CN112593101B - 一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温镍基合金原料加工以及加工方法，包括配料箱、真空熔炼罐、成型底座以及锭型加热台，所述配料箱、真空熔炼罐、成型底座以及锭型加热台依次设置，所述配料箱上具有配料结构，所述真空熔炼罐内设置有熔炼结构以及坩埚拿取结构，所述成型底座上设置有成型结构，所述成型底座一侧设置有锭块拿取结构，所述锭型加热台上设置有加热结构，加热结构一侧设置有取料结构，配料箱与真空熔炼罐之间具有物料填充结构。本发明的有益效果是，本技术方案设计了一种流水式加工设备，该设备具有通过多个辅助结构实现了耐高温镍基合金加工各个加工设备之间的转运，减少人工操作量，从而减少对人体的危害。

Description

一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法

技术领域

本发明涉及合金属料加工设备领域，特别是一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法。

背景技术

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。半个世纪以来，航空发动机涡轮前温度从40年代的730℃提高到1677℃。使用温度的提高对航空发动机材料提出了越来越苛刻的要求。镍基高温合金是迄今性能最为优越，用途最为广泛航空发动机材料；

传统的耐高温镍基合金在进行加工的时候需要进过配料、真空熔炼、锭块成型，锭块加热等多道工序，在不同工序之间需要多人操作人员进行配合拿取半成品物料，由于该加工为高温加热工序，因此操作人员需要佩戴耐高温衣物，并且操作时要极为小心，对操作人员产生了一定的身体威胁，就此遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法，包括配料箱、真空熔炼罐、成型底座以及锭型加热台，所述配料箱、真空熔炼罐、成型底座以及锭型加热台依次设置，所述配料箱上具有配料结构，所述真空熔炼罐内设置有熔炼结构以及坩埚拿取结构，所述成型底座上设置有成型结构，所述成型底座一侧设置有锭块拿取结构，所述锭型加热台上设置有加热结构，加热结构一侧设置有取料结构，配料箱与真空熔炼罐之间具有物料填充结构；

所述配料结构包含：配料架、若干分料箱、分布在配料架上的多个倾倒结构、定位盘、双活塞气缸以及一对夹紧环；

所述配料架设置于配料箱一侧，分料箱安装于倾倒结构上，所述配料箱端部具有开口，底部具有支撑架，所述定位盘设置于支撑架上，所述双活塞气缸位于定位盘的底部，所述定位盘端面开设有条形豁槽，所述双活塞气缸的活塞端通过条形豁槽与一对夹紧环进行连接；

所述物料填充结构包含：升降电机、第一直线模组平移台、第一导向杆、L型连接件、基板、第二直线模组平移台、第二导向杆、一对定位电动推杆、一对弧形定位环；

所述升降电机位于配料箱与真空熔炼罐之间，第一直线模组平移台底部以及第一导向杆与升降电机的伸缩端进行连接，L型连接件一端与第一直线模组平移台连接，第一直线模组平移台的驱动端与基板进行连接，第二直线模组平移台与第二导向杆均铺设在基板上，所述第二直线模组平移台的移动端底部设置有定位圆盘，所述定位电动推杆等角度设置于圆盘上，且伸缩端水平伸缩，所述定位电动推杆的伸缩端设置有多个弧形定位环，所述坩埚侧壁上设置有多个弧形定位槽，所述定位电动推杆可驱动弧形定位环与弧形定位槽接触。

优选的，所述熔炼结构包含：半截式L架、端盖升降机、端盖以及加热线圈；

所述半截式L架端部横跨真空熔炼罐，端盖升降机位于半截式L架的横梁上，所述端盖与端盖升降机进行连接，所述加热线圈位于真空熔炼罐底部。

优选的，所述坩埚拿取结构包含：转向电机、转向柱、推进电机、坩埚套筒、一对第一伸缩电机、一对第二伸缩电机以及一对限位块；

所述转向电机设置于真空熔炼罐与成型底座之间，所述转向柱与转向电机的驱动端连接，所述推进电机与转向柱连接，推进电机的升降驱动端设置有第一定位板，第一定位板端面开设有定位通槽，所述坩埚套筒嵌装于该定位通槽内，所述第一伸缩电机设置于第一定位板上，且位于定位通槽一侧，所述坩埚内端面开设有一对限位槽，所述第一伸缩电机的伸缩端水平伸缩，第二伸缩电机设置于第一伸缩电机的伸缩端上，限位块位于第二伸缩电机的伸缩端上，第二伸缩电机可将限位块推进至坩埚内，并与坩埚内部的限位槽接触。

