CN111531151B - 利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法，主要包括非圆齿轮石墨结晶器、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件，固定板位于框架的上端，底座位于框架的中下端，底座的环状凸起和非圆齿轮石墨结晶器连接，滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件连接，非圆齿轮石墨结晶器、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件均位于框架的内部。工艺方法是，首先计算机根据输入的相关参数，控制脉冲电流施加组件到达指定位置，通过控制旋转电机从而使得石墨触头与非圆齿轮石墨结晶器的接触压力大于0.3N后，一边浇铸一边施加脉冲电流，直至浇铸完成。本发明有效解决了非圆齿轮铸造中由温度不均匀引起的变形问题，同时也提升了非圆齿轮的性能。

Description

利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法

技术领域

本发明涉及齿轮铸造加工领域，特别涉及一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法。

背景技术

随着我国工业化的不断推进，机械领域逐渐向高精尖方向发展，作为工业传动中常用到的传动零件齿轮，其具有结构紧凑、传动效率高、功率大、运行平稳等优点，应用范围极为广泛。非圆齿轮是一种常用的齿轮类型，其能实现主、从动齿轮间的非匀速比传动,相较于连杆、凸轮等机构，其更多的被用于要求精确传动比以及对结构的紧凑性有一定要求的场合。国内学者对非圆齿轮应用方法进行了大量的研究，比如，一种非圆齿轮行星液压马达以及应用在汽车上的变速比转向器等。

在齿轮制造业中，加工方法分为锻造和铸造两种。其中，锻造齿轮的内部组织密度更好、强度更高，可以用于更严格的工作条件；而铸造齿轮因其加工性能好、耐磨性高、噪声低及成本低等优点,在机械制造行业得到广泛应用。较大体积的齿轮中，就常采用采用铸造的形式，那么在齿厚方向上，由于铸造金属液的冷却以及齿厚方向距离较大，所导致当最先浇铸的一层金属液凝固时，后来浇铸的金属液还没有凝固，温度差过大会产生过大的残余应力，容易造成齿轮在齿厚方向上，材料具有很大的不均匀性，且在实际应用中普通铸造非圆齿轮的强度总是无法满足要求。这导致在对非圆齿轮强度要求不高的场合，不得不使用锻造非圆齿轮，从而使得加工成本过高。因此在实际应用中总是需要一种比铸造非圆齿轮强度高、比锻造非圆齿轮成本低的产品，而中等强度的非圆齿轮的铸造目前正是齿轮制造领域的空白地带。为解决中等强度非圆齿轮的铸造问题，需要一种新的方法来改进非圆铸造齿轮的工艺，并提高非圆铸造齿轮的性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法，主要是通过在非圆齿轮铸造过程中，对还未冷却凝固的金属液施加脉冲电流，从而减小铸造过程中非圆齿轮在齿宽方向和周向上的温度差，从而提高非圆齿轮的合格率，为企业减少加工成本。

本发明提供了一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其包括固定板、底座、框架、非圆齿轮石墨结晶器、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件，所述固定板位于所述框架的上端，并通过螺栓和所述框架固定连接，所述底座位于所述框架的中下部，并和所述框架连接，所述底座的环状凸起和所述非圆齿轮石墨结晶器连接，所述滚珠丝杠移动组件和所述脉冲电流施加组件连接，所述底座、所述非圆齿轮石墨结晶器、所述滚珠丝杠移动组件和所述脉冲电流施加组件均位于所述框架的内部。所述滚珠丝杠移动组件，其包括下固定板、竖直移动电机、竖直移动导轨、竖直移动滚珠丝杠、第一滚珠丝杠座、上固定板、第一位移传感器、水平移动滚珠丝杠、水平移动滚珠丝杠滑块、竖直移动导轨滑块、第二滚珠丝杠座、水平移动电机和第二位移传感器；所述上固定板通过螺栓和所述固定板的下表面固定连接，所述下固定板通过螺栓和所述底座的上表面固定连接，所述竖直移动电机的外壳和所述下固定板的上表面固定连接，所述竖直移动电机的输出轴和所述竖直移动滚珠丝杠的第一端连接，所述竖直移动导轨的第一端和所述下固定板的上表面固定连接，所述竖直移动滚珠丝杠的第二端、所述竖直移动导轨的第二端和所述第二位移传感器分别与所述上固定板的下表面固定连接，所述竖直移动导轨滑块和所述竖直移动导轨滑动连接。所述脉冲电流施加组件，其包括连接箱、旋转轴、旋转电机、外脉冲电流施加组件和内脉冲电流施加组件；所述连接箱的第一端通过螺栓和所述水平移动滚珠丝杠滑块的下表面固定连接，所述连接箱的第二端通过螺栓和所述外脉冲电流电极上盖的上表面固定连接，所述旋转轴的第一端和所述旋转电机连接，所述旋转轴的第二端穿过所述外脉冲电流施加组件位于所述内脉冲电流施加组件的内部，所述旋转电机位于所述连接箱的内部。所述外脉冲电流施加组件，其包括外脉冲电流电极上盖、外脉冲电流电极箱体、固定杆、长连接杆、第一弹簧、第一导轨滑轮、第二导轨滑轮、短连接杆、第一凸轮和脉冲电流电极头组件；所述外脉冲电流电极上盖通过螺栓和所述外脉冲电流电极箱体固定连接，所述固定杆的第一端和所述脉冲电流电极头组件固定连接，所述固定杆的第二端分别通过螺栓与所述长连接杆的第一端和所述短连接杆的第一端固定连接，所述长连接杆的第二端和所述短连接杆的第二端分别穿过第一弹簧位于所述外脉冲电流电极箱体的内部，并和所述第一凸轮接触，所述长连接杆和所述短连接杆间隔排列，间隔角度为60°，所述第一凸轮位于所述外脉冲电流电极箱体的内部，并通过键和所述旋转轴固定连接。所述内脉冲电流施加组件，其包括内脉冲电流电极上盖、内脉冲电流电极箱体、第二凸轮、第三导轨滑轮、连接杆、第四导轨滑轮、定位套筒、第二弹簧和脉冲电流电极头组件；所述内脉冲电流电极上盖通过螺栓和所述内脉冲电流电极箱体固定连接，所述连接杆位于所述内脉冲电流电极箱体的内部，所述连接杆的第一端和所述脉冲电流电极头组件固定连接，所述连接杆的第二端和所述第二凸轮接触，相邻两个连接杆的间隔角度为60°，所述第二凸轮位于所述内脉冲电流电极箱体的内部，并通过键和所述旋转轴固定连接，所述第一凸轮和所述第二凸轮的安装位置相差30°。

