CN108515162B - 一种铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法 - Google Patents
一种铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，涉及一种反重力铸造的凝固顺序控制方法。本发明是要解决现有的反重力铸造的设备空间限制了冷铁的尺寸不宜过大，且不能精确地控制铸件的凝固过程的技术问题。本发明：一、把计算出的每个冷铁在凝固进程中要达到的温度输入到计算机中；二、反重力铸造时，计算机控制气路电磁阀改变冷铁内腔的进气流量改变冷却效果。本发明利用这样定量的控制进入冷铁内腔的气体量，对冷铁的温度实时控制并监测，调节铸件局部的凝固速度，有效的保证铸件自上而下的顺序凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种反重力铸造的凝固顺序控制方法。
背景技术
反重力铸造时铸件凝固的理想效果是创造自上而下的顺序凝固条件，只有这样，固液界面前沿的液体才能始终受到下部相对高温的液体金属的不断补缩，从而获得无缩孔和缩松的铸件。实际生产过程中，由于铸件的结构因素，很少有完全理想的顺序凝固结构的铸件，都要通过某些工艺措施来创造顺序凝固条件。采用冷铁对热节部位实行激冷吸热是最普遍应用的有效手段之一，这起到了调整局部温度，创造铸件整体的顺序凝固。大型船舶用(包括军用舰船)铜合金螺旋桨浆毂薄厚不均匀，采用冷铁是最有效的创造顺序凝固的工艺措施。因为冷铁的激冷效果与冷铁的尺寸和冷铁材料的热容有关，但是选定的冷铁材料的热容量是固定的，为了增加激冷效果，以往都是增加冷铁尺寸(增大重量)来实现增加蓄热量。但是反重力铸造的设备空间限制了冷铁的尺寸不宜过大。而且，传统冷铁是建立在经验和粗略的计算基础上设计使用的，不能精确地控制铸件的凝固过程，难免存在某些误差，很难从根本上避免缩孔、缩松的发生。
发明内容
本发明是要解决现有的反重力铸造的设备空间限制了冷铁的尺寸不宜过大，且不能精确地控制铸件的凝固过程的技术问题，而提供一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法。
本发明的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法是按以下步骤进行的：
一、在对铸件进行工艺设计时，用数值模拟的方法确定铸型中每个热节的具体部位，然后在铸型的内表面的每个热节处固定安装智能冷铁控制装置的冷铁，计算出要达到铸件总体自上而下顺序凝固，智能冷铁控制装置的冷铁在凝固进程中要达到的温度T1，然后把计算出的每个冷铁在凝固进程中要达到的温度T1输入到智能冷铁控制装置的计算机控制程序中；
所述的智能冷铁控制装置是由计算机、温度检测系统、气路电磁阀、冷铁进气管、压缩空气储气罐、冷铁出气管、冷铁、耐热绝缘管和温度传感器组成；
所述的冷铁的下表面为与铸件热节接触的工作面，冷铁的内部设置冷铁内腔，在冷铁内腔的两端分别设置一个进气孔和排气孔，在冷铁内腔下端设置一个温度传感器线路管道，且温度传感器线路管道的一端出口设置在冷铁的下表面；
所述的计算机的信号输出端与气路电磁阀的控制信号输入端连接，温度检测系统的信号输出端与计算机的信号输入端连接，在冷铁的温度传感器线路管道内设置耐热绝缘管，在冷铁的下表面与温度传感器线路管道的交叉处设置温度传感器，温度传感器的信号输出端与温度检测系统的信号输入端连接，连接温度传感器的信号输出端与温度检测系统的信号输入端的线路设置在耐热绝缘管中，压缩空气储气罐的气体输出端与冷铁的进气孔通过冷铁进气管连通，且在冷铁进气管上设置气路电磁阀，在冷铁的排气孔设置冷铁出气管。
二、反重力铸造浇注时，在下罐压力的作用下，铜水包内的铜合金液体沿着升液管上升进入型腔，当铜合金液体充满型腔后，温度传感器实时检测到冷铁与铸件热节处的温度 T2同时传递给计算机，当计算机检测到T2高于设定的温度T1时，计算机控制气路电磁阀加大冷铁内腔的进气流量提高冷却效果；当计算机检测到T2低于设定的温度T1时，计算机控制气路电磁阀减少冷铁内腔的进气流量降低冷却效果。