优选的，所述成型结构包含：模块、循环箱、循环泵、循环管以及半导体制冷器；

所述模块设置于成型底座，模块端部开设有矩形槽，所述模块外部设置有循环槽，所述循环槽、循环箱以及循环泵之间通过循环管连通，半导体制冷器设置于循环箱内部。

优选的，所述锭块拿取结构包含：多轴机械臂、安装盘、三个结构相同的定位气缸、三个定位块；

所述多轴机械臂位于成型结构一侧，安装盘与多轴机械臂进行连接，三个所述定位气缸设置于安装盘上，三个定位块与三个定位气缸的活塞端进行连接。

优选的，所述加热结构包含：加热箱、若干加热盘、第二定位板、定位框；

所述加热箱设置于锭型加热台上，所述若干加热盘围合在加热箱内部，所述第二定位板定位板设置于加热箱底部，所述定位框设置于定位板上。

优选的，所述倾倒结构包含：倾倒架、倾倒电机以及连接架；

所述倾倒架与配料架进行连接，倾倒电机位于倾倒架外壁，连接架与倾倒电机的驱动端连接，并活动安装于倾倒架上，所述分料箱设置于连接架上。

优选的，所述倾倒电机与倾倒架之间设置有用于对倾倒电机进行固定的固定架。

优选的，所述三个定位气缸与安装盘之间均设置有气缸架。

一种耐高温镍基合金原料的加工方法，包含以下步骤；

S1:在配料结构中加入不同成分原料，其次控制配料结构对原料进行分配并倾倒至配料箱内部的坩埚中；

S2:完成配料后，通过物料填充结构将坩埚放置于真空熔炼罐内进行熔炼，并加热在1670℃精炼6分钟；

S3:完成熔炼后，通过坩埚拿取结构将坩埚拿取，并移动至成型结构中，通过成型结构对坩埚内部的金属液进行成型并自然降温，使得金属液冷却变为锭块；

S4：通过锭块拿取结构将锭块拿取并放入到加热结构中，先将铸锭加热到1250℃，保温5h，空冷至室温；再加热到1140℃下，保温5h，空冷至室温；然后再加热到1050℃下，保温36h，空冷至室温。

利用本发明的技术方案制作的一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法，本技术方案设计了一种流水式加工设备，该设备具有通过多个辅助结构实现了耐高温镍基合金加工各个加工设备之间的转运，减少人工操作量，从而减少对人体的危害。

附图说明

图1是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的结构示意图；

图2是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的坩埚拿取结构的结构示意图；

图3是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的物料填充结构的结构示意图；

图4是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的配料结构的部分结构示意图；

图5是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的配料结构的结构示意图；

图6是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的锭块拿取结构的结构示意图；

图7是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的成型结构的结构示意图；

图8是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的局部放大的结构示意图；

图9是本发明所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的锭块拿取结构局部的结构示意图；

图中，1、配料箱；2、真空熔炼罐；3、成型底座；4、锭型加热台；5、气缸架；6、固定架；7、连接架；8、倾倒电机；9、配料架；10、分料箱；11、定位盘；12、双活塞气缸；13、夹紧环；14、升降电机；15、第一直线模组平移台；16、第一导向杆；17、L型连接件；18、基板；19、第二直线模组平移台；20、第二导向杆；21、定位电动推杆；22、弧形定位环；23、半截式L架；24、端盖升降机；25、端盖；26、加热线圈；27、转向电机；28、转向柱；29、推进电机；30、坩埚套筒；31、第一伸缩电机；32、第二伸缩电机；33、限位块；34、模块；35、循环箱；36、循环泵；37、循环管；38、半导体制冷器；39、多轴机械臂；40、安装盘；41、定位气缸；42、定位块；43、加热箱；44、加热盘；45、第二定位板；46、定位框；47、倾倒架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-9所示，一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法。

一种耐高温镍基合金属料加工设备，包括配料箱1、真空熔炼罐2、成型底座3以及锭型加热台4，配料箱1、真空熔炼罐2、成型底座3以及锭型加热台4依次设置，配料箱1上具有配料结构，真空熔炼罐2内设置有熔炼结构以及坩埚拿取结构，成型底座3上设置有成型结构，成型底座3一侧设置有锭块拿取结构，锭型加热台4上设置有加热结构，加热结构一侧设置有取料结构，配料箱1与真空熔炼罐2之间具有物料填充结构；