可优选的是，在所述滚珠丝杠移动组件中，所述第一滚珠丝杠座和所述第二滚珠丝杠座分别通过螺栓与所述竖直移动导轨滑块固定连接，所述第一位移传感器和所述第一滚珠丝杠座连接，所述水平移动滚珠丝杠的第一端和所述第一滚珠丝杠座连接，所述水平移动滚珠丝杠的第二端和所述水平移动电机的输出端连接，所述水平移动电机的外壳和所述第二滚珠丝杠座连接，所述水平移动滚珠丝杠滑块和所述水平移动滚珠丝杠连接。

可优选的是，在所述外脉冲电流施加组件中，所述第一弹簧位于所述外脉冲电流电极箱体内壁和所述导轨滑轮之间，并和所述外脉冲电流电极箱体的内壁接触，所述第一导轨滑轮分别位于所述长连接杆和所述短连接杆的上端，并和所述外脉冲电流电极上盖的导轨滑动连接，所述第二导轨滑轮分别位于所述长连接杆和所述短连接杆的下端，并和所述外脉冲电流电极箱体底部的导轨滑动连接。

可优选的是，在所述内脉冲电流施加组件中，所述第二弹簧套在电极套筒的外表面，所述第二弹簧位于所述内脉冲电流电极箱体内壁和所述导轨滑轮之间，并和所述内脉冲电流电极箱体的内壁接触，所述第三导轨滑轮位于所述连接杆的上端，并和所述内脉冲电流电极上盖的导轨滑动连接，所述第四导轨滑轮位于所述连接杆的下端，并和所述内脉冲电流电极箱体底部的导轨滑动连接，所述定位套筒的第一端和所述第二凸轮的下表面接触，所述定位套筒的第二端和所述内脉冲电流电极箱体底部的上表面接触。

可优选的是，所述脉冲电流电极头组件，其包括石墨触头、电极套筒、第三弹簧、压力传感器和电极盖，所述电极盖的第一端分别与所述固定杆的第一端和所述连接杆的第一端固定连接，所述电极套筒的上端和所述电极盖的第二端固定连接，所述第三弹簧和所述压力传感器分别位于所述电极套筒的内部，所述石墨触头的第一端位于所述电极套筒下端的内部，并和所述第三弹簧的第一端连接，所述石墨触头的第二端伸出电极套筒，所述第三弹簧的第二端和所述压力传感器连接。

可优选的是，所述竖直移动导轨、所述竖直移动滚珠丝杠和所述竖直移动导轨滑块对称分布在所述水平移动滚珠丝杠的两侧，所述第一滚珠丝杠座和所述第二滚珠丝杠座关于所述水平移动滚珠丝杠对称分布。

可优选的是，所述长连接杆在圆周方向上间隔120°均匀分布，数量为三，所述短连接杆在圆周方向上间隔120°均匀分布，数量为三，所述连接杆在圆周方向上间隔60°，均匀分布，数量为六。

可优选的是，所述非圆齿轮石墨结晶器、所述水平移动滚珠丝杠滑块、所述连接箱、所述旋转轴、所述外脉冲电流电极上盖、所述外脉冲电流电极箱体、所述内脉冲电流电极上盖、所述内脉冲电流电极箱体、所述旋转轴、所述第一凸轮和所述第二凸轮的轴线在同一条直线上。

