CN108326262B - 一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备 - Google Patents

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Abstract

一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，本发明涉及一种凝固设备，以解决现有的凝固设备无法有效同时满足净化合金熔体，消除偏析缺陷，消除缩松、缩孔以及保证合金铸件整体均匀性等需求，以及静置重力浇铸设备产生的浇口、浇道处材料损失的问题。本发明的熔炼保温装置(2)、超强行波磁场发生装置(1)和冷却结晶装置(3)由上至下依次设置，所述熔炼保温装置(2)的内腔、超强行波磁场发生装置(1)的内腔和冷却结晶装置(3)的内腔为相通的型腔(7)，所述坩埚(5)位于型腔(7)中，且坩埚(5)与电机运动装置(6)连接，数个测温装置(4)均匀分布于型腔(7)的上、中、下三处位置。本发明用于汽车、军工、航空、航天等高精技术领域的合金铸件成形。

Description

一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备
技术领域
本发明涉及一种凝固设备，具体是一种合金铸件在定向凝固过程中实现超强行波磁场对合金固液界面及合金熔体进行连续处理的设备。
背景技术
目前，传统的凝固设备无法有效同时满足净化合金熔体，消除偏析缺陷，消除缩松、缩孔以及保证合金铸件整体均匀性等需求；而且，传统的静置重力浇铸设备需要设计浇口、浇道，考虑浇注方式、浇注缝隙及补缩压力等问题，较为繁琐、不便；市场应用中，由于其工艺复杂、操作繁琐，材料利用率低，工业成本高，无法实现工业生产的连续自动化及市场的广泛需求，因此，传统方法无法广泛得以应用。
目前，常规的定向凝固设备可以获得具有方向性组织及力学性能的均匀合金铸件，然而，却无法在定向凝固过程中对合金进行连续性净化、除气，也无法对合金进行偏析、缩松及缩孔进行有效抑制，因此，该设备也十分具有局限性，无法一次性满足需求。
目前，常规的磁场处理设备可以对合金熔体进行净化及补缩。然而，却无法对合金凝固过程进行连续均匀处理，最终得到铸件内部组织十分不均匀，存在较多的偏析，整体结构力学性能很难得到较大的提高。
综上，目前的凝固设备在补缩、净化及均匀性方面无法一次性全面满足需求。
发明内容
本发明的目的是为解决现有的凝固设备无法有效同时满足净化合金熔体，消除偏析缺陷，消除缩松、缩孔以及保证合金铸件整体均匀性等需求，以及静置重力浇铸设备产生的浇口、浇道处材料损失的问题，而提供一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备。
本发明的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，其组成包括超强行波磁场发生装置(1)、熔炼保温装置(2)、冷却结晶装置(3)、坩埚(5)、电机运动装置(6)和数个测温装置(4)，所述熔炼保温装置(2)、超强行波磁场发生装置(1)和冷却结晶装置(3)由上至下依次设置，所述熔炼保温装置(2)的内腔、超强行波磁场发生装置(1)的内腔和冷却结晶装置(3)的内腔为相通的型腔(7)，所述坩埚(5)位于型腔(7)中，且坩埚(5)与电机运动装置(6)连接，数个测温装置(4)均匀分布于型腔(7)的上、中、下三处位置。
进一步的，所述超强行波磁场发生装置(1)由六组线圈组成，六组线圈中两两串联，且以星形接法接入三相电源；所述线圈采用空心铜管材料，管内通入循环冷却水。
进一步的，所述熔炼保温装置(2)由石墨保温套筒构成，所述石墨保温套筒内添加电阻丝加热系统。
进一步的，所述冷却结晶装置(3)由快速气喷水雾装置构成，其组成由筒体(3-1)、数根主管道(3-2)、数个空压机(3-3)和数根支管(3-4)，数个主管道(3-2)沿同一圆周竖向均布设置在筒体(3-1)中，每根主管道(3-2)水平上下设置有数根支管(3-4)，每根主管道(3-2)的输入端安装一个空压机(3-3)。
进一步的，所述测温装置(4)采用热电偶。
进一步的，所述电机运动装置(6)由直线电机(6-1)、支撑架(6-2)、上部压杆(6-3)和底部托杆(6-4)组成，上部压杆(6-3)与底部托杆(6-4)上下正对设置，上部压杆(6-3)和底部托杆(6-4)均固装在支撑架(6-2)上，直线电机(6-1)的输出端与支撑架(6-2)连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明通过熔炼保温装置(2)和冷却结晶装置(3)实现合金定向凝固，通过超强行波磁场发生装置(1)产生的超强行波进行磁场处理，通过电机运动装置(6)对坩埚(5)进行抽拉，保证了合金熔体及固液界面糊状区处于超强行波磁场发生装置(1)的最佳作用区域，从而实现了定向凝固过程中的超强行波磁场的连续处理，通过超强行波磁场发生装置(1)对合金熔体进行净化、补缩，消除熔体中夹杂、气体，抑制偏析、缩松、缩孔等缺陷产生的作用；同时，可以改变合金凝固环境的力场、温度场和浓度场，改变固液界面组织的形貌、相成分，改变溶质分配系数，影响合金的凝固组织，抑制偏析，并起到细化枝晶的作用；此外，行波磁场产生的非接触式体积力可以有效作用于合金熔体，对其进行显著补缩作用，明显消除缩松、缩孔等缺陷，改善铸件质量，提高铸件力学性能；而且，利用行波磁场与定向凝固的协同作用，实现铸件的整体均匀性，消除静置重力浇铸过程产生的浇口、浇道材料损失，降低成本。
二、本发明可以通过熔炼保温装置(2)和冷却结晶装置(3)实现合金定向凝固，配合电机运动装置(6)进行抽拉，使该设备可以独立作为定向凝固设备使用。
三、本发明的超强行波磁场发生装置(1)线圈部分由空心铜管制作完成，管内通循环冷却水，管外接三相电源，可实现水、电分流，降温生磁一体化，方便大电流的接入，增大行波磁场的可控参数极限，获得超强行波磁场。
3、本发明是通过熔炼保温装置(2)与超强行波磁场发生装置(1)配合可以作为独立的超强行波磁场铸造工艺设备使用。
附图说明