需要说明的是，在配料结构中加入不同成分原料，其次控制配料结构对原料进行分配并倾倒至配料箱1内部的坩埚中；完成配料后，通过物料填充结构将坩埚放置于真空熔炼罐2内进行熔炼，并加热在1670℃精炼6分钟；完成熔炼后，通过坩埚拿取结构将坩埚拿取，并移动至成型结构中，通过成型结构对坩埚内部的金属液进行成型并自然降温，使得金属液冷却变为锭块；通过锭块拿取结构将锭块拿取并放入到加热结构中，先将铸锭加热到1250℃，保温5h，空冷至室温；再加热到1140℃下，保温5h，空冷至室温；然后再加热到1050℃下，保温36h，空冷至室温。

具体的，配料结构包含：配料架9、若干分料箱10、分布在配料架9上的多个倾倒结构、定位盘11、双活塞气缸12以及一对夹紧环13；

配料架9设置于配料箱1一侧，分料箱10安装于倾倒结构上，配料箱1端部具有开口，底部具有支撑架，定位盘11设置于支撑架上，双活塞气缸12位于定位盘11的底部，定位盘11端面开设有条形豁槽，双活塞气缸12的活塞端通过条形豁槽与一对夹紧环13进行连接；

需要说明的是，上述，首先控制倾倒结构将分料箱10内部的原料倒入至配料箱1内部的坩埚中，为了避免坩埚发生倾斜，需要控制定位盘11底部的双活塞气缸12工作，并驱动一对夹紧环13将定位盘11上的坩埚进行夹紧固定。

具体的，物料填充结构包含：升降电机14、第一直线模组平移台15、第一导向杆16、L型连接件17、基板18、第二直线模组平移台19、第二导向杆20、一对定位电动推杆21、一对弧形定位环22；

升降电机14位于配料箱1与真空熔炼罐2之间，第一直线模组平移台15底部以及第一导向杆16与升降电机14的伸缩端进行连接，L型连接件17一端与第一直线模组平移台15连接，第一直线模组平移台15的驱动端与基板18进行连接，第二直线模组平移台与第二导向杆均铺设在基板18上，第二直线模组平移台19的移动端底部设置有定位圆盘，定位电动推杆21等角度设置于圆盘上，且伸缩端水平伸缩，定位电动推杆21的伸缩端设置有多个弧形定位环22，坩埚侧壁上设置有多个弧形定位槽，定位电动推杆21可驱动弧形定位环22与弧形定位槽接触。

需要说明的是，上述中是通过控制升降电机14对整体结构进行升高，随后控制第一直线模组平移台15对基板18进行驱动，让基板18向配料箱1一侧进行移动，随后控制第一直线模组平移台15对定位圆盘进行驱动，定位圆盘到达配料箱1上方后，升降电机14对整体结构高度进行降低，让弧形定位环22下降至坩埚内，并控制定位电动推杆21回缩弧形定位环22与坩埚内的弧形定位槽接触，随后升降电机14对坩埚进行拉升，并由第二直线模组平移台19将其移动至真空熔炼罐2上方，随后升降电机14再次降低高度，通过上述工作原理的逆过程，将坩埚放置与真空熔炼罐2内。

具体的，熔炼结构包含：半截式L架23、端盖25升降机24、端盖25以及加热线圈26；

半截式L架23端部横跨真空熔炼罐2，端盖25升降机24位于半截式L架23的横梁上，端盖25与端盖25升降机24进行连接，加热线圈26位于真空熔炼罐2底部。

需要说明的是，在对坩埚内部的金属原料进行熔炼的时候，控制端盖25升降机24将端盖25降低并与真空熔炼罐2密封，随后控制加热线圈26对坩埚进行加热，设置半截式L架23是为了配合物料填充结构和坩埚拿取结构。

具体的，坩埚拿取结构包含：转向电机27、转向柱28、推进电机29、坩埚套筒30、一对第一伸缩电机31、一对第二伸缩电机32以及一对限位块33；

转向电机27设置于真空熔炼罐2与成型底座3之间，转向柱28与转向电机27的驱动端连接，推进电机29与转向柱28连接，推进电机29的升降驱动端设置有第一定位板，定位板45端面开设有定位通槽，坩埚套筒30嵌装于该定位通槽内，第一伸缩电机设置于第一定位板上，且位于定位通槽一侧，坩埚内端面开设有一对限位槽，第一伸缩电机31的伸缩端水平伸缩，第二伸缩电机32设置于第一伸缩电机31的伸缩端上，限位块33位于第二伸缩电机32的伸缩端上，第二伸缩电机32可将限位块33推进至坩埚内，并与坩埚内部的限位槽接触。