本发明的另一方面，提供一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的工艺方法，其包括如下步骤：

S1、将所述非圆齿轮石墨结晶器和所述底座的环状凸起连接；

S2、启动数控操作台上的开关，向计算机输入非圆齿轮石墨结晶器的基本参数，接着计算机通过控制与滚珠丝杠移动组件连接的连接箱移动，当旋转轴的中心和非圆齿轮石墨结晶器的中心重合时，停止移动，否则，继续移动滚珠丝杠移动组件；

S3、计算机通过控制位于外脉冲电流电极箱体内的第一凸轮和位于内脉冲电流电极箱体内部的第二凸轮分别转动一定的角度，将位于非圆齿轮石墨结晶器内外表面的石墨触头分别与非圆齿轮石墨结晶器的内外表面紧密接触，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器检测到压力大于0.3N时，第一凸轮和第二凸轮停止转动；

S4、启动数控操作台上与浇铸相关的开关，开始浇铸；

S41、当浇铸金属液体进入非圆齿轮石墨结晶器后，非圆齿轮石墨结晶器内部安装的热电偶检测出不同位置金属液的温度，并传给计算机；

S42、计算机控制电源给石墨触头通脉冲电流，并将S41传入的温度数据与初始温度650℃进行比对后，来控制滚珠丝杠移动组件来调节石墨触头的高度，石墨触头的整体运动应随金属液面从低到高运动，逐层加热，当加热部分处达到目标值，停止加热，继续进行下一低温处的加热，直到浇铸完成；

S421、当某一部分的温度低于650℃时，对其进行加热，当温度达到目标值或者750℃后停止；

S422、当某一部分的温度达到750℃以后，计算机停止给石墨触头通脉冲电流；

S423、当之前加热的某一部分温度又降至650℃以下，则调节石墨触头的高度到温度低于650℃的部分，继续加热至目标值或者750℃后停止；

S5、浇铸完成后，启动数控操作床上与浇铸相关的开关，计算机控制电源使石墨触头断电，同时位于外脉冲电流电极箱体内的第一凸轮和位于内脉冲电流电极箱体内部的第二凸轮转动一定角度，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器检测压力为0N后，再转动5-8°，保证石墨触头与非圆齿轮石墨结晶器的内外表面分离后，计算机控制滚珠丝杠移动组件移动连接箱向远离非圆齿轮石墨结晶器的方向运动。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、通过在圆周方向上设置内外各六个脉冲电流电极头，使得非圆齿轮石墨结晶器内外壁在圆周方向上均匀的受到脉冲电流的作用。

2、通过在齿厚方向上分别设置三个脉冲电流电极头，使得非圆齿轮石墨结晶器在齿厚方向上均匀的受到脉冲电流的作用。

3、通过滚珠丝杠移动组件的控制，使得脉冲电流施加组件可以在铸造过程中随着金属液面从低到高逐渐上升，精确的控制金属液的整体温度。

4、通过对非圆齿轮铸造过程中施加脉冲电流，既可以控制金属液在圆周方向上和竖直方向上的温度差，良好的改善了由于浇铸温度不均匀所导致的齿轮变形，又可以达到细化齿轮内部晶粒的目的，从而进一步提升齿轮的性能。

附图说明

图1为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法的总体结构示意图；

图2为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中滚珠丝杠移动机构第一示意图；

图3为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中滚珠丝杠移动机构第二示意图；

图4为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中脉冲电流施加组件示意图；

图5为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中外脉冲电流施加组件示意图；

图6为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中外脉冲电流施加组件俯视图；

图7为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中外脉冲电流施加组件剖视图；

图8为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中内脉冲电流施加组件示意图；

图9为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中内脉冲电流施加组件内部结构示意图；

图10为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法中脉冲电流电极头组件的爆炸图；以及

图11为本发明利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法的工艺流程图。

主要附图标记：

固定板1，底座2，非圆齿轮石墨结晶器3，下固定板4，竖直移动电机5，竖直移动导轨6，竖直移动滚珠丝杠7，第一滚珠丝杠座8，上固定板9，第一位移传感器10，水平移动滚珠丝杠11，水平移动滚珠丝杠滑块12，竖直移动导轨滑块13，第二滚珠丝杠座14，第二位移传感器16，连接箱17，外脉冲电流电极上盖18，外脉冲电流电极箱体19，旋转轴20，内脉冲电流电极上盖21，内脉冲电流电极箱体22，旋转电机23，固定杆24，长连接杆25，第一弹簧26，第一导轨滑轮27，第二导轨滑轮28，短连接杆29，第一凸轮30，第二凸轮31，第三导轨滑轮32，连接杆33，第四导轨滑轮34，定位套筒35，第二弹簧36，石墨触头37，电极套筒38，第三弹簧39，压力传感器40，电极盖41，框架42。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，如图1所示，其包括固定板1、底座2、框架42、非圆齿轮石墨结晶器3、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件。固定板1位于框架42的上端，并通过螺栓和框架42固定连接，底座2位于框架42的中下部，并和框架42连接，底座2的环状凸起和非圆齿轮石墨结晶器3连接，非圆齿轮石墨结晶器3内置多个热电偶，滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件连接，底座2、非圆齿轮石墨结晶器3、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件均位于框架42的内部，底座2用于承载非圆齿轮石墨结晶器3、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件。

