CN110434301B - 等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备 - Google Patents

Abstract

等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，本发明属于薄壁铸件半连铸技术领域，它为了解决现有的等外径薄壁合金铸件半连铸工艺方法无法满足多型号铸件同批次以及同型号铸件多级同批次连续铸造的问题。本发明半连铸多级随动型芯设备是在工作台上由上至下依次叠置有熔炼保温装置、行波磁场发生器和水冷结晶器，外模套设在行波磁场发生器内部，通过运动系统带动底板进行上下抽拉运动，在底板上叠层放置有多级同型号或异型号型芯。本发明的多级芯骨可以根据实际需要进行拆卸和组装；多级随动型芯根据实际铸件型号进行调整，实现多型号铸件的多级同批次生产，及同型号铸件多级同批次生产，提高生产效率。

Description

等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯 设备

技术领域

本发明属于薄壁铸件半连铸技术领域，具体涉及一种通过多级随动型芯控制来实现多型号等外径铸件同批次生产，并保证连铸过程中实时行波磁场优化处理的近净成形的设备。

背景技术

目前，航空、航天、军工和国防武器装备等高精新技术领域中有较多的结构件属于等外径薄壁铸件。然而现有的等外径薄壁合金铸件铸造方法主要为差压铸造和反重力铸造，这种方法会造成成本的大量提高；另外，在实际应用中，也几乎很难达到多型号铸件同批次半连铸成形，由于壁厚较小，合金在抽拉过程中会产生温度场分布不均匀，从而导致补缩困难、气体难以排出等问题，最终造成合金铸件存在较多的缩松、缩孔等组织缺陷；同时，温度场的不均匀也导致合金溶质分配容易出现偏析，最终在合金铸件中产生较大的比重偏析等问题。而对于传统的半连铸工艺，一般为连铸连轧工艺，很难实现铸件的近净成形，需要对半连铸后铸件进行后续处理，大大增加了生产成本；而且，对于多型号铸件同时生产，目前并没有工艺可以实现，需要采取不同的半连铸工艺来获取不同的型号铸件，提高了生产成本，严重降低了生产效率。因此，传统的等外径薄壁铸件半连铸方法具有较大的局限性，很难在航空、航天、军工和国防武器装备等高精新技术领域得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的等外径薄壁合金铸件半连铸工艺方法无法满足多型号铸件同批次连续铸造以及同型号铸件多级同批次连续铸造，无法满足降低半连铸工艺后续处理成本，无法有效降低生产成本、提高生产效率的问题，而提供一种多型号等外径薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，来满足国防武器装备的设计、开发及高效生产的需求。

本发明等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备包括多个型芯、熔炼保温装置、行波磁场发生器、水冷结晶器、工作台、通风散热系统、外模和运动系统，在工作台上由上至下依次叠置有熔炼保温装置、行波磁场发生器和水冷结晶器，外模套设在行波磁场发生器内部并位于水冷结晶器上；

所述的运动系统包括两根丝杠导轨、移动板、支撑杆和底板，在工作台的平台下表面竖直设置有两根丝杠导轨，丝杠螺母套设在丝杠导轨形成丝杠副，移动板与丝杠螺母固定连接，两根丝杠导轨由电机驱动同步旋转带动丝杠导轨上的移动板上下运动，移动板上固设有多根竖直的支撑杆，支撑杆的杆顶设置有水平的底板；

在底板上叠层放置有多级的型芯，在顶部型芯上还设置有芯头；所述的型芯是在砂型芯骨内套设有导磁芯骨，多级的型芯的内部设置有通风散热系统。

本发明所述的运动系统能够调控抽拉速度为1～1000mm/min，方向可以向上或者向下，根据实际需要进行合理选择，便于自动化控制；砂型芯骨为酚醛树脂砂，具有较好的耐高温不溃散性能，并且有利于熔体中的气体排出；导磁芯骨为硅钢材料或者工业纯铁等具有良好的导磁性能材料，起到提高熔体中行波磁场强度的作用；芯头为酚醛树脂砂材料制作的，在抽拉结束时芯头与结晶器共同作用作为冒口，芯头形成的空腔存贮液态金属，起凝固过程补液作用，并防止缩孔、缩松、排气和集渣。多级芯骨外部形状根据铸件内腔形状进行设计制作，多级芯骨进行连接，可以任意组装和拆卸，实现多型号等外径薄壁铸件同批次生产。

