CN115007803B - 高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统和方法，该系统包括模壳转运装置和模壳加热装置，模壳快速转运装置包括轨道小车、模壳预热炉、第一模壳托架、第二模壳托架和模壳升降机构；第二模壳托架和模壳升降机构均设于工作舱内，第二模壳托架用于支承自轨道小车转运的模壳，第二模壳托架固定于模壳升降机构上；模壳加热装置设于调压精密铸造炉内，模壳加热装置的加热体通过热辐射的方式对模壳进行原位加热；控制模块，分别与轨道小车、模壳预热炉、模壳升降机构和模壳加热装置连接。本发明可以减少模壳的热量耗散，降低模壳的冷却速度，保证模壳预热温度的稳定性，从而为后续的充型凝固以及实验数据采集的准确性提供有利条件。

Description

高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统和方法

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，具体地，涉及一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统和方法。

背景技术

高温合金精密铸造的模壳温度的精确控制直接关系铸件浇注质量。模壳温度过高，高温合金液体冷却速度不够，导致晶粒粗大，且高温对陶瓷模壳的抗热震性带来巨大挑战。模壳温度过低，高温合金液体与模壳温差过大，较大的温差导致铸件表面形成激冷带降温速度过快，达不到铸件型腔内就凝固了，出现浇不足的现象。因此，合金浇注过程的模壳温度保持是保证铸件浇注质量的关键。目前高温合金调压精密铸造过程的模壳，需要在焙烧炉中加热到一定温度后再转运至调压精密铸造炉内。特别地，对于大型复杂薄壁铸件，薄壁区域的模壳厚度相对较薄，而且与外界室温(即使盛夏现场温度也超不过60℃)相差太大。因此，模壳从焙烧炉出来在空气中经过1分钟，模壳内外层温度相差400℃，模壳温度的个位数变化会导致薄壁区的充型和凝固过程发生显著影响。因此，必须保证在从炉中取出后20秒内完成浇注。然而，受到操作熟练程度和不同季节外界温度的变化，模壳的浇注温度变化很大，这就导致了每次高温合金调压精密铸造模壳浇注温度的差异，对高温合金调压精密铸造的一致性和稳定性带来挑战。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，该系统包括：

模壳快速转运装置，包括轨道小车、模壳预热炉、第一模壳托架、第二模壳托架和模壳升降机构；

所述轨道小车用于运载模壳，所述第一模壳托架用于承载模壳，所述第一模壳托架位于所述轨道小车上；

所述模壳预热炉用于对装载于所述轨道小车上的模壳进行预热；

所述第二模壳托架和所述模壳升降机构均设于工作舱内，所述第二模壳托架用于支承自所述轨道小车转运的模壳，所述第二模壳托架固定于所述模壳升降机构上，所述第二模壳托架在所述模壳升降机构的带动下沿调压精密铸造炉的高度方向移动；

模壳加热装置，设于调压精密铸造炉内，所述模壳加热装置包括加热体，所述加热体通过热辐射的方式对模壳进行原位加热；

控制模块，分别与所述轨道小车、所述模壳预热炉、所述模壳升降机构和所述模壳加热装置连接。

进一步地，所述模壳预热炉包括炉门和与所述炉门连接的炉门运动机构，所述炉门运动机构与所述控制模块连接，所述炉门运动机构用于控制所述炉门的开启和关闭。

进一步地，所述轨道小车的结构尺寸与模壳预热炉的炉体空间结构相匹配，所述轨道小车包括驱动车轮和设于所述驱动车轮上的板状平面，所述板状平面的顶部载有加热底板，所述加热底板用于承载所述第一模壳托架。

进一步地，所述轨道小车的水平运动距离为不大于2000mm；所述轨道小车的移动为变速运动，最大移动速度200mm/s。

进一步地，工作舱采用上下两半式设计的立式结构，通过所述模壳升降机构将工作舱上体转运到与模壳对接的最低位置；所述轨道小车将模壳卡入到所述第二模壳托架上。

进一步地，所述模壳升降机构的底部与工作舱的底部平齐，所述模壳升降机构的底部设有与所述第二模壳托架相匹配的卡具。

进一步地，所述第一模壳托架和所述第二模壳托架的结构相同，均包括支撑柱和设于所述支撑柱上方的框型结构，所述框型结构在上方具有开口，模壳自所述开口放入并容置于所述框型结构内。

进一步地，所述加热体为两半式加热炉，所述两半式加热炉的两个半炉体分别对称位于模壳的高度方向的两侧。

进一步地，所述两半式加热炉的两个半炉体均连接有驱动机构，所述驱动机构用于带动所述半炉体沿远离或靠近模壳的方向移动，以实现两个所述半炉体的开合。

根据本发明的另一方面，提供一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制方法，利用上述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统实现，该方法包括：

