CN109513899B - 一种大型智能分体同步加压装置及增压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型智能分体同步加压装置及增压方法，加压装置包括从上到下设置的多个分体式外箱、供气系统、智能控制系统、数据传输系统和多个移动模块，相邻的两个所述的分体式外箱之间均通过定位与紧固系统连接，多个移动模块设置在位于中上部的分体式外箱的内部，供气系统、智能控制系统和数据传输系统均设置在多个分体式外箱的外部，移动模块包括多孔陶瓷出气塞、通气管、声纳探头、测温探头和设置在通气管上的通气接头，多孔陶瓷出气塞和声纳探头分别穿入通气管的两端，测温探头穿过多孔陶瓷出气塞。本发明解决了现有大型薄壁大型薄壁合金铸件致密度和力学性能分散性超标的问题，可以使铸件的致密度和力学性能分散性降低80％。

Description

一种大型智能分体同步加压装置及增压方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，尤其是涉及一种大型智能分体同步加压装置及增压方法。

背景技术

反重力铸造在成形大型薄壁合金铸件有极大的优势，广泛应用于舰船、水下及军事工业所需的铸件成形，材料涉及钛合金、铝合金、钛铝合金、高温合金等。随着这类构件的尺寸越来越大，反重力铸造成形过程中经常出现铸件中上部“局部失压”现象，导致高度方向上致密度和力学性能分散性超标的问题。

“局部失压”现象产生的一个主要原因是铸件高度过高，坩埚内所加压力传导至铸件顶部时损失过大，第二个原因是铸件结构复杂，压力传导通道过于复杂或者中途被截断，压力传导效率低或失效，“局部失压”现象不能仅仅靠增压过程提高金属液面与铸件之间的压力差解决，因此传统的低压铸造、调压铸造以及真空吸铸都解决不了“局部失压”问题；差压铸造依靠提高环境压力实现凝固压力提升，但是会带来很严重的问题，那就是生产效率大幅降低，由于环境压力增加使金属液的成形能力大幅下降，并且对铸造设备提出更高的要求，为了增加环境压力需要增设上下压力罐等压力容器，而且环境压力只能是单一大小的均匀压力，这样由于铸件本身高度和结构不同产生的致密度和力学性能分散性问题仍然不能解决。因此需要设计一种加压装置，它能根据铸件高度和结构不同在不同部位定点的施加适当的压力，最后使铸件实际上在相同的压力下凝固，最终解决致密度和力学性能分散性超标的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种大型智能分体同步加压装置及增压方法，不需对现有的设备改造，直接使用本装置可以智能配合现有设备实现根据铸件高度和结构不同在不同部位定点的施加适当的压力，最后使铸件实际上在相同的压力下凝固，最终解决致密度和力学性能分散性超标的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大型智能分体同步加压装置，包括从上到下设置的多个分体式外箱、定位与紧固系统、供气系统、智能控制系统、数据传输系统和多个移动模块，相邻的两个所述的分体式外箱之间均通过定位与紧固系统连接，多个所述的移动模块设置在位于中上部的分体式外箱的内部，所述的供气系统、智能控制系统和数据传输系统均设置在多个分体式外箱的外部；

所述移动模块包括多孔陶瓷出气塞、通气管、声纳探头、测温探头和通气接头，所述的多孔陶瓷出气塞穿入通气管的一端，且与通气管滑动连接，所述的测温探头穿过多孔陶瓷出气塞设置，所述的声纳探头从通气管的另一端穿入至通气管内，所述的通气接头设置在通气管上；

所述的供气系统包括气源和气路管线，气路管线通过分体式外箱上的气路联通孔与移动模块的通气接头连接，移动模块上的声纳探头和测温探头分别通过分体式外箱上的声纳线联通孔和测温线联通孔与数据传输系统连接，所述的数据传输系统与智能控制系统电连接，所述的智能控制系统与气源通过数据线连接。