本发明利用这样定量的控制进入冷铁内腔的气体量，对冷铁的温度实时控制并监测，调节铸件局部的凝固速度。通过若干个冷铁的联合作用，每个冷铁都通过各自的温度检测系统连接同一个计算机，每个气路电磁阀均连接同一个计算机，有效的控制铸件自上而下的顺序凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
本发明的计算机根据预先设定的程序判定要求的温度，控制打开冷铁进气管的时间和进气流量，进入冷铁内腔的压缩空气通过冷铁出气管排出，带走热量降低冷铁温度，起到激冷铸件热节的作用。
当铸件凝固过程中需要某个冷铁的温度升高或降低时，通过强制对该冷铁进行换热，来维持所要的温度，从而达到精确控制铸件凝固过程。
本发明的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置的工作过程为：将冷铁7的下表面7-5作为工作面与铸件热节接触，当铜合金液体充满铸件型腔后，温度传感器9实时检测到冷铁7与铸件热节处的温度T2，然后把信号传递到温度检测系统2，温度检测系统2再将信号转化后传到到计算机1上，计算机1根据预先设定的程序判定要求的温度T1，控制打开气路电磁阀3的开启时间与气体的流量，进入冷铁内腔7-2 的常温压缩空气通过排气孔7-3排出，带走热量降低了冷铁7的温度，使冷铁7的下表面7-5起到激冷铸件热节的作用。
当计算机1检测到冷铁7的温度T2高于设定的温度值T1时，计算机1可以控制气路电磁阀3加大进气流量提高冷却效果；当计算机1检测到冷铁7的温度T2低于设定的温度T1时，计算机1能够控制气路电磁阀3减少(或关闭)进气流量降低冷却效果。利用这样定量的控制进入冷铁7内的气体量，对冷铁7的温度实时监测，调节铸件局部的凝固速度。
本发明也可以通过若干个冷铁的联合作用，有效的控制铸件的凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
本发明的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置用以实现实时控制铸件的凝固过程，保证铸件按照设定的凝固顺序进行，从而消除缩孔和缩松的形成。
附图说明
图1为试验一中大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法的示意图；
图2为具体实施方式一中大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置的示意图；
图3为图2中冷铁7的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法是按以下步骤进行的：
一、在对铸件进行工艺设计时，用数值模拟的方法确定铸型中每个热节的具体部位，然后在铸型的内表面的每个热节处固定安装智能冷铁控制装置的冷铁，计算出要达到铸件总体自上而下顺序凝固，智能冷铁控制装置的冷铁在凝固进程中要达到的温度T1，然后把计算出的每个冷铁在凝固进程中要达到的温度T1输入到智能冷铁控制装置的计算机控制程序中；
如图2-图3，所述的智能冷铁控制装置是由计算机1、温度检测系统2、气路电磁阀3、冷铁进气管4、压缩空气储气罐5、冷铁出气管6、冷铁7、耐热绝缘管8和温度传感器9组成；
所述的冷铁7的下表面7-5为与铸件热节接触的工作面，冷铁7的内部设置冷铁内腔 7-2，在冷铁内腔7-2的两端分别设置一个进气孔7-1和排气孔7-3，在冷铁内腔7-2下端设置一个温度传感器线路管道7-4，且温度传感器线路管道7-4的一端出口设置在冷铁7 的下表面7-5；
所述的计算机1的信号输出端与气路电磁阀3的控制信号输入端连接，温度检测系统 2的信号输出端与计算机1的信号输入端连接，在冷铁7的温度传感器线路管道7-4内设置耐热绝缘管8，在冷铁7的下表面7-5与温度传感器线路管道7-4的交叉处设置温度传感器9，温度传感器9的信号输出端与温度检测系统2的信号输入端连接，连接温度传感器9的信号输出端与温度检测系统2的信号输入端的线路设置在耐热绝缘管8中，压缩空气储气罐5的气体输出端与冷铁7的进气孔7-1通过冷铁进气管4连通，且在冷铁进气管 4上设置气路电磁阀3，在冷铁7的排气孔7-3设置冷铁出气管6；
