增加形核速率、细化凝固组织的作用。但是该方法仅利用稳恒磁场增大熔体过冷度，未对熔体施加交变磁场搅拌控制，无法进行除气处理和较难保证大粘度金属熔体的成分均匀性。文献“一种铝合金低压铸造装置，中国发明专利，刘祖川，申请号201610980436.0”公开了一种铝合金低压铸造装置，利用电磁场对铝合金熔体进行电磁搅拌，起到促进熔体内部流动、细化熔体内部组织和促进排气出渣的作用和效果。但是该装置设置在升液管与铸型之间，仅能对流过升液管的熔体施加电磁搅拌，不能对坩埚内的熔体施加搅拌，熔体的成分均匀性无法保障。

文献“一种铝合金真空提拉除气装置，中国发明专利，李强，公开号ZL201010554336.4”公开了一种可用于反重力铸造的真空提拉除气装置，该方法通过提拉真空除气机上下提拉搅动坩埚内金属液，由于负压作用，合金液溶解的气体会自动析出、扩散出来，提高合金液的品质。但是该方法在反重力铸造浇注时，需要移走提拉真空除气机，无法在准备铸型和浇注期间持续对熔体施加真空搅拌。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，克服现有低压铸造设备无法采用真空除气结合交变电磁场搅拌的不足。

技术方案

一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置，包括熔化炉1、坩埚3、密封圈5、进排气及压力信号接口6、盖板7、真空气源9和电控气动截止阀10；其特征在于还包括侧强磁体2、底部强磁体13和变频电源12；侧强磁体2位于熔化炉1的四周，底部强磁体13为熔化炉1的底部，两个强磁体与变频电源12实现电连接；所述侧强磁体2和底部强磁体13采用线圈结构。

所述侧强磁体2和底部强磁体13的尺寸使得坩埚3内的金属液被包覆。

一种利用所述熔体电磁搅拌式低压铸造装置进行铸造的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用熔化炉对铸造材料进行加热熔化形成金属液或金属，将盖板放置在坩埚上并密封，打开电控气动截止阀10，对密封的坩埚进行抽真空；

同时，启动变频电源12使得侧强磁体2和底部强磁体13通电，坩埚3内的金属液由于电磁推力产生水平旋转或螺旋运动，实现熔体的真空除气处理；

步骤2：关闭电控气动截止阀，将升液管4穿过盖板7，插入坩埚3内腔，放置铸型8并与升液管4连接；

步骤3：通过进排气及压力信号采集孔6往坩埚内通入高压惰性气体或纯净压缩空气，使坩埚内金属液在压力作用下，沿升液管流动进入铸型型腔并凝固成形，获得铸件；此过程中，变频电源12继续通电对熔体施加电磁搅拌。

有益效果

本发明提出的一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，包括强磁体、变频电源、熔化炉、坩埚、盖板和真空气源等。首先使用熔化炉将金属材料熔化，密封坩埚后抽取真空，同时对熔体施加交变磁场进行电磁搅拌，使熔体内气体在真空及搅拌下析出；然后在低压浇注准备工序及浇注过程中，持续施加交变电磁场，强化熔体内部对流运动，实现熔体成分均匀化控制。本发明不仅可以起到真空电磁搅拌除气处理作用，还可以对密闭空间内熔体进行持续搅拌，保证熔体成分的均匀性，从而获得成分均匀、组织细化、性能优异的优质铸件。

本发明的有益效果是：可以实现金属熔体的真空电磁搅拌除气，同时也可在低压铸造过程中实现对熔体的持续搅拌，实现熔化成分均匀性控制。采用本发明可应用于铝基复合材料、镁基复合材料、铝合金、镁合金及其他合金材料优质构件的低压铸造成形生产，可有效减少熔体内气体含量、细化组织晶粒、提高铸件性能和合格率。

附图说明

图1：本发明的真空电磁搅拌低压铸造装置结构示意图

1-熔化炉，2-侧强磁体，3-坩埚，4-升液管，5-密封圈，6-进排气及压力信号采集孔，7-盖板，8-铸型，9-真空气源，10-电控气动截止阀，11-真空管路接口，12-变频电源，13-底部强磁体

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明提供了一种真空电磁搅拌低压铸造装置和方法，通过对密封坩埚抽真空结合可控交变电磁场搅拌，实现金属熔体真空下的搅拌除气及低压浇注时的熔体电磁搅拌控制，起到减少熔体内部的气体含量、稳定熔体成分均匀性和提高铸件质量和性能的作用，为金属基复合材料及凝固温度范围宽合金材料的优质构件低压铸造成形生产提供技术保障。