需要说明的是，在完成真空熔炼后，控制转向电机27对转向柱28的角度进行改变，使得坩埚套筒30置于真空熔炼罐2上方，随后控制推进电机29降低第一定位板的高度，让坩埚套筒30将坩埚套入，并控制第一伸缩电机31调整第二伸缩电机32的位置，让第二伸缩电机32底部的限位块33位于定位通槽中心部位，随后第二伸缩电机32可将限位块33推进至坩埚内，第一伸缩电机31拉动第二伸缩电机32，使得限位块33坩埚内部的限位槽接触进行限制，多轴机械臂39来将对坩埚转移，并送至成型结构一侧。

具体的，成型结构包含：模块34、循环箱35、循环泵36、循环管37以及半导体制冷器38；

模块34设置于成型底座3，模块34端部开设有矩形槽，模块34外部设置有循环槽，循环槽、循环箱35以及循环泵36之间通过循环管37连通，半导体制冷器38设置于循环箱35内部。

该部分需要人工利用工具对坩埚进行加持，并将坩埚内部的金属液倒入至模块34中的矩形槽中进行成型，随后开动循环泵36，将循环箱35内部的冷却剂进行循环，由于模块34内部开设有循环槽，因此可与循环管37对冷却液进行循环，使得金属液快速成型为锭。

具体的，锭块拿取结构包含：多轴机械臂39、安装盘40、三个结构相同的定位气缸41、三个定位块42；

多轴机械臂39位于成型结构一侧，安装盘40与多轴机械臂39进行连接，三个定位气缸41设置于安装盘40上，三个定位块42与三个定位气缸41的活塞端进行连接。

需要说明的是，本技术方案是通过多轴机械臂39来对安装盘40的位置进行调整，利用三个定位气缸41对三个定位块42进行驱动后，可以将锭块进行固定，随后多轴机械臂39将锭块移送至加热箱43中。

具体的，加热结构包含：加热箱43、若干加热盘44、第二定位板45、定位框46；

若干加热盘44围合在加热箱43内部，第二定位板45设置于加热箱43底部，定位框46设置于第二定位板45上。

需要说明的是，上述中，多轴机械臂39将锭块放入到定位板45上，并通过定位框46来对锭块进行固定，随后由加热盘44进行加热。

具体的，倾倒结构包含：倾倒架47、倾倒电机8以及连接架7；

倾倒架47与配料架9进行连接，倾倒电机8位于倾倒架47外壁，连接架7与倾倒电机8的驱动端连接，并活动安装于倾倒架47上，分料箱10设置于连接架7上。

需要说明的是，上述中，通过倾倒电机8来连接架7进行驱动，分料箱10设置于连接架7上，为此连接架7可带着分料箱10转动。

具体的，倾倒电机8与倾倒架47之间设置有用于对倾倒电机进行固定的固定架6。

具体的，循环箱35上具有用于注入冷却液的开口，该开口上具有密封塞。

具体的，三个定位气缸41与安装盘40之间均设置有气缸架5。

实施例2

一种耐高温镍基合金属料加工设备以及加工方法，包含以下步骤；

S1:在配料结构中加入不同成分原料，其次控制配料结构对原料进行分配并倾倒至配料箱1内部的坩埚中；

S2:完成配料后，通过物料填充结构将坩埚放置于真空熔炼罐2内进行熔炼，并加热在1670℃精炼6分钟；

S3:完成熔炼后，通过坩埚拿取结构将坩埚拿取，并移动至成型结构中，通过成型结构对坩埚内部的金属液进行成型并自然降温，使得金属液冷却变为锭块；

S4：通过锭块拿取结构将锭块拿取并放入到加热结构中，先将铸锭加热到1250℃，保温5h，空冷至室温；再加热到1140℃下，保温5h，空冷至室温；然后再加热到1050℃下，保温36h，空冷至室温。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温镍基合金属料加工设备，包括配料箱、真空熔炼罐、成型底座以及锭型加热台，其特征在于，所述配料箱、真空熔炼罐、成型底座以及锭型加热台依次设置，所述配料箱上具有配料结构，所述真空熔炼罐内设置有熔炼结构以及坩埚拿取结构，所述成型底座上设置有成型结构，所述成型底座一侧设置有锭块拿取结构，所述锭型加热台上设置有加热结构，加热结构一侧设置有取料结构，配料箱与真空熔炼罐之间具有物料填充结构；