二、反重力铸造浇注时，在下罐压力的作用下，铜水包内的铜合金液体沿着升液管上升进入型腔，当铜合金液体充满型腔后，温度传感器实时检测到冷铁与铸件热节处的温度 T2同时传递给计算机，当计算机检测到T2高于设定的温度T1时，计算机控制气路电磁阀加大冷铁内腔的进气流量提高冷却效果；当计算机检测到T2低于设定的温度T1时，计算机控制气路电磁阀减少冷铁内腔的进气流量降低冷却效果。
本实施方式利用这样定量的控制进入冷铁内腔的气体量，对冷铁的温度实时控制并监测，调节铸件局部的凝固速度。通过若干个冷铁的联合作用，每个冷铁都通过各自的温度检测系统连接同一个计算机，每个气路电磁阀均连接同一个计算机，有效的控制铸件自上而下的顺序凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
本实施方式的计算机根据预先设定的程序判定要求的温度，控制打开冷铁进气管的时间和进气流量，进入冷铁内腔的压缩空气通过冷铁出气管排出，带走热量降低冷铁温度，起到激冷铸件热节的作用。
当铸件凝固过程中需要某个冷铁的温度升高或降低时，通过强制对该冷铁进行换热，来维持所要的温度，从而达到精确控制铸件凝固过程。
本实施方式的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置的工作过程为：将冷铁7的下表面7-5作为工作面与铸件热节接触，当铜合金液体充满铸件型腔后，温度传感器9实时检测到冷铁7与铸件热节处的温度T2，然后把信号传递到温度检测系统2，温度检测系统2再将信号转化后传到到计算机1上，计算机1根据预先设定的程序判定要求的温度T1，控制打开气路电磁阀3的开启时间与气体的流量，进入冷铁内腔7-2的常温压缩空气通过排气孔7-3排出，带走热量降低了冷铁7的温度，使冷铁7 的下表面7-5起到激冷铸件热节的作用。
当计算机1检测到冷铁7的温度T2高于设定的温度值T1时，计算机1可以控制气路电磁阀3加大进气流量提高冷却效果；当计算机1检测到冷铁7的温度T2低于设定的温度T1时，计算机1能够控制气路电磁阀3减少(或关闭)进气流量降低冷却效果。利用这样定量的控制进入冷铁7内的气体量，对冷铁7的温度实时监测，调节铸件局部的凝固速度。
本实施方式也可以通过若干个冷铁的联合作用，有效的控制铸件的凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
本实施方式的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置用以实现实时控制铸件的凝固过程，保证铸件按照设定的凝固顺序进行，从而消除缩孔和缩松的形成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的冷铁7为高碳钢。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的冷铁7为铸铁。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的冷铁7为铸铜。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的温度传感器9为测试温度在1100℃以上材料的热电偶。其他与具体实施方式一至四之一相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，如图1所示，是按以下步骤进行的：
一、在对铸件进行工艺设计时，用数值模拟的方法确定铸型10中每个热节的具体部位，然后在铸型10的内表面的每个热节处固定安装智能冷铁控制装置的冷铁7，计算出要达到铸件总体自上而下顺序凝固，智能冷铁控制装置的冷铁7在凝固进程中要达到的温度T1，然后把计算出的每个冷铁7在凝固进程中要达到的温度T1输入到智能冷铁控制装置的计算机1的控制程序中；