进一步的，所述定位与紧固系统包括紧固螺栓和定位销，每个分体式外箱的外壁上均对称设有一组固定耳，固定耳上设有定位销连接孔和紧固螺栓连接孔。

进一步的，相邻两个分体式外箱之间通过高温硅胶垫密封，且在所述分体式外箱的上、下底面设有安装高温硅胶垫的密封台。

进一步的，所述移动模块通过支架固定在分体式外箱的内壁上的导槽上。

进一步的，所述分体式外箱为空心圆柱形结构。

进一步的，所述分体式外箱的材料为铝合金或铸铁。

进一步的，所述移动模块所用的多孔陶瓷出气塞材料为氧化锆或氧化铝。

进一步的，所述移动模块所用的多孔陶瓷出气塞的孔隙平均尺寸小于125微米。

利用上述一种大型智能分体同步加压装置的增压方法，按以下步骤实现：

步骤一、备箱：按照铸件高度1.5倍高度选择所需的分体式外箱的数目，按照铸件结构需要选择所需的移动模块的数目，并将移动模块固定在相应的分体式外箱内的导槽上，分别将移动模块上的声纳探头、测温探头、通气接头与分别穿过分体式外箱上的声纳线联通孔、测温线联通孔和气路联通孔的声纳数据线、测温数据线和气路管线连接好；

步骤二、分箱造型：按照铸型需要分箱造型，造型时将移动模块的多孔陶瓷出气塞直接对准型腔，移动模块的其它部位用单层硫酸纸包裹一起埋定在分体式外箱上，形成分组砂型；

步骤三、组装：将分组砂型按照顺序组装好，相邻的两组之间采用高温硅胶垫密封，采用定位与固定系统通过固定耳确保相邻分体式外箱之间定位准确，并紧紧连接在一起，确保高温硅胶垫密封时所需的锁紧力，连接好后形成一个整体铸型；

步骤四、连线：将分体式外箱上的测温数据线和声纳数据线分别连接到数据传输系统，将分体式外箱上接气路联通孔的气路管线与气源各路接口连接，将数据传输系统与智能控制系统连接，将智能控制系统的控制线与气源相连接；设置所需的增压、保压及排气参数；

步骤五、反重力浇注：将连接好的整体铸型安置在反重力浇注装置上，通过熔炼、精炼金属液，然后正常开启反重力装置升液、充型、增压、保压、排气等工艺流程成形铸件；当工艺流程进行到增压步骤时智能控制系统自动开启；

步骤六、同步增压：当金属液充满型腔时，移动模块上的多孔陶瓷出气塞在金属液压力下自动向通气管内移动，测温探头与金属液接触采集温度信号，同时多孔陶瓷出气塞接触声纳探头精准测试压力，智能控制系统获得已经达到增压步骤信号后，开始控制气源与反重力装备同步智能增压，并同步进行保压过程；

步骤七、同步排气：反重力装置进行排气流程时，智能控制系统控制气源开始同步排气；

步骤八、拆箱：排气完成后卸下整体铸型，断开连接线和通气管线，解除固定与定位系统，分开各分体式外箱，回收移动模块，移动模块的多孔陶瓷出气塞为耗材，留在铸件上、后续随浇注系统一并清理。

进一步的，步骤二中的分箱造型采用树脂自硬砂造型。

相对于现有技术，本发明所述的一种大型智能分体同步加压装置具有以下优势：

本发明所述的一种大型智能分体同步加压装置，

1、实现不需对现有的反重力设备改造，直接使用本装置可以智能配合现有设备实现根据铸件高度和结构在不同部位定点的施加适当的压力，最后使铸件实际上在相同的压力下凝固，最终解决致密度和力学性能分散性超标的问题，致密度和力学性能分散性降低80％。

2、解决反重力铸造成形过程中经常出现铸件中上部“局部失压”现象，可以实现多点同时差异化增压，大型薄壁合金铸件工艺设计人员按照设计需要自由选择增压位置，使铸造工艺设计具有更大的灵活性。