滚珠丝杠移动组件，如图2和图3所示，其包括下固定板4、竖直移动电机5、竖直移动导轨6、竖直移动滚珠丝杠7、第一滚珠丝杠座8、上固定板9、第一位移传感器10、水平移动滚珠丝杠11、水平移动滚珠丝杠滑块12、竖直移动导轨滑块13、第二滚珠丝杠座14、水平移动电机和第二位移传感器16。

上固定板9通过螺栓和固定板1的下表面固定连接，下固定板4通过螺栓和底座2的上表面固定连接，竖直移动电机5的外壳和下固定板4的上表面固定连接，竖直移动电机5的输出轴和竖直移动滚珠丝杠7的第一端连接，竖直移动导轨6的第一端和下固定板4的上表面固定连接，竖直移动滚珠丝杠7的第二端、竖直移动导轨6的第二端和第二位移传感器16分别与上固定板9的下表面固定连接，竖直移动导轨滑块13和竖直移动导轨6滑动连接，第二位移传感器16用于测量竖直移动导轨滑块13的竖直位移。

第一滚珠丝杠座8和第二滚珠丝杠座14分别通过螺栓与竖直移动导轨滑块13固定连接，第一位移传感器10和第一滚珠丝杠座8连接，第一位移传感器10用来测量水平移动滚珠丝杠滑块12的水平位移，水平移动滚珠丝杠11的第一端和第一滚珠丝杠座8连接，水平移动滚珠丝杠11的第二端和水平移动电机的输出端连接，水平移动电机的外壳和第二滚珠丝杠座14连接，水平移动滚珠丝杠滑块12和水平移动滚珠丝杠11连接。

如图2所示，竖直移动导轨6、竖直移动滚珠丝杠7和竖直移动导轨滑块13对称分布在水平移动滚珠丝杠11的两侧，第一滚珠丝杠座8和第二滚珠丝杠座14关于水平移动滚珠丝杠11对称分布。

脉冲电流施加组件，如图4所示，其包括连接箱17、旋转轴20、旋转电机23、外脉冲电流施加组件和内脉冲电流施加组件。连接箱17的第一端通过螺栓和水平移动滚珠丝杠滑块12的下表面固定连接，连接箱17的第二端通过螺栓和外脉冲电流电极上盖18的上表面固定连接，旋转轴20的第一端和旋转电机23连接，旋转轴20的第二端穿过外脉冲电流施加组件位于内脉冲电流施加组件的内部，旋转电机23位于连接箱17的内部，用于控制旋转轴20转动。

外脉冲电流施加组件，如图5和图6所示，其包括外脉冲电流电极上盖18、外脉冲电流电极箱体19、固定杆24、长连接杆25、第一弹簧26、第一导轨滑轮27、第二导轨滑轮28、短连接杆29、第一凸轮30和脉冲电流电极头组件。

外脉冲电流电极上盖18通过螺栓和外脉冲电流电极箱体19固定连接，固定杆24的第一端和脉冲电流电极头组件固定连接，固定杆24的第二端分别通过螺栓与长连接杆25的第一端和短连接杆29的第一端固定连接，长连接杆25的第二端和短连接杆29的第二端分别穿过第一弹簧26位于外脉冲电流电极箱体19的内部，并和第一凸轮30接触。如图5所示，长连接杆25和短连接杆29间隔排列，间隔角度为60°，第一凸轮30位于外脉冲电流电极箱体的内部，并通过键和旋转轴20固定连接。

如图7所示，第一弹簧26位于外脉冲电流电极箱体19的内壁和导轨滑轮之间，并和外脉冲电流电极箱体19的内壁接触，用于保证长连接杆25和短连接杆29分别第一凸轮30紧密接触，通过旋转电机23带动旋转轴20转动，使得第一凸轮30转动，进而使得长连接杆25和短连接杆29沿径向方向向内运动。第一导轨滑轮27分别位于长连接杆25和短连接杆29的上端，并和外脉冲电流电极上盖18的导轨滑动连接，第二导轨滑轮28分别位于长连接杆25和短连接杆29的下端，并和外脉冲电流电极箱体19底部的导轨滑动连接。