如图2-图3，所述的智能冷铁控制装置是由计算机1、温度检测系统2、气路电磁阀3、冷铁进气管4、压缩空气储气罐5、冷铁出气管6、冷铁7、耐热绝缘管8和温度传感器9组成；所述的冷铁7为高碳钢；所述的温度传感器9为测试温度在1100℃以上材料的热电偶；
所述的冷铁7的下表面7-5为与铸件热节接触的工作面，冷铁7的内部设置冷铁内腔 7-2，在冷铁内腔7-2的两端分别设置一个进气孔7-1和排气孔7-3，在冷铁内腔7-2下端设置一个温度传感器线路管道7-4，且温度传感器线路管道7-4的一端出口设置在冷铁7 的下表面7-5；
所述的计算机1的信号输出端与气路电磁阀3的控制信号输入端连接，温度检测系统 2的信号输出端与计算机1的信号输入端连接，在冷铁7的温度传感器线路管道7-4内设置耐热绝缘管8，在冷铁7的下表面7-5与温度传感器线路管道7-4的交叉处设置温度传感器9，温度传感器9的信号输出端与温度检测系统2的信号输入端连接，连接温度传感器9的信号输出端与温度检测系统2的信号输入端的线路设置在耐热绝缘管8中，压缩空气储气罐5的气体输出端与冷铁7的进气孔7-1通过冷铁进气管4连通，且在冷铁进气管 4上设置气路电磁阀3，在冷铁7的排气孔7-3设置冷铁出气管6；
二、反重力铸造浇注时，在下罐压力P的作用下，铜水包12内的铜合金液体沿着升液管11上升进入型腔14中(型腔14是由铸型10与砂芯13围成的形成铸件的腔体)，当铜合金液体充满型腔14后，温度传感器9实时检测到冷铁7与铸件热节处的温度T2同时传递给计算机1，当计算机1检测到T2高于设定的温度T1时，计算机1控制气路电磁阀3加大冷铁内腔7-2的进气流量提高冷却效果；当计算机1检测到T2低于设定的温度 T1时，计算机1控制气路电磁阀3减少冷铁内腔7-2的进气流量降低冷却效果。
本试验利用这样定量的控制进入冷铁内腔7-2的气体量，对冷铁7的温度实时控制并监测，调节铸件局部的凝固速度。通过若干个冷铁7的联合作用，每个冷铁7都通过各自的温度检测系统2连接同一个计算机1，每个气路电磁阀3均连接同一个计算机1，有效的控制铸件自上而下的顺序凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
本试验的计算机1根据预先设定的程序判定要求的温度，控制打开冷铁进气管4的时间和进气流量，进入冷铁内腔7-2的压缩空气通过冷铁出气管6排出，带走热量降低冷铁温度，起到激冷铸件热节的作用。
当铸件凝固过程中需要某个冷铁7的温度升高或降低时，通过强制对该冷铁7进行换热，来维持所要的温度，从而达到精确控制铸件凝固过程。
本试验的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置的工作过程为：将冷铁7的下表面7-5作为工作面与铸件热节接触，当铜合金液体充满铸件型腔后，温度传感器9实时检测到冷铁7与铸件热节处的温度T2，然后把信号传递到温度检测系统2，温度检测系统2再将信号转化后传到到计算机1上，计算机1根据预先设定的程序判定要求的温度T1，控制打开气路电磁阀3的开启时间与气体的流量，进入冷铁内腔7-2 的常温压缩空气通过排气孔7-3排出，带走热量降低了冷铁7的温度，使冷铁7的下表面7-5起到激冷铸件热节的作用。
当计算机1检测到冷铁7的温度T2高于设定的温度值T1时，计算机1可以控制气路电磁阀3加大进气流量提高冷却效果；当计算机1检测到冷铁7的温度T2低于设定的温度T1时，计算机1能够控制气路电磁阀3减少(或关闭)进气流量降低冷却效果。利用这样定量的控制进入冷铁7内的气体量，对冷铁7的温度实时监测，调节铸件局部的凝固速度。
本试验也可以通过若干个冷铁7的联合作用，有效的控制铸件的凝固过程，实现大型铜合金螺旋桨浆毂反重力铸造凝固顺序的智能控制。
本试验的大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的智能冷铁控制装置用以实现实时控制铸件的凝固过程，保证铸件按照设定的凝固顺序进行，从而消除缩孔和缩松的形成。
Claims (5)
