CN114734024A - 一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法 - Google Patents

一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法，具体涉及真空精密铸造炉技术领域，包括炉体，所述炉体内壁固定设有横板，所述横板将炉体内部分为上下分布的上腔体和下腔体，所述上腔体内部上方一侧设有熔化线圈，且上腔体内部另一侧设有保温线圈，所述保温线圈内侧设有模壳，所述下腔体内部设有冷却池，所述冷却池外侧包裹有感应线圈。本发明通过模壳缓慢进入冷却液中，感应线圈一直处于通电状态，保证冷却池内的冷却液按工艺要求维持在需要的温度，以便模壳内的熔液由下而上慢慢冷却凝固，使得产品内部的晶相按照工艺要求结晶，最大的程度保证部件内的晶相结构生成，同时避免部件因同一水平上冷却温度不均匀造成内部晶相非规则生长。

Description

一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法
技术领域
本发明涉及真空精密铸造炉领域，具体涉及一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法。
背景技术
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程，铸造使用的真空精密熔炼炉是在真空或保护气氛条件下对金属材料(如不锈钢、镍基合金、铜、合金钢、镍钴合金等)的熔炼处理，也可进行合金钢的真空精炼处理及精密铸造。真空铸造具有如下优点：消除或减少压铸件内部的气孔，提高压铸件的机械性能和表面质量，改善镀覆性能；减少型腔的反压力，可使用较低的比压及铸造性能较差的合金，有可能用小机器压铸较大的铸件；改善了充填条件，可压铸较薄的铸件。
为了获得部件内部所需的晶相组织结构，让单向晶体垂直向上成长，需要在垂直方向上均匀产生高热力梯度的温度环境，模壳内的产品需要始终保持一个冷却平面，因此，发明一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种液体金属冷却真空精密铸造炉及工作方法，通过模壳缓慢进入冷却液中，冷却池外部的感应线圈一直处于通电状态，保证冷却池内的冷却液按工艺要求维持在需要的温度，以便模壳内的熔液由下而上慢慢冷却凝固，使得产品内部的晶相按照工艺要求结晶，最大的程度保证部件内的晶相结构生成，同时避免部件因同一水平上冷却温度不均匀造成内部晶相非规则生长。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液体金属冷却真空精密铸造炉，包括炉体，所述炉体内壁固定设有横板，所述横板将炉体内部分为上下分布的上腔体和下腔体，所述上腔体内部上方一侧设有熔化线圈，所述熔化线圈后侧连接有驱动装置，且上腔体内部另一侧设有保温线圈，所述保温线圈设在熔化线圈下方，所述保温线圈内侧设有模壳，所述下腔体内部设有冷却池，所述冷却池设在保温线圈正下方，所述冷却池外侧包裹有感应线圈，用于保证冷却池内的冷却液维持在需要的温度。
优选的，所述炉体底部设有冷却池升降装置，所述冷却池升降装置贯穿炉体底端与冷却池底端固定连接，用于驱动冷却池上升或下降。
优选的，所述炉体顶端一侧固定设有与炉体内部相通的模壳进出口，且模壳进出口顶端固定设有模壳升降装置，所述模壳升降装置底部贯穿模壳进出口吊挂着模壳，用于驱动模壳上升或下降。
优选的，所述炉体顶端另一侧固定设有与炉体内部相通的加料口，所述加料口设在熔化线圈正上方，且加料口顶端设有加料装置，用于向熔化线圈中加料，所述加料口和模壳进出口上均设有隔离阀，用于加料口和模壳进出口的打开以及关闭。
优选的，所述保温线圈包括上保温线圈、下保温线圈、上感应环和下感应环，所述下保温线圈设在上保温线圈底端，所述下感应环设在上感应环底端，所述上感应环设在上保温线圈内侧，且下感应环设在下保温线圈内侧，所述模壳设在上感应环和下感应环内侧。