所述的熔炼保温系统具有熔炼、保温及实时测温功能。

所述熔炼保温系统、运动系统、水冷结晶系统、行波磁场发生系统以及多级随动型芯系统相互配合保证合金熔体糊状区在行波磁场作用区域。

本发明将合金材料放置于熔炼保温系统中进行熔炼和保温，开启运动系统带动多级随动型芯系统进行半连铸工艺；同时，打开行波磁场发生系统、水冷结晶系统和通风散热系统，对合金进行行波磁场处理和冷却结晶处理；铸件最终在外模与多级随动型芯系统之间成形，直到半连铸工艺结束；实现多型号铸件行波磁场半连铸工艺中，多级随动型芯控制的近净成形。

本发明多级随动型芯的每一级型芯由砂型芯骨和导磁芯骨套设而成，在多级随动型芯的最顶部设置芯头，然后多级芯骨进行连接，其内部为中空形态；多级芯骨可以根据实际需要进行拆卸和组装；多级随动型芯根据实际铸件型号进行合理的调整，实现多型号铸件的多级同批次生产，提高生产效率，并保证芯骨内部散热均匀。

附图说明

图1是本发明等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备带有多级不同型号型芯的结构示意图；

图2是本发明等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备带有多级相同型号型芯的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备包括多个型芯11、熔炼保温装置4、行波磁场发生器5、水冷结晶器6、工作台10、通风散热系统7、外模8和运动系统9，在工作台10上由上至下依次叠置有熔炼保温装置4、行波磁场发生器5和水冷结晶器6，外模8套设在行波磁场发生器5内部并位于水冷结晶器6上；

所述的运动系统9包括两根丝杠导轨9-1、移动板9-2、支撑杆9-3和底板9-4，在工作台10的平台下表面竖直设置有两根丝杠导轨9-1，丝杠螺母套设在丝杠导轨9-1形成丝杠副，移动板9-2与丝杠螺母固定连接，两根丝杠导轨9-1由电机驱动同步旋转带动丝杠导轨9-1上的移动板9-2上下运动，移动板9-2上固设有多根竖直的支撑杆9-3，支撑杆9-3的杆顶设置有水平的底板9-4；

在底板9-4上叠层放置有多级的型芯11，在顶部型芯11上还设置有芯头12；所述的型芯11是在砂型芯骨1内套设有导磁芯骨2，多级的型芯11的内部设置有通风散热系统7。

本实施方式熔炼保温系统4、运动系统9、水冷结晶器6、行波磁场发生器5以及多级随动型芯11相互配合保证合金熔体糊状区在行波磁场作用区域。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是控制移动板9-2在丝杠导轨9-1上的移动速度(抽拉速度)为1～1000mm/min。

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外模8的材质为不锈钢、石墨、氧化铝、氧化锆或氧化钇。

本实施方式外模的材质保证耐高温、不屏蔽磁场以及成形性能好。

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控制行波磁场发生器5的行波磁场强度为0.001～2T。

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砂型芯骨1的材质为酚醛树脂砂。

本实施方式砂型芯骨具有较好的耐高温不溃散性能，并且有利于熔体中的气体排出。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是导磁芯骨2的材质为硅钢材料或者工业纯铁。

本实施方式导磁芯骨具有良好的导磁性能材料，起到提高熔体中行波磁场强度的作用。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是芯头12的材质为酚醛树脂砂。

本实施方式在抽拉结束时芯头与结晶器共同作用作为冒口，以起凝固过程补液作用。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是两根丝杠导轨9-1由电机驱动通过皮带带动丝杠导轨9-1同步旋转。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是在底板9-4上叠层放置有2～6个型芯11。

实施例：本实施例等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备包括多个型芯11、熔炼保温装置4、行波磁场发生器5、水冷结晶器6、工作台10、通风散热系统7、外模8和运动系统9，在工作台10上由上至下依次叠置有熔炼保温装置4、行波磁场发生器5和水冷结晶器6，外模8套设在行波磁场发生器5内部并位于水冷结晶器6上；

所述的运动系统9包括两根丝杠导轨9-1、移动板9-2、支撑杆9-3和底板9-4，在工作台10的平台下表面竖直设置有两根丝杠导轨9-1，丝杠螺母套设在丝杠导轨9-1形成丝杠副，移动板9-2与丝杠螺母固定连接，两根丝杠导轨9-1由电机驱动同步旋转带动丝杠导轨9-1上的移动板9-2上下运动，移动板9-2上固设有多根竖直的支撑杆9-3，支撑杆9-3的杆顶设置有水平的底板9-4；