3、直接配合现有设备使用，对提升现有场地和设备利用率，所使用的移动模块体积小，单一铸件可使用数量多，可以回收使用，并且互换好，提高了设备的利用率和使用成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的大型智能分体同步加压装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的分体式外箱及定位与固定系统的示意图；

图3为移动模块的结构示意图。

附图标记说明：

1-分体式外箱，2-定位与紧固系统，3-供气系统，4-智能控制系统，5-数据传输系统，6-移动模块，7-固定耳，8-紧固螺栓，9-定位销，10-多孔陶瓷出气塞，11-通气管，12-声纳探头，13-测温探头，14-通气接头，15-支架，16-导槽，17-气路连通孔，18-声纳线连通孔，19-测温线连通孔，20-高温硅胶垫。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图3所示，一种大型智能分体同步加压装置，包括从上到下设置的多个分体式外箱1、定位与紧固系统2、供气系统3、智能控制系统4、数据传输系统5和多个移动模块6，相邻的两个所述的分体式外箱1之间均通过定位与紧固系统2连接，多个所述的移动模块6设置在位于中上部的分体式外箱1的内部，所述的供气系统3、智能控制系统4和数据传输系统5均设置在多个分体式外箱1的外部；

所述移动模块6包括多孔陶瓷出气塞10、通气管11、声纳探头13、测温探头13和通气接头14，所述的多孔陶瓷出气塞10穿入通气管11的一端且与通气管11滑动连接，所述的测温探头13穿过多孔陶瓷出气塞10设置，所述的声纳探头13从通气管11的另一端穿入至通气管11内，所述的通气接头14设置在通气管11上；

所述的供气系统包括气源和气路管线，气路管线通过分体式外箱1上的气路联通孔17与移动模块6的通气接头14连接，移动模块6上的声纳探头12和测温探头13分别通过分体式外箱1上的声纳线联通孔18和测温线联通孔19与数据传输系统5连接，所述的数据传输系统5与智能控制系统4电连接，所述的智能控制系统4与气源通过数据线连接。

定位与紧固系统2包括紧固螺栓8和定位销9，每个分体式外箱1的外壁上均对称设有一组固定耳7，固定耳7上设有定位销连接孔和紧固螺栓连接孔。

相邻两个分体式外箱1之间通过高温硅胶垫20密封，且在所述分体式外箱1的上、下底面设有安装高温硅胶垫20的密封台，密封效果好，有利于铸件的成型。

移动模块6通过支架15固定在分体式外箱1的内壁上的导槽16上，导槽16为环形槽，移动模块6根据需要可以设置在分体式外箱1的任何位置，灵活度高。

分体式外箱1为空心圆柱形结构，保证了加压过程中，各向同压。

分体式外箱1的材料为铝合金或铸铁。

移动模块6的多孔陶瓷出气塞10的材料为氧化锆或氧化铝。

移动模块6的多孔陶瓷出气塞10的孔隙平均尺寸小于125微米。

一种大型智能分体同步加压装置的增压方法，包括

步骤一、备箱：按照铸件高度1.5倍高度(总高度2.25m)选择9个分体式外箱1，按照铸件结构需要选择35个移动模块6，并将移动模块6固定在铸件的中上部位的分体式外箱1内的导槽16上，分别将移动模块6上的声纳探头12、测温探头13、通气接头14与分别穿过分体式外箱1上的声纳线联通孔18、测温线联通孔19和气路联通孔17的声纳数据线、测温数据线和气路管线连接好；

步骤二、分箱造型：按照铸型需要分箱造型，造型时将移动模块1的多孔陶瓷出气塞10直接对准型腔，移动模块6的其它部位用单层硫酸纸包裹一起埋定在分体式外箱1上，形成分组砂型；分箱造型采用树脂自硬砂造型；