图1是本发明一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备的整体结构示意图；
图2是本发明一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备的立体图；
图3是超强行波磁场发生装置(1)的结构示意图(图中标记8为电源，9为铜管)；
图4是冷却结晶装置(3)的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括超强行波磁场发生装置(1)、熔炼保温装置(2)、冷却结晶装置(3)、坩埚(5)、电机运动装置(6)和数个测温装置(4)，所述熔炼保温装置(2)、超强行波磁场发生装置(1)和冷却结晶装置(3)由上至下依次设置，所述熔炼保温装置(2)的内腔、超强行波磁场发生装置(1)的内腔和冷却结晶装置(3)的内腔为相通的型腔(7)，所述坩埚(5)位于型腔(7)中，且坩埚(5)与电机运动装置(6)连接，数个测温装置(4)均匀分布于型腔(7)的上、中、下三处位置。超强行波磁场发生装置(1)对合金凝固过程固液界面进行磁场处理，对合金进行补缩和净化作用；超强行波磁场发生装置(1)作为该设备中合金熔体超强行波磁场处理装置，主要用于熔体净化，消除偏析、缩松、缩孔等缺陷，提高铸件性能。熔炼保温装置(2)对合金进行加热熔化和保温。冷却结晶装置(3)对合金进行冷却凝固。测温装置(4)对合金凝固环境进行温度测量和调控。坩埚(5)是该设备中合金材料的盛放装置；坩埚(5)可以根据需要随时更换，保证了铸件尺寸和形状的需要，并保证了气体夹杂有效排除。电机运动装置(6)是该设备中合金定向凝固的方向以及抽拉速度控制装置；电机运动装置(6)可手动、电动控制，具有调速功能。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式是超强行波磁场发生装置(1)由六组线圈组成，六组线圈中两两串联，且以星形接法接入三相电源，电压、电流、频率可调；线圈采用空心铜管材料，管内通入循环冷却水，通过水泵控制水流速度，从而控制冷却效果，降温生磁一体化，提高超强行波磁场发生装置(1)的工作极限与工作时长，达到超强行波磁场处理的获得。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是熔炼保温装置(2)由石墨保温套筒构成，所述石墨保温套筒内添加电阻丝加热系统，用以对该区域合金进行熔化并保证合金熔体在此区域的较高温度。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式是冷却结晶装置(3)由快速气喷水雾装置构成，其组成由筒体(3-1)、数根主管道(3-2)、数个空压机(3-3)和数根支管(3-4)，数个主管道(3-2)沿同一圆周竖向均布设置在筒体(3-1)中，每根主管道(3-2)水平上下设置有数根支管(3-4)，每根主管道(3-2)的输入端安装一个空压机(3-3)。这样设置可以形成一定弧度的水雾，利用快速向下一定弧度的水雾流动，对该区域的合金熔体迅速冷却、结晶，配合熔炼保温装置(2)实现定向凝固。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式是测温装置(4)采用热电偶。热电偶与多通道温度采集仪连接，对设备内各位置的温度进行实时监测。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是电机运动装置(6)由直线电机(6-1)、支撑架(6-2)、上部压杆(6-3)和底部托杆(6-4)组成，上部压杆(6-3)与底部托杆(6-4)上下正对设置，上部压杆(6-3)和底部托杆(6-4)均固装在支撑架(6-2)上，直线电机(6-1)的输出端与支撑架(6-2)连接。直线电机(6-1)可手动或电动控制，具有无级变速功能；电机运动装置(6)保证了合金铸造过程运动方向的同轴性和一致性。其它组成及连接关系与具体实施方式四或五相同。
本发明的工作原理：
原理一：将合金材料置于坩埚(5)中，利用电机运动装置(6)使其进入熔炼保温装置(2)作用区域进行熔炼；根据测温装置(4)显示出加热区域的温度，对合金进行熔化；待合金完全熔化后，保温15min，开启电机运动装置(6)带动坩埚(5)向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置(1)及冷却结晶装置(3)；当合金进入超强行波磁场作用区域时，磁场开始对合金熔体进行磁场处理，对其进行补缩、除气、净化；同时，由于冷却结晶装置(3)的冷却作用，使合金产生较大的温度梯度，而实现定向凝固；通过超强行波磁场发生装置(1)、熔炼保温装置(2)、冷却结晶装置(3)、测温装置(4)、坩埚(5)和电机运动装置(6)的共同作用，使得超强行波磁场可以有效连续作用于合金凝固过程中的固液界面，改变合金固液界面的组织、形貌，净化合金熔体，除去合金中夹杂、气体，同时对合金进行补缩，消除铸件的偏析以及缩松、缩孔等缺陷，最终获得组织均匀、性能优良的铸件。
原理二：将合金材料置于坩埚(5)中，利用电机运动装置(6)使其进入熔炼保温装置(2)作用区域进行熔炼；根据测温装置(4)显示出加热区域的温度，对合金进行熔化；待合金完全熔化后，保温15min，开启电机运动装置(6)带动坩埚(5)向下运动；同时，打开冷却结晶装置(3)；合金进入冷却结晶装置(3)作用区域时，合金底部迅速冷却结晶，顶部继续受到熔炼保温装置(2)加热作用，合金出现较高温度梯度，实现定向凝固；配合电机运动装置(6)完成定向凝固的抽拉运动。
原理三：将合金材料置于坩埚(5)中，利用电机运动装置(6)使其进入熔炼保温装置(2)作用区域进行熔炼；根据测温装置(4)显示出加热区域的温度，对合金进行熔化；待合金完全熔化后，保温15min，开启电机运动装置(6)带动坩埚(5)向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置(1)；合金进入超强行波磁场发生装置(1)作用区域时，关闭熔炼保温装置(2)，并开始进行超强行波磁场处理，直至合金完全凝固，实现净化熔体、减小偏析的效果。