内脉冲电流施加组件，如图8和图9所示，其包括内脉冲电流电极上盖21、内脉冲电流电极箱体22、第二凸轮31、第三导轨滑轮32、连接杆33、第四导轨滑轮34、定位套筒35、第二弹簧36和脉冲电流电极头组件。内脉冲电流电极上盖21通过螺栓和内脉冲电流电极箱体22固定连接，连接杆33位于内脉冲电流电极箱体22的内部，连接杆33的第一端和脉冲电流电极头组件固定连接，连接杆33的第二端和第二凸轮31接触，相邻两个连接杆33的间隔角度为60°，第二凸轮31位于内脉冲电流电极箱体22的内部，并通过键和旋转轴23固定连接，第一凸轮30和第二凸轮31的安装位置相差30°，目的是为了通过旋转电机23带动旋转轴20只向顺时针或逆时针一个方向旋转就可以做到让内外脉冲电流电机施加组件上的脉冲电流电极头同时压紧和离开非圆齿轮石墨结晶器3。

如图9所示，第二弹簧36套在电极套筒38的外表面，第二弹簧36位于内脉冲电流电极箱体22内壁和导轨滑轮之间，并和内脉冲电流电极箱体22的内壁接触，用于保证连接杆33和第二凸轮31紧密接触。第三导轨滑轮32位于连接杆33的上端，并和内脉冲电流电极上盖21的导轨滑动连接，第四导轨滑轮34位于连接杆33的下端，并和内脉冲电流电极箱体22底部的导轨滑动连接，定位套筒35的第一端和第二凸轮31的下表面接触，定位套筒35的第二端和内脉冲电流电极箱体22底部的上表面接触，用于控制第二凸轮31的位置。

脉冲电流电极头组件，如图10所示，其包括石墨触头37、电极套筒38、第三弹簧39、压力传感器40和电极盖41。电极盖41的第一端分别与固定杆24的第一端和连接杆33的第一端固定连接，电极套筒38的上端和电极盖41的第二端固定连接，第三弹簧39和压力传感器40分别位于电极套筒38的内部，石墨触头37的第一端位于电极套筒38下端的内部，并和第三弹簧39的第一端连接，石墨触头37的第二端伸出电极套筒38。

石墨触头37用于释放脉冲电流，第三弹簧39的第二端和压力传感器40连接，第三弹簧39用于保证石墨触头37和非圆齿轮石墨结晶器3的紧密接触，同时向压力传感器40传递压力，压力传感器40用于测量石墨触头37和非圆齿轮石墨结晶器3的接触压力。

如图5所示，长连接杆25在圆周方向上间隔120°均匀分布，数量为三，短连接杆29在圆周方向上间隔120°均匀分布，数量为三。如图8所示，连接杆33在圆周方向上间隔60°，均匀分布，数量为六。

非圆齿轮石墨结晶器3、水平移动滚珠丝杠滑块12、连接箱17、旋转轴23、外脉冲电流电极上盖18、外脉冲电流电极箱体19、内脉冲电流电极上盖21、内脉冲电流电极箱体22、旋转轴20、第一凸轮30和第二凸轮31的轴线在同一条直线上。

滚珠丝杠移动组件用于控制脉冲电流施加组件的水平发向和竖直方向上的位移；脉冲电流施加组件中外脉冲电流电极施加组件用于控制非圆齿轮石墨结晶器3外侧的脉冲电流电极头的径向位移，内脉冲电流电极施加组件用于控制非圆齿轮石墨结晶器3内侧的脉冲电流电极头的径向位移，两者相互配合使用，使得脉冲电流电极头组件中的石墨触头37同时压紧在非圆齿轮石墨结晶器3的表面，脉冲电流电极头组件主要用于通过石墨触头37释放脉冲电流。

利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的工艺方法，具体的说是通过对非圆齿铸造过程中，施加脉冲电流从而控制非圆齿轮圆周方向和齿厚方向上的金属液温度差，达到减小浇铸完成后齿轮变形量的目的，同时由于脉冲电流的作用，也可以使得齿轮内部晶粒细化，进一步提高齿轮性能。如图11所示，具体包括如下步骤：

S1、将非圆齿轮石墨结晶器3和底座2的环状凸起连接。

S2、启动数控操作台上的开关，向计算机输入非圆齿轮石墨结晶器3的基本参数，接着计算机通过控制与滚珠丝杠移动组件连接的连接箱17移动，当旋转轴20的中心和非圆齿轮石墨结晶器3的中心重合时，停止移动，否则，继续移动滚珠丝杠移动组件。

S3、计算机通过控制位于外脉冲电流电极箱体19内的第一凸轮30和位于内脉冲电流电极箱体22内部的第二凸轮31分别转动一定的角度，将位于非圆齿轮石墨结晶器3内外表面的石墨触头37分别与非圆齿轮石墨结晶器3的内外表面紧密接触，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器40检测到压力大于0.3N时，第一凸轮30和第二凸轮31停止转动。

S4、启动数控操作台上与浇铸相关的开关，开始浇铸。

S41、当浇铸金属液体进入非圆齿轮石墨结晶器3后，非圆齿轮石墨结晶器3内部安装的热电偶检测出不同位置金属液的温度，并传给计算机；

S42、计算机控制电源给石墨触头37通脉冲电流，并将S41传入的温度数据与初始温度650℃进行比对后，来控制滚珠丝杠移动组件来调节石墨触头37的高度，石墨触头37的整体运动应随金属液面从低到高运动，逐层加热，当加热部分处达到目标值，停止加热，继续进行下一低温处的加热，直到浇铸完成；