所述保温线圈外侧底端固定设有液位传感器，所述液位传感器底部具有两根金属探针，用于监测冷却液面。
优选的，所述横板上开设有贯穿横板的通孔，所述通孔设在保温线圈正下方且设在冷却池正上方，所述上腔体与下腔体通过通孔连通，所述横板底端设有隔板，且隔板设在通孔底部，隔板在倾倒溶液时处于关闭状态，防止熔炼及倾倒熔液飞溅到冷却池中污染冷却液。
优选的，所述炉体一侧固定设有上下分布的两个真空管道接口，且两个真空管道接口分别与上腔体和下腔体连通，用于炉体内部抽真空。
本发明还包括一种液体金属冷却真空精密铸造炉的工作方法，具体步骤如下：
步骤一：初始时，炉体内部处于真空状态，熔化线圈处于待料位且处于加料口下方，加料装置携带原材料与加料口完全闭合，然后隔离阀开启将原材料加入熔化线圈中，同时冷却池由冷却池升降装置驱动下降到最低位，模壳由模壳升降装置吊挂着下降到保温线圈内，隔板处于关闭状态；
步骤二：熔化线圈将原料熔炼，熔炼完成后，熔化线圈移动至待倾翻位置然后倾翻，将熔炼好的熔液倾倒入模壳内；
步骤三：隔板打开使得通孔打开，冷却池在冷却池升降装置的作用在上升至保温线圈底部，然后模壳由模壳升降装置缓慢吊至冷却池的冷却液中，使得模壳内的熔液由下而上慢慢冷却凝固。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、本发明的模壳缓慢吊至冷却池的冷却液中，冷却池外部的感应线圈一直处于通电状态，保证冷却池内的冷却液按工艺要求维持在需要的温度，以便模壳内的熔液由下而上慢慢冷却凝固，使得产品内部的晶相按照工艺要求结晶，最大的程度保证部件内的晶相结构生成，同时避免部件因同一水平上冷却温度不均匀造成内部晶相非规则生长，同时由于炉体内部为真空状态，可避免熔炼过程接触空气影响产品品质以及热能传导；
2、本发明整体结构简单，维护使用成本较低，生产效率较高；
3、冷却液采用低熔点液态金属，具有比热容、热导率大、熔点低、沸点高的特点，相较传统的利用水做冷却剂，冷却时间接近减少一半，用于高温合金定向凝固铸造，特别用于复杂的外形和恶劣的工作环境下的零件，例如涡轮叶片、燃气涡轮发动机的定子叶片等，采用定向成型铸造可使这类部件的强度得到加强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的熔化线圈熔炼状态示意图；
图3为本发明的熔化线圈移动至待倾翻位置示意图；
图4为本发明的熔化线圈倾翻示意图；
图5为本发明的冷却池上升示意图；
图6为本发明的冷却状态示意图；
图7为本发明图5的局部结构图；
图8为本发明图6的局部结构图。
附图标记说明：
1炉体、2熔化线圈、3保温线圈、4冷却池、5冷却池升降装置、6模壳升降装置、7隔板、8加料装置、9隔离阀、10模壳、11加料口、12液位传感器、13感应线圈、14模壳进出口、15横板、16真空管道接口、31上保温线圈、32下保温线圈、33上感应环、34下感应环。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明提供了如图1-8所示的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，包括炉体1，所述炉体1内壁固定设有横板15，所述横板15将炉体1内部分为上下分布的上腔体和下腔体，所述横板15上开设有贯穿横板15的通孔，所述横板15底端设有隔板7，且隔板7设在通孔底部，隔板7打开时上腔体与下腔体通过通孔连通，隔板7的移动由本领域常见的驱动结构驱动，在此不做进一步赘述。
所述炉体1一侧固定设有上下分布的两个真空管道接口16，且两个真空管道接口16分别与上腔体和下腔体连通，用于炉体1内部抽真空。
所述上腔体内部上方一侧设有熔化线圈2，且上腔体内部另一侧设有保温线圈3，所述保温线圈3设在熔化线圈2下方，所述保温线圈3内侧设有模壳10，所述通孔设在保温线圈3正下方，熔化线圈2用于熔化原材料，所述熔化线圈2后侧连接有驱动装置，该驱动装置用于驱动熔化线圈2移动以及转动倒料，该驱动装置可采用现有技术电动推杆与电机组合结构，为本领域常用技术，在此不做进一步赘述。