Claims (5)

1.一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，其特征在于：所述定向凝固设备包括超强行波磁场发生装置(1)、熔炼保温装置(2)、冷却结晶装置(3)、坩埚(5)、电机运动装置(6)和数个测温装置(4)，所述熔炼保温装置(2)、超强行波磁场发生装置(1)和冷却结晶装置(3)由上至下依次设置，所述熔炼保温装置(2)的内腔、超强行波磁场发生装置(1)的内腔和冷却结晶装置(3)的内腔为相通的型腔(7)，所述坩埚(5)位于型腔(7)中，且坩埚(5)与电机运动装置(6)连接，数个测温装置(4)均匀分布于型腔(7)的上、中、下三处位置，所述超强行波磁场发生装置(1)由六组线圈组成，六组线圈中两两串联，且以星形接法接入三相电源，所述线圈采用空心铜管材料，管内通入循环冷却水。
2.根据权利要求1所述的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，其特征在于：所述熔炼保温装置(2)由石墨保温套筒构成，所述石墨保温套筒内添加电阻丝加热系统。
3.根据权利要求1所述的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，其特征在于：所述冷却结晶装置(3)由快速气喷水雾装置构成，其组成由筒体(3-1)、数根主管道(3-2)、数个空压机(3-3)和数根支管(3-4)，数个主管道(3-2)沿同一圆周竖向均布设置在筒体(3-1)中，每根主管道(3-2)水平上下设置有数根支管(3-4)，每根主管道(3-2)的输入端安装一个空压机(3-3)。
4.根据权利要求1所述的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，其特征在于：所述测温装置(4)采用热电偶。
5.根据权利要求1所述的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备，其特征在于：所述电机运动装置(6)由直线电机(6-1)、支撑架(6-2)、上部压杆(6-3)和底部托杆(6-4)组成，上部压杆(6-3)与底部托杆(6-4)上下正对设置，上部压杆(6-3)和底部托杆(6-4)均固装在支撑架(6-2)上，直线电机(6-1)的输出端与支撑架(6-2)连接。
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