步骤三、组装：将分组砂型按照顺序组装好，相邻的两组之间采用高温硅胶垫20密封，采用定位与固定系统2通过固定耳7确保相邻分体式外箱1之间定位准确，并紧紧连接在一起，确保高温硅胶垫20密封时所需的锁紧力，连接好后形成一个整体铸型；

步骤四、连线：将分体式外箱1上的测温数据线和声纳数据线分别连接到数据传输系统，将分体式外箱1上的接气路联通孔17的气路管线与气源各路接口连接，将数据传输系统5与智能控制系统4连接，将智能控制系统4的控制线与气源相连接；设置所需的增压、保压及排气参数；

步骤五、反重力浇注：将连接好的整体铸型安置在反重力浇注装置上，通过熔炼、精炼金属液，然后正常开启反重力装置升液、充型、增压、保压、排气等工艺流程成形铸件；当工艺流程进行到增压步骤时智能控制系统4自动开启；

步骤六、同步增压：当金属液充满型腔时，移动模块1上的多孔陶瓷出气塞10在金属液压力下自动向通气管11内移动，测温探头13与金属液接触采集温度信号，同时多孔陶瓷出气塞10接触声纳探头12精准测试压力，智能控制系统4获得已经达到增压步骤信号后，开始控制气源与反重力装备同步智能增压，并同步进行保压过程；

步骤七、同步排气：反重力装置进行排气流程时，智能控制系统4控制气源开始同步排气；

步骤八、拆箱：排气完成后卸下整体铸型，断开连接线和通气管线，解除固定与定位系统2，分开各分体式外箱1，回收移动模块6，移动模块6的多孔陶瓷出气塞10为耗材，留在铸件上、后续随浇注系统一并清理。

本实施例所述方法成形ZL205A合金大型薄壁复杂结构铸件直径2000mm，高度1500mm，最小壁厚3mm，同步增压突破了现有反重力铸造设备的极限，本发明大型智能分体同步加压装置可以实现不需对现有的反重力设备改造，直接使用本装置可以智能配合现有设备实现根据铸件高度和结构在不同部位定点的施加适当的压力，最后使铸件实际上在相同的压力下凝固，最终解决致密度和力学性能分散性超标的问题，致密度和力学性能分散性降低80％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：包括从上到下设置的多个分体式外箱（1）、定位与紧固系统（2）、供气系统（3）、智能控制系统（4）、数据传输系统（5）和多个移动模块（6），相邻的两个所述的分体式外箱（1）之间均通过定位与紧固系统（2）连接，多个所述的移动模块（6）设置在位于中上部的分体式外箱（1）的内部，所述的供气系统（3）、智能控制系统（4）和数据传输系统（5）均设置在多个分体式外箱（1）的外部；

所述移动模块（6）包括多孔陶瓷出气塞（10）、通气管（11）、压力探头（12）、测温探头（13）和通气接头（14），所述的多孔陶瓷出气塞（10）穿入通气管（11）的一端且与通气管（11）滑动连接，所述的测温探头（13）穿过多孔陶瓷出气塞（10）设置，所述的压力探头（12）从通气管（11）的另一端穿入至通气管（11）内，所述的通气接头（14）设置在通气管（11）上；

所述的供气系统包括气源和气路管线，气路管线通过分体式外箱（1）上的气路联通孔（17）与移动模块（6）的通气接头（14）连接，移动模块（6）上的压力探头（12）和测温探头（13）分别通过分体式外箱（1）上的压力线联通孔（18）和测温线联通孔（19）与数据传输系统（5）连接，所述的数据传输系统（5）与智能控制系统（4）电连接，所述的智能控制系统（4）与气源通过数据线连接；所述加压装置用于反重力铸造。

2.根据权利要求1所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：所述定位与紧固系统（2）包括紧固螺栓（8）和定位销（9），每个分体式外箱（1）的外壁上均对称设有一组固定耳（7），固定耳（7）上设有定位销连接孔和紧固螺栓连接孔。