所述配料结构包含：配料架、若干分料箱、分布在配料架上的多个倾倒结构、定位盘、双活塞气缸以及一对夹紧环；

所述配料架设置于配料箱一侧，分料箱安装于倾倒结构上，所述配料箱端部具有开口，底部具有支撑架，所述定位盘设置于支撑架上，所述双活塞气缸位于定位盘的底部，所述定位盘端面开设有条形豁槽，所述双活塞气缸的活塞端通过条形豁槽与一对夹紧环进行连接；

所述物料填充结构包含：升降电机、第一直线模组平移台、第一导向杆、L型连接件、基板、第二直线模组平移台、第二导向杆、一对定位电动推杆、一对弧形定位环；

所述升降电机位于配料箱与真空熔炼罐之间，第一直线模组平移台底部以及第一导向杆与升降电机的伸缩端进行连接，L型连接件一端与第一直线模组平移台连接，第一直线模组平移台的驱动端与基板进行连接，第二直线模组平移台与第二导向杆均铺设在基板上，所述第二直线模组平移台的移动端底部设置有定位圆盘，所述定位电动推杆等角度设置于圆盘上，且伸缩端水平伸缩，所述定位电动推杆的伸缩端设置有多个弧形定位环，所述坩埚侧壁上设置有多个弧形定位槽，所述定位电动推杆可驱动弧形定位环与弧形定位槽接触。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述熔炼结构包含：半截式L架、端盖升降机、端盖以及加热线圈；

所述半截式L架端部横跨真空熔炼罐，端盖升降机位于半截式L架的横梁上，所述端盖与端盖升降机进行连接，所述加热线圈位于真空熔炼罐底部。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述坩埚拿取结构包含：转向电机、转向柱、推进电机、坩埚套筒、一对第一伸缩电机、一对第二伸缩电机以及一对限位块；

所述转向电机设置于真空熔炼罐与成型底座之间，所述转向柱与转向电机的驱动端连接，所述推进电机与转向柱连接，推进电机的升降驱动端设置有第一定位板，第一定位板端面开设有定位通槽，所述坩埚套筒嵌装于该定位通槽内，所述第 一伸缩电机设置于第一定位板上，且位于定位通槽一侧，所述坩埚内端面开设有一对限位槽，所述第一伸缩电机的伸缩端水平伸缩，第二伸缩电机设置于第一伸缩电机的伸缩端上，限位块位于第二伸缩电机的伸缩端上，第二伸缩电机可将限位块推进至坩埚内，并与坩埚内部的限位槽接触。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述成型结构包含：模块、循环箱、循环泵、循环管以及半导体制冷器；

所述模块设置于成型底座，模块端部开设有矩形槽，所述模块外部设置有循环槽，所述循环槽、循环箱以及循环泵之间通过循环管连通，半导体制冷器设置于循环箱内部。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述锭块拿取结构包含：多轴机械臂、安装盘、三个结构相同的定位气缸、三个定位块；

所述多轴机械臂位于成型结构一侧，安装盘与多轴机械臂进行连接，三个所述定位气缸设置于安装盘上，三个定位块与三个定位气缸的活塞端进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述加热结构包含：加热箱、若干加热盘、第二定位板、定位框；

所述加热箱设置于锭型加热台上，所述若干加热盘围合在加热箱内部，所述第二定位板设置于加热箱底部，所述定位框设置于第二定位板上。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述倾倒结构包含：倾倒架、倾倒电机以及连接架；

所述倾倒架与配料架进行连接，倾倒电机位于倾倒架外壁，连接架与倾倒电机的驱动端连接，并活动安装于倾倒架上，所述分料箱设置于连接架上。

8.根据权利要求7所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述倾倒电机与倾倒架之间设置有用于对倾倒电机进行固定的固定架。

9.根据权利要求5所述的一种耐高温镍基合金属料加工设备，其特征在于，所述三个定位气缸与安装盘之间均设置有气缸架。

10.使用权利要求1-9任一所述一种耐高温镍基合金属料加工设备的加工方法，其特征在于，包含以下步骤；

S1:在配料结构中加入不同成分原料，其次控制配料结构对原料进行分配并倾倒至配料箱内部的坩埚中；

S2:完成配料后，通过物料填充结构将坩埚放置于真空熔炼罐内进行熔炼，并加热在1670℃精炼6分钟；

S3:完成熔炼后，通过坩埚拿取结构将坩埚拿取，并移动至成型结构中，通过成型结构对坩埚内部的金属液进行成型并自然降温，使得金属液冷却变为锭块；

S4：通过锭块拿取结构将锭块拿取并放入到加热结构中，先将铸锭加热到1250℃，保温5h，空冷至室温；再加热到1140℃下，保温5h，空冷至室温；然后再加热到1050℃下，保温36h，空冷至室温。

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