S421、当某一部分的温度低于650℃时，对其进行加热，当温度达到目标值或者750℃后停止；

S422、当某一部分的温度达到750℃以后，计算机停止给石墨触头37通脉冲电流；

S423、当之前加热的某一部分温度又降至650℃以下，则调节石墨触头37的高度到温度低于650℃的部分，继续加热至目标值或者750℃后停止。

S5、浇铸完成后，启动数控操作床上与浇铸相关的开关，计算机控制电源使石墨触头37断电，同时位于外脉冲电流电极箱体19内的第一凸轮30和位于内脉冲电流电极箱体22内部的第二凸轮31转动一定角度，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器40检测压力为0N后，再转动5-8°，保证石墨触头37与非圆齿轮石墨结晶器3的内外表面分离后，计算机控制滚珠丝杠移动组件移动连接箱17向远离非圆齿轮石墨结晶器3的方向运动。

以下结合实施例对本发明一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置及其工艺方法做进一步描述：

在操作之前，先对本发明的装置进行组装，首先，将固定板1通过螺栓和框架42的上端固定连接，将底座2和框架42的中下部连接；接着，将底座2的环状凸起和非圆齿轮石墨结晶器3连接；然后，将连接箱17的第一端通过螺栓和水平移动滚珠丝杠滑块12的下表面固定连接，连接箱17的第二端通过螺栓和外脉冲电流电极上盖18的上表面固定连接，旋转轴20的第一端和旋转电机23连接，旋转轴20的第二端穿过外脉冲电流施加组件位于内脉冲电流施加组件的内部，旋转电机23位于连接箱17的内部，用于控制旋转轴20的转动；接着，将竖直移动导轨6、竖直移动滚珠丝杠7和竖直移动导轨滑块13对称分布在水平移动滚珠丝杠11的两侧，将第一滚珠丝杠座8和第二滚珠丝杠座14关于水平移动滚珠丝杠11对称分布；最后，将滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件连接，底座2用于承载非圆齿轮石墨结晶器3、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件。

安装过程中，要保证非圆齿轮石墨结晶器3、水平移动滚珠丝杠滑块12、连接箱17、旋转轴23、外脉冲电流电极上盖18、外脉冲电流电极箱体19、内脉冲电流电极上盖21、内脉冲电流电极箱体22、旋转轴20、第一凸轮30和第二凸轮31的轴线在同一条直线上。

根据本发明的工艺方法，开始进行非圆齿轮的铸造，具体实施步骤如下：

S1、将非圆齿轮石墨结晶器3和底座2的环状凸起连接。

S2、启动数控操作台上的开关，向计算机输入非圆齿轮石墨结晶器3的基本参数，接着计算机通过控制与滚珠丝杠移动组件移连接的连接箱17移动，当旋转轴20的中心和非圆齿轮石墨结晶器3的中心重合时，停止移动滚珠丝杠移动组件，否则，继续移动滚珠丝杠移动组件。

S3、计算机通过控制位于外脉冲电流电极箱体19内的第一凸轮30和位于内脉冲电流电极箱体22内部的第二凸轮31分别转动一定的角度，将位于非圆齿轮石墨结晶器3内外表面的石墨触头37分别与非圆齿轮石墨结晶器3的内外表面紧密接触，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器40检测到压力大于0.3N时，第一凸轮30和第二凸轮31停止转动。

S4、启动数控操作台上与浇铸相关的开关，开始浇铸。

S41、当浇铸金属液体进入非圆齿轮石墨结晶器3后，非圆齿轮石墨结晶器3内部安装的热电偶检测出不同位置金属液的温度，并传给计算机；

S42、计算机控制电源给石墨触头37通脉冲电流，脉冲电流参数如表1所示，并将S41传入的温度数据与初始温度650℃进行比对后，来控制滚珠丝杠移动组件来调节石墨触头37的高度，石墨触头37的整体运动应随金属液面从低到高运动，逐层加热，当加热部分处达到目标值，停止加热，继续进行下一低温处的加热，直到浇铸完成；

S421、当某一部分的温度低于650℃时，对其进行加热，当温度达到目标值或者750℃后停止；

S422、当某一部分的温度达到750℃以后，计算机停止给石墨触头37通脉冲电流；

S423、当之前加热的某一部分温度又降至650℃以下，则调节石墨触头37的高度到温度低于650℃的部分，继续加热至目标值或者750℃后停止。

S5、浇铸完成后，启动数控操作床上与浇铸相关的开关，计算机控制电源使石墨触头37断电，同时位于外脉冲电流电极箱体19内的第一凸轮30和位于内脉冲电流电极箱体22内部的第二凸轮31转动一定角度，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器40检测压力为0N后，再转动5-8°，保证石墨触头37与非圆齿轮石墨结晶器3的内外表面分离后，计算机控制滚珠丝杠移动组件移动连接箱17向远离非圆齿轮石墨结晶器3的方向运动，非圆齿轮铸造完成。