所述炉体1顶端一侧固定设有与炉体1内部相通的模壳进出口14，且模壳进出口14顶端固定设有模壳升降装置6，所述模壳升降装置6底部贯穿模壳进出口14吊挂着模壳10，模壳升降装置6采用本领域常用的升降结构，在此不做进一步赘述，所述炉体1顶端另一侧固定设有与炉体1内部相通的加料口11，所述加料口11设在熔化线圈2正上方，且加料口11顶端设有加料装置8，加料装置8采用本领域常用的加料结构，在此不做进一步赘述，所述加料口11和模壳进出口14上均设有隔离阀9，隔离阀9属于开关类的阀门。
所述下腔体内部设有冷却池4，所述冷却池4设在保温线圈3正下方，所述通孔设在冷却池4正上方，所述炉体1底部设有冷却池升降装置5，所述冷却池升降装置5贯穿炉体1底端与冷却池4底端固定连接，所述冷却池4外侧包裹有感应线圈13，冷却池4工作时感应线圈13一直处于通电状态，保证冷却池4内的冷却液按工艺要求维持在需要的温度，其中冷却池升降装置5采用本领域常用的升降结构，例如电动推杆、电动缸等，在此不做进一步赘述。
液体金属冷却真空精密铸造炉的工作方法如下：
如图1所示，炉体1内部处于真空状态，熔化线圈2处于待料位且处于加料口11下方，加料装置8携带原材料与加料口11完全闭合，然后隔离阀9开启，将原材料输送至熔化线圈2中，冷却池4由冷却池升降装置5驱动下降到最低位，模壳10由模壳升降装置6吊挂着，下降到保温线圈3内，隔板7处于关闭状态，用于防止熔炼及倾倒熔液飞溅到冷却池4中污染冷却液；
如图2所示，熔化线圈2处于熔炼状态；
如图3所示，熔化线圈2熔炼完成，移动至待倾翻位置
如图4所示，熔化线圈2倾翻，将熔炼好的熔液倾倒入模壳10内；
如图5、7所示，隔板7打开使得通孔打开，冷却池4由冷却池升降装置5驱动上升至保温线圈3底部，保证冷却液面与保温线圈3的距离；
如图6、8所示，模壳10由模壳升降装置6缓慢吊至冷却池4的冷却液中，冷却池4外部由感应线圈13包裹，冷却池4工作时感应线圈13一直处于通电状态，保证冷却池4内的冷却液按工艺要求维持在需要的温度，模壳升降装置6下降过程由控制系统控制，以便模壳10内的熔液由下而上慢慢冷却凝固，使得产品内部的晶相按照工艺要求结晶；
如图7、8所示，所述保温线圈3包括上保温线圈31、下保温线圈32、上感应环33和下感应环34，所述下保温线圈32设在上保温线圈31底端，所述下感应环34设在上感应环33底端，所述上感应环33设在上保温线圈31内侧，且下感应环34设在下保温线圈32内侧，所述模壳10设在上感应环33和下感应环34内侧，所述保温线圈3外侧底端固定设有液位传感器12，所述液位传感器12底部具有两根金属探针，当两根探针都没入冷却液面，两探针构成回路，产生电信号，电信号传至控制系统(采用本领域现有控制系统)，控制系统发信号给模壳升降装置6让其停止上升，这样可避免由于液面上升造成液面与保温线圈3接触而损坏保温线圈3；
并且，随着模壳10慢慢没入冷却液中，冷却液面会上升，由于液位传感器12对液面实时监控，当液面上升后，控制系统会给冷却池升降装置5信号，让冷却池升降装置5下降以保证冷却液面与保温线圈3之间的距离，避免由于液面上升造成液面与保温线圈3接触而损坏保温线圈3。
另外，冷却液采用低熔点液态金属，具有比热容、热导率大、熔点低、沸点高的特点，相较传统的利用水做冷却剂，冷却时间接近减少一半，用于高温合金定向凝固铸造，特别用于复杂的外形和恶劣的工作环境下的零件，例如涡轮叶片、燃气涡轮发动机的定子叶片等，采用定向成型铸造可使这类部件的强度得到加强。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种液体金属冷却真空精密铸造炉，包括炉体(1)，其特征在于：所述炉体(1)内壁固定设有横板(15)，所述横板(15)将炉体(1)内部分为上下分布的上腔体和下腔体，所述上腔体内部上方一侧设有熔化线圈(2)，且上腔体内部另一侧设有保温线圈(3)，所述保温线圈(3)设在熔化线圈(2)下方，所述保温线圈(3)内侧设有模壳(10)，所述下腔体内部设有冷却池(4)，所述冷却池(4)设在保温线圈(3)正下方，所述冷却池(4)外侧包裹有感应线圈(13)。