3.根据权利要求2所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：相邻两个分体式外箱（1）之间通过高温硅胶垫（20）密封，且在所述分体式外箱（1）的上、下底面设有安装高温硅胶垫（20）的密封台。

4.根据权利要求3所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：所述移动模块（6）通过支架（15）固定在分体式外箱（1）的内壁上的导槽（16）上。

5.根据权利要求4所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：所述分体式外箱（1）为空心圆柱形结构。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：所述分体式外箱（1）的材料为铝合金或铸铁。

7.根据权利要求6所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：所述移动模块（6）的多孔陶瓷出气塞（10）的材料为氧化锆或氧化铝。

8.根据权利要求7所述的一种大型智能分体同步加压装置，其特征在于：所述移动模块（6）的多孔陶瓷出气塞（10）的孔隙平均尺寸小于125微米。

9.根据权利要求4-5中任一项所述的一种大型智能分体同步加压装置的增压方法，其特征在于：包括

步骤一、备箱：按照铸件高度1.5倍高度选择所需的分体式外箱（1）的数目，按照铸件结构需要选择所需的移动模块（6）的数目，并将移动模块（6）固定在相应的分体式外箱（1）内的导槽（16）上，分别将移动模块（6）上的压力探头（12）、测温探头（13）、通气接头（14）与分别穿过分体式外箱（1）上的压力线联通孔（18）、测温线联通孔（19）和气路联通孔（17）的压力数据线、测温数据线和气路管线连接好；

步骤二、分箱造型：按照铸型需要分箱造型，造型时将移动模块（1）的多孔陶瓷出气塞（10）直接对准型腔，移动模块（6）的其它部位用单层硫酸纸包裹一起埋定在分体式外箱（1）上，形成分组砂型；

步骤三、组装：将分组砂型按照顺序组装好，相邻的两组之间采用高温硅胶垫（20）密封，采用定位与紧固系统（2）通过固定耳（7）确保相邻分体式外箱（1）之间定位准确，并紧紧连接在一起，确保高温硅胶垫（20）密封时所需的锁紧力，连接好后形成一个整体铸型；

步骤四、连线：将分体式外箱（1）上的测温数据线和压力数据线分别连接到数据传输系统，将分体式外箱（1）上的接气路联通孔（17）的气路管线与气源各路接口连接，将数据传输系统（5）与智能控制系统（4）连接，将智能控制系统（4）的控制线与气源相连接；设置所需的增压、保压及排气参数；

步骤五、反重力浇注：将连接好的整体铸型安置在反重力浇注装置上，通过熔炼、精炼金属液，然后正常开启反重力浇注装置升液、充型、增压、保压、排气工艺流程成形铸件；当工艺流程进行到增压步骤时智能控制系统（4）自动开启；

步骤六、同步增压：当金属液充满型腔时，移动模块（1）上的多孔陶瓷出气塞（10）在金属液压力下自动向通气管（11）内移动，测温探头（13）与金属液接触采集温度信号，同时多孔陶瓷出气塞（10）接触压力探头（12）精准测试压力，智能控制系统（4）获得已经达到增压步骤信号后，开始控制气源与反重力浇注装置同步智能增压，并同步进行保压过程；

步骤七、同步排气：反重力浇注装置进行排气流程时，智能控制系统（4）控制气源开始同步排气；

步骤八、拆箱：排气完成后卸下整体铸型，断开连接线和通气管线，解除定位与紧固系统（2），分开各分体式外箱（1），回收移动模块（6），移动模块（6）的多孔陶瓷出气塞（10）为耗材，留在铸件上、后续随浇注系统一并清理。

10.根据权利要求9所述的一种大型智能分体同步加压装置的增压方法，其特征在于：步骤二中的分箱造型采用树脂自硬砂造型。

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