表1脉冲电流参数设置

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其包括固定板、底座、框架、非圆齿轮石墨结晶器、滚珠丝杠移动组件和脉冲电流施加组件，所述固定板位于所述框架的上端，并通过螺栓和所述框架固定连接，所述底座位于所述框架的中下部，并和所述框架连接，所述底座的环状凸起和所述非圆齿轮石墨结晶器连接，所述滚珠丝杠移动组件和所述脉冲电流施加组件连接，所述底座、所述非圆齿轮石墨结晶器、所述滚珠丝杠移动组件和所述脉冲电流施加组件均位于所述框架的内部，其特征在于，

所述滚珠丝杠移动组件，其包括下固定板、竖直移动电机、竖直移动导轨、竖直移动滚珠丝杠、第一滚珠丝杠座、上固定板、第一位移传感器、水平移动滚珠丝杠、水平移动滚珠丝杠滑块、竖直移动导轨滑块、第二滚珠丝杠座、水平移动电机和第二位移传感器；所述上固定板通过螺栓和所述固定板的下表面固定连接，所述下固定板通过螺栓和所述底座的上表面固定连接，所述竖直移动电机的外壳和所述下固定板的上表面固定连接，所述竖直移动电机的输出轴和所述竖直移动滚珠丝杠的第一端连接，所述竖直移动导轨的第一端和所述下固定板的上表面固定连接，所述竖直移动滚珠丝杠的第二端、所述竖直移动导轨的第二端和所述第二位移传感器分别与所述上固定板的下表面固定连接，所述竖直移动导轨滑块和所述竖直移动导轨滑动连接；

所述脉冲电流施加组件，其包括连接箱、旋转轴、旋转电机、外脉冲电流施加组件和内脉冲电流施加组件；所述连接箱的第一端通过螺栓和所述水平移动滚珠丝杠滑块的下表面固定连接，所述连接箱的第二端通过螺栓和所述外脉冲电流电极上盖的上表面固定连接，所述旋转轴的第一端和所述旋转电机连接，所述旋转轴的第二端穿过所述外脉冲电流施加组件位于所述内脉冲电流施加组件的内部，所述旋转电机位于所述连接箱的内部；

所述外脉冲电流施加组件，其包括外脉冲电流电极上盖、外脉冲电流电极箱体、固定杆、长连接杆、第一弹簧、第一导轨滑轮、第二导轨滑轮、短连接杆、第一凸轮和脉冲电流电极头组件；所述外脉冲电流电极上盖通过螺栓和所述外脉冲电流电极箱体固定连接，所述固定杆的第一端和所述脉冲电流电极头组件固定连接，所述固定杆的第二端分别通过螺栓与所述长连接杆的第一端和所述短连接杆的第一端固定连接，所述长连接杆的第二端和所述短连接杆的第二端分别穿过第一弹簧位于所述外脉冲电流电极箱体的内部，并和所述第一凸轮接触，所述长连接杆和所述短连接杆间隔排列，间隔角度为60°，所述第一凸轮位于所述外脉冲电流电极箱体的内部，并通过键和所述旋转轴固定连接；以及

所述内脉冲电流施加组件，其包括内脉冲电流电极上盖、内脉冲电流电极箱体、第二凸轮、第三导轨滑轮、连接杆、第四导轨滑轮、定位套筒、第二弹簧和脉冲电流电极头组件；所述内脉冲电流电极上盖通过螺栓和所述内脉冲电流电极箱体固定连接，所述连接杆位于所述内脉冲电流电极箱体的内部，所述连接杆的第一端和所述脉冲电流电极头组件固定连接，所述连接杆的第二端和所述第二凸轮接触，相邻两个连接杆的间隔角度为60°，所述第二凸轮位于所述内脉冲电流电极箱体的内部，并通过键和所述旋转轴固定连接，所述第一凸轮和所述第二凸轮的安装位置相差30°。

2.根据权利要求1所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，在所述滚珠丝杠移动组件中，所述第一滚珠丝杠座和所述第二滚珠丝杠座分别通过螺栓与所述竖直移动导轨滑块固定连接，所述第一位移传感器和所述第一滚珠丝杠座连接，所述水平移动滚珠丝杠的第一端和所述第一滚珠丝杠座连接，所述水平移动滚珠丝杠的第二端和所述水平移动电机的输出端连接，所述水平移动电机的外壳和所述第二滚珠丝杠座连接，所述水平移动滚珠丝杠滑块和所述水平移动滚珠丝杠连接。

3.根据权利要求1所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，在所述外脉冲电流施加组件中，所述第一弹簧位于所述外脉冲电流电极箱体内壁和所述导轨滑轮之间，并和所述外脉冲电流电极箱体的内壁接触，所述第一导轨滑轮分别位于所述长连接杆和所述短连接杆的上端，并和所述外脉冲电流电极上盖的导轨滑动连接，所述第二导轨滑轮分别位于所述长连接杆和所述短连接杆的下端，并和所述外脉冲电流电极箱体底部的导轨滑动连接。