本发明解决上述问题所采用的真空电磁搅拌低压铸造装置，在熔化炉的外侧和底部分别放置有强磁体，强磁体通过电缆与变频电源连接；坩埚放置在熔化炉内，坩埚上放置有盖板，盖板与坩埚之间有密封圈，可实现坩埚密封；盖板中间孔插入升液管，铸型放置在盖板上，并与升液管压实密封；盖板上设置有进排气及压力信号采集孔和真空管路接口，真空管路与真空气源连接，真空气源接有电控气动截止阀。基于上述低压铸造装置的方法为：采用熔化炉对金属材料进行加热熔化，将盖板放置在坩埚上并密封，然后打开电控气动截止阀对坩埚抽真空，同时施加交变电磁场进行搅拌，实现真空电磁搅拌除气处理；完成处理后，关闭电控气动截止阀，在盖板上插入升液管并放置铸型，在此过程中对密闭空间内金属熔体持续施加交变电磁场，强化熔体内部对流；向坩埚内通入惰性气体或纯净压缩空气，使熔体在压力作用下沿升液管流动进入铸型型腔并凝固，从而获得良好内在质量和高性能的铸件。

对照附图1及实施例，附图1中1是熔化炉，2是侧强磁体，13是底部强磁体；侧强磁体2和底部强磁体13分布位于熔化炉的两侧和底部，侧强磁体2和底部强磁体13与变频电源12连接；坩埚3放置在熔化炉内1，坩埚3上放置有盖板7，盖板7与坩埚3之间有密封圈5，通过螺栓或液压缸实现坩埚密封；盖板7中间孔可插入升液管4，铸型8放置在盖板上，并与升液管4压实密封；盖板7上设置有进排气及压力信号采集孔6和真空管路11接口，真空管路11与真空气源9连接，真空气源接有电控气动截止阀10。

实施例1：由熔化炉将坩埚内的金属基复合材料加热熔化，打开电控气动截止阀，对密封的坩埚进行抽真空，同时，在变频电源控制下，对熔体施加变化可控的电磁推力，使熔体内部产生上下翻转(水平旋转或螺旋运动)流动，使熔体中的气体逐步扩散出，实现熔体的真空除气处理；在熔体处理好后，温度达到700℃时，关闭电控气动截止阀，断开真空，继续对熔体施加电磁搅拌，通过进排气及压力信号采集孔往坩埚内通入高压惰性气体或纯净压缩空气，使坩埚内金属熔体在压力作用下，沿升液管流动进入铸型型腔，并在一定压力下凝固成形，获得优质铸件。

实施例2：采用上述的低压铸造装置连接，由熔化炉将坩埚内的铝铜合金材料加热熔化，采用常规旋转喷吹方法对熔体进行除气；处理完成后，打开变频电源，对熔体施加变化可控的电磁推力，使熔体内部产生上下翻转或水平旋转运动，同时盖上盖板、放置铸型、密封坩埚；在熔体温度达到710℃时，继续对熔体施加电磁搅拌，通过进排气及压力信号采集孔往坩埚内通入高压惰性气体或纯净压缩空气，使坩埚内金属熔体在压力作用下，沿升液管流动进入铸型型腔，并在一定压力下凝固成形，获得优质铸件。

分别放置在熔化炉侧面和底部的侧强磁体和底部强磁体，通过变频电源对强磁体的电流大小和电流方向的控制，可以在坩埚熔体内部形成不同的交变磁场，实现金属液如水平旋转、上下翻转、螺旋运动等对流模式的控制。

金属材料熔化后，密封坩埚并抽取真空，同时施加交变电磁场进行搅拌，使金属熔体内的气体在真空电磁搅拌作用下溢出，实现有效的除气处理。

在低压铸造准备工序期间及低压铸造浇注时，可以实现对密闭空间内熔体的持续电磁搅拌，强化熔体对流运动，维持熔体成分均匀。

Claims (3)

1.一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置，包括熔化炉(1)、坩埚(3)、密封圈(5)、进排气及压力信号接口(6)、盖板(7)、真空气源(9)和电控气动截止阀(10)；其特征在于还包括侧强磁体(2)、底部强磁体(13)和变频电源(12)；侧强磁体(2)位于熔化炉(1)的四周，底部强磁体(13)为熔化炉(1)的底部，两个强磁体与变频电源(12)实现电连接；所述侧强磁体(2)和底部强磁体(13)采用线圈结构。

2.根据权利要求1所述熔体电磁搅拌式低压铸造装置，其特征在于：所述侧强磁体2和底部强磁体(13)的尺寸使得坩埚(3)内的金属液被包覆。

3.一种利用权利要求1或2所述熔体电磁搅拌式低压铸造装置进行铸造的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用熔化炉对铸造材料进行加热熔化形成金属液或金属，将盖板放置在坩埚上并密封，打开电控气动截止阀(10)，对密封的坩埚进行抽真空；

同时，启动变频电源(12)使得侧强磁体(2)和底部强磁体(13)通电，坩埚(3)内的金属液由于电磁推力产生水平旋转或螺旋运动，实现熔体的真空除气处理；

步骤2：关闭电控气动截止阀，将升液管(4)穿过盖板(7)，插入坩埚(3)内腔，放置铸型(8)并与升液管(4)连接；

步骤3：通过进排气及压力信号采集孔(6)往坩埚内通入高压惰性气体或纯净压缩空气，使坩埚内金属液在压力作用下，沿升液管流动进入铸型型腔并凝固成形，获得铸件；此过程中，变频电源(12)继续通电对熔体施加电磁搅拌。