1.一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，其特征在于大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法是按以下步骤进行的：
一、在对铸件进行工艺设计时，用数值模拟的方法确定铸型中每个热节的具体部位，然后在铸型的内表面的每个热节处固定安装智能冷铁控制装置的冷铁，计算出要达到铸件总体自上而下顺序凝固，智能冷铁控制装置的冷铁在凝固进程中要达到的温度T1，然后把计算出的每个冷铁在凝固进程中要达到的温度T1输入到智能冷铁控制装置的计算机控制程序中；
所述的智能冷铁控制装置是由计算机、温度检测系统、气路电磁阀、冷铁进气管、压缩空气储气罐、冷铁出气管、冷铁、耐热绝缘管和温度传感器组成；每个冷铁都通过各自的温度检测系统连接同一个计算机，每个气路电磁阀均连接同一个计算机；
所述的冷铁的下表面为与铸件热节接触的工作面，冷铁的内部设置冷铁内腔，在冷铁内腔的两端分别设置一个进气孔和排气孔，在冷铁内腔下端设置一个温度传感器线路管道，且温度传感器线路管道的一端出口设置在冷铁的下表面；
所述的计算机的信号输出端与气路电磁阀的控制信号输入端连接，温度检测系统的信号输出端与计算机的信号输入端连接，在冷铁的温度传感器线路管道内设置耐热绝缘管，在冷铁的下表面与温度传感器线路管道的交叉处设置温度传感器，温度传感器的信号输出端与温度检测系统的信号输入端连接，连接温度传感器的信号输出端与温度检测系统的信号输入端的线路设置在耐热绝缘管中，压缩空气储气罐的气体输出端与冷铁的进气孔通过冷铁进气管连通，且在冷铁进气管上设置气路电磁阀，在冷铁的排气孔设置冷铁出气管；
二、反重力铸造浇注时，在下罐压力的作用下，铜水包内的铜合金液体沿着升液管上升进入型腔，当铜合金液体充满型腔后，温度传感器实时检测到冷铁与铸件热节处的温度T2同时传递给计算机，当计算机检测到T2高于设定的温度T1时，计算机控制气路电磁阀加大冷铁内腔的进气流量提高冷却效果；当计算机检测到T2低于设定的温度T1时，计算机控制气路电磁阀减少冷铁内腔的进气流量降低冷却效果。
2.根据权利要求1所述的一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，其特征在于所述的冷铁为高碳钢。
3.根据权利要求1所述的一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，其特征在于所述的冷铁为铸铁。
4.根据权利要求1所述的一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，其特征在于所述的冷铁为铸铜。
5.根据权利要求1所述的一种大型船舶用铜合金螺旋桨桨毂反重力铸造的凝固顺序控制方法，其特征在于所述的温度传感器为测试温度在1100℃以上材料的热电偶。
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Effective date of registration: 20181212 Address after: 150001 No. 92 West straight street, Nangang District, Heilongjiang, Harbin Applicant after: Harbin Institute of Technology Applicant after: DaLian Marine Propellet Co., Ltd. Address before: 150001 No. 92 West straight street, Nangang District, Heilongjiang, Harbin Applicant before: Harbin Institute of Technology |
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| GR01 | Patent grant | ||
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