4.根据权利要求1所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，在所述内脉冲电流施加组件中，所述第二弹簧套在电极套筒的外表面，所述第二弹簧位于所述内脉冲电流电极箱体内壁和所述导轨滑轮之间，并和所述内脉冲电流电极箱体的内壁接触，所述第三导轨滑轮位于所述连接杆的上端，并和所述内脉冲电流电极上盖的导轨滑动连接，所述第四导轨滑轮位于所述连接杆的下端，并和所述内脉冲电流电极箱体底部的导轨滑动连接，所述定位套筒的第一端和所述第二凸轮的下表面接触，所述定位套筒的第二端和所述内脉冲电流电极箱体底部的上表面接触。

5.根据权利要求1、3或者4所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，所述脉冲电流电极头组件，其包括石墨触头、电极套筒、第三弹簧、压力传感器和电极盖，所述电极盖的第一端分别与所述固定杆的第一端和所述连接杆的第一端固定连接，所述电极套筒的上端和所述电极盖的第二端固定连接，所述第三弹簧和所述压力传感器分别位于所述电极套筒的内部，所述石墨触头的第一端位于所述电极套筒下端的内部，并和所述第三弹簧的第一端连接，所述石墨触头的第二端伸出电极套筒，所述第三弹簧的第二端和所述压力传感器连接。

6.根据权利要求1或者2所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，所述竖直移动导轨、所述竖直移动滚珠丝杠和所述竖直移动导轨滑块对称分布在所述水平移动滚珠丝杠的两侧，所述第一滚珠丝杠座和所述第二滚珠丝杠座关于所述水平移动滚珠丝杠对称分布。

7.根据权利要求1所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，所述长连接杆在圆周方向上间隔120°均匀分布，数量为三，所述短连接杆在圆周方向上间隔120°均匀分布，数量为三，所述连接杆在圆周方向上间隔60°，均匀分布，数量为六。

8.根据权利要求1所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置，其特征在于，所述非圆齿轮石墨结晶器、所述水平移动滚珠丝杠滑块、所述连接箱、所述旋转轴、所述外脉冲电流电极上盖、所述外脉冲电流电极箱体、所述内脉冲电流电极上盖、所述内脉冲电流电极箱体、所述旋转轴、所述第一凸轮和所述第二凸轮的轴线在同一条直线上。

9.一种利用权利要求1所述的利用脉冲电流辅助非圆齿轮铸造的装置进行铸造的工艺方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、将所述非圆齿轮石墨结晶器和所述底座的环状凸起连接；

S2、启动数控操作台上的开关，向计算机输入非圆齿轮石墨结晶器的基本参数，接着计算机通过控制与滚珠丝杠移动组件连接的连接箱移动，当旋转轴的中心和非圆齿轮石墨结晶器的中心重合时，停止移动，否则，继续移动滚珠丝杠移动组件；

S3、计算机通过控制位于外脉冲电流电极箱体内的第一凸轮和位于内脉冲电流电极箱体内部的第二凸轮分别转动一定的角度，将位于非圆齿轮石墨结晶器内外表面的石墨触头分别与非圆齿轮石墨结晶器的内外表面紧密接触，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器检测到压力大于0.3N时，第一凸轮和第二凸轮停止转动；

S4、启动数控操作台上与浇铸相关的开关，开始浇铸；

S41、当浇铸金属液体进入非圆齿轮石墨结晶器后，非圆齿轮石墨结晶器内部安装的热电偶检测出不同位置金属液的温度，并传给计算机；

S42、计算机控制电源给石墨触头通脉冲电流，并将S41传入的温度数据与初始温度650℃进行比对后，来控制滚珠丝杠移动组件来调节石墨触头的高度，石墨触头的整体运动应随金属液面从低到高运动，逐层加热，当加热部分处达到目标值，停止加热，继续进行下一低温处的加热，直到浇铸完成；

S421、当某一部分的温度低于650℃时，对其进行加热，当温度达到目标值或者750℃后停止；

S422、当某一部分的温度达到750℃以后，计算机停止给石墨触头通脉冲电流；

S423、当之前加热的某一部分温度又降至650℃以下，则调节石墨触头的高度到温度低于650℃的部分，继续加热至目标值或者750℃后停止；

S5、浇铸完成后，启动数控操作床上与浇铸相关的开关，计算机控制电源使石墨触头断电，同时位于外脉冲电流电极箱体内的第一凸轮和位于内脉冲电流电极箱体内部的第二凸轮转动一定角度，当脉冲电流电极头组件内部的压力传感器检测压力为0N后，再转动5-8°，保证石墨触头与非圆齿轮石墨结晶器的内外表面分离后，计算机控制滚珠丝杠移动组件移动连接箱向远离非圆齿轮石墨结晶器的方向运动。

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