2.根据权利要求1所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述炉体(1)底部设有冷却池升降装置(5)，所述冷却池升降装置(5)贯穿炉体(1)底端与冷却池(4)底端固定连接，冷却池(4)内的冷却液为液体金属。
3.根据权利要求1所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述炉体(1)顶端一侧固定设有与炉体(1)内部相通的模壳进出口(14)，且模壳进出口(14)顶端固定设有模壳升降装置(6)，所述模壳升降装置(6)底部贯穿模壳进出口(14)吊挂着模壳(10)。
4.根据权利要求3所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述炉体(1)顶端另一侧固定设有与炉体(1)内部相通的加料口(11)，所述加料口(11)设在熔化线圈(2)正上方，且加料口(11)顶端设有加料装置(8)，所述加料口(11)和模壳进出口(14)上均设有隔离阀(9)。
5.根据权利要求1所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述保温线圈(3)包括上保温线圈(31)、下保温线圈(32)、上感应环(33)和下感应环(34)，所述下保温线圈(32)设在上保温线圈(31)底端，所述下感应环(34)设在上感应环(33)底端，所述上感应环(33)设在上保温线圈(31)内侧，且下感应环(34)设在下保温线圈(32)内侧，所述模壳(10)设在上感应环(33)和下感应环(34)内侧。
6.根据权利要求1述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述保温线圈(3)外侧底端固定设有液位传感器(12)，所述液位传感器(12)底部具有两根金属探针。
7.根据权利要求1所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述横板(15)上开设有贯穿横板(15)的通孔，所述通孔设在保温线圈(3)正下方且设在冷却池(4)正上方，所述上腔体与下腔体通过通孔连通，所述横板(15)底端设有隔板(7)，且隔板(7)设在通孔底部。
8.根据权利要求1所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述炉体(1)一侧固定设有上下分布的两个真空管道接口(16)，且两个真空管道接口(16)分别与上腔体和下腔体连通。
9.根据权利要求1所述的一种液体金属冷却真空精密铸造炉，其特征在于：所述熔化线圈(2)后侧连接有驱动装置。
10.一种权利要求1-9任一项所述的液体金属冷却真空精密铸造炉的工作方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：初始时，炉体(1)内部处于真空状态，熔化线圈(2)处于待料位且处于加料口(11)下方，加料装置(8)携带原材料与加料口(11)完全闭合，然后隔离阀(9)开启将原材料加入熔化线圈(2)中，同时冷却池(4)由冷却池升降装置(5)驱动下降到最低位，模壳(10)由模壳升降装置(6)吊挂着下降到保温线圈(3)内，隔板(7)处于关闭状态；
步骤二：熔化线圈(2)将原料熔炼，熔炼完成后，熔化线圈(2)移动至待倾翻位置然后倾翻，将熔炼好的熔液倾倒入模壳(10)内；
步骤三：隔板(7)打开使得通孔打开，冷却池(4)在冷却池升降装置(5)的作用在上升至保温线圈(3)底部，然后模壳(10)由模壳升降装置(6)缓慢吊至冷却池(4)的冷却液中，使得模壳(10)内的熔液由下而上慢慢冷却凝固。
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