在底板9-4上叠层放置有多级型芯11，多级芯骨的砂型芯骨1外部形状相同或者不同均可，在顶部的型芯11上还设置有芯头12；所述的型芯11是在砂型芯骨1内套设有圆筒形导磁芯骨2，通风散热系统7设置在外模8底部的中心处，随着多级随动型芯11向下抽拉对型芯内部进行通风散热，保证合金熔体内外温度场的均匀性。

本实施例将合金材料3置于熔炼保温系统4中进行熔炼、保温，熔炼温度为高于合金材料熔点40℃～60℃，保温15min后开始进行半连铸工艺；

半连铸工艺开始时，打开行波磁场发生系统5、水冷结晶系统6、通风散热系统7和运动系统9，调控抽拉速度和温度梯度，保证合金熔体的糊状区在行波磁场作用区域。

半连铸工艺中，多级随动型芯系统11每一级芯骨都由砂型芯骨1和导磁芯骨2配合形成，并采用多级芯骨进行链接，保证多型号合金铸件的同批次铸造；并在顶部安装芯头12，在生产过程中进行合金凝固过程的补液作用，在抽拉完成时与水冷结晶器共同配合起到冒口的作用；多级随动型芯系统11与运动系统9相配合，保证合金铸件的稳定成形；多级随动型芯系统11与外模8进行配合，保证合金铸件在两者之间凝固成形。

本实施例等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备包括以下有益效果：

1、通过多级相同的随动型芯以及行波磁场处理方法来控制半连铸工艺中铸件的批量生产以及铸件的近净成形。

2、通过多级不同的随动型芯以及行波磁场处理方法来控制半连铸工艺中多型号等外径合金铸件的同批次生产。

3、通过多级随动型芯及各结构之间的相互配合，实现半连铸过程中合金熔体的净化、熔体的补缩、合金组织的改善以及合金铸件整体连续性处理等效果，实现近净成形。

4、通过一种多型号等外径薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯控制方法实现多型号合金铸件同批次批量近净成形，提高生产效率，降低连铸后续处理的成本，提高本发明在航空、航天、军工等领域的应用，满足国防武器装备对多型号、质量好、生产效率高的等外径薄壁铸件的需求。

Claims (9)

1.等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于该等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备包括多级的型芯(11)、熔炼保温装置(4)、行波磁场发生器(5)、水冷结晶器(6)、工作台(10)、通风散热系统(7)、外模(8)和运动系统(9)，在工作台(10)上由上至下依次叠置有熔炼保温装置(4)、行波磁场发生器(5)和水冷结晶器(6)，外模(8)套设在行波磁场发生器(5)内部并位于水冷结晶器(6)上；

所述的运动系统(9)包括两根丝杠导轨(9-1)、移动板(9-2)、支撑杆(9-3)和底板(9-4)，在工作台(10)的平台下表面竖直设置有两根丝杠导轨(9-1)，丝杠螺母套设在丝杠导轨(9-1)形成丝杠副，移动板(9-2)与丝杠螺母固定连接，两根丝杠导轨(9-1)由电机驱动同步旋转带动丝杠导轨(9-1)上的移动板(9-2)上下运动，移动板(9-2)上固设有多根竖直的支撑杆(9-3)，支撑杆(9-3)的杆顶设置有水平的底板(9-4)；

在底板(9-4)上叠层放置有多级的型芯(11)，在顶部型芯(11)上还设置有芯头(12)；所述的型芯(11)是在砂型芯骨(1)内套设有导磁芯骨(2)，多级的型芯(11)的内部设置有通风散热系统(7)。

2.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于控制移动板(9-2)在丝杠导轨(9-1)上的移动速度为1～1000mm/min。

3.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于外模(8)的材质为不锈钢、石墨、氧化铝、氧化锆或氧化钇。

4.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于控制行波磁场发生器(5)的行波磁场强度为0.001～2T。

5.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于所述砂型芯骨(1)的材质为酚醛树脂砂。

6.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于导磁芯骨(2)的材质为硅钢材料或者工业纯铁。

7.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于芯头(12)的材质为酚醛树脂砂。

8.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于两根丝杠导轨(9-1)由电机驱动通过皮带带动丝杠导轨(9-1)同步旋转。

9.根据权利要求1所述的等外径多型号薄壁合金铸件行波磁场半连铸多级随动型芯设备，其特征在于在底板(9-4)上叠层放置有2～6个型芯(11)。

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