将模壳置于轨道小车上的第一模壳托架上，并将装载有模壳的轨道小车推入预热炉内进行预热；

模壳预热完成后，轨道小车运载模壳从预热炉转出；

轨道小车将模壳转移到第二模壳托架上；

模壳升降机构带动模壳至指定工作位置；

模壳加热装置通过加热体的热辐射对转运的模壳进行原位加热。

与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

1、本发明通过模壳快速转运装置和模壳加热装置之间的相互协调、配合，可以减少模壳的热量耗散，降低模壳的冷却速度，保证模壳预热温度的稳定性，提高调压精密铸造实验的工作效率，从而为后续的充型凝固以及实验数据采集的准确性提供了有利条件。

2、本发明利用轨道小车可以实现模壳从预热炉中快速、平稳地转运出来，极大地缩短模壳的转运时间，减少模壳热量散失；轨道小车与相应的模壳托架精准配合，为后续模壳在工作舱中的平稳提升提供保证，同时最大化降低模壳在转运过程中物理碰撞所带来的模壳损伤，从而保证模壳本身结构尺寸的完整性。

3、本发明通过安装在工作舱内部模壳加热装置以原位加热的方式对模壳进行二次加热，可以弥补模壳转运过程中因热交换带来的温度降低。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中的模壳快速转运装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的工作舱的结构示意图；

图3为本发明一实施例中的轨道小车的结构示意图，其中a为主视图，b为侧视图，c为俯视图；

图4为本发明一实施例中的模壳加热装置的结构示意图；

图中：1为模壳，2为模壳预热炉，3为轨道小车，31为驱动车轮，32为板状平面，33为加热底板，4为第一模壳托架，5为第二模壳托架，6为工作舱，7为模壳升降机构，8为加热体，9为固定式加热炉，10为驱动机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

针对高温合金调压精密铸造过程模壳的温度不稳定的问题，本发明实施例提供一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，参照图1-4，该系统包括模壳快速转运装置和模壳加热装置，其中，模壳快速转运装置对焙烧炉内的陶瓷模壳夹取并快速转运至调压精密铸造炉，其中，陶瓷模壳与模壳均表示同一结构，模壳快速转运装置包括轨道小车3、模壳预热炉2、第一模壳托架4、第二模壳托架5和模壳升降机构7；轨道小车3用于运载模壳1，第一模壳托架4用于承载模壳1，第一模壳托架4位于轨道小车3上；模壳预热炉2用于对装载于轨道小车3上的模壳1进行预热；第二模壳托架5和模壳升降机构7均设于工作舱6内，工作舱6位于调压精密铸造炉的上腔室，用于金属液充型和凝固，第二模壳托架5用于支承自轨道小车3转运的模壳1，第二模壳托架5固定于模壳升降机构7上，第二模壳托架5在模壳升降机构7的带动下沿调压精密铸造炉的高度方向移动；模壳加热装置设于调压精密铸造炉内，模壳加热装置包括加热体8，该加热体8通过热辐射的方式对模壳1进行原位加热；控制模块，分别与轨道小车3、模壳预热炉2、模壳升降机构7和模壳加热装置连接。本发明实施例中的模壳温度控制系统，通过模壳快速转运装置和模壳加热装置两个装置之间的相互协调、高效有序的配合，可以减少模壳的热量耗散，降低模壳的冷却速度，保证模壳预热温度的稳定性，能够提高调压精密铸造实验的工作效率，从而为后续的充型凝固以及实验数据采集的准确性提供了必要条件。

第一模壳托架4在轨道小车3上提前安装好，预制好的陶瓷模壳即模壳1连同升液管通过带有第一模壳托架4的轨道小车3推入到模壳预热炉2中进行预热。在一些具体的实施方式中，模壳预热炉2包括炉门和与炉门连接的炉门运动机构，炉门运动机构与控制模块连接，炉门运动机构用于控制炉门的开启和关闭。模壳预热炉2还包括加热电源，提前设置好加热速度、预热温度和保温时间等工艺参数，控制模块控制打开加热电源并关好炉门，保证带有升液管的模壳1可以在模壳预热炉2中同时进行均匀地加热。模壳1预热完成后，炉门通过炉门运动机构自动升起，承载模壳1的轨道小车3快速平稳地将模壳装运出去。

模壳预热炉2配套的轨道小车3结构及运行方式，为配合模壳预热炉2、陶瓷模壳结构及工作舱6系统结构独有的设计，可以实现模壳快速、平稳地转运，在一些具体的实施方式中，轨道小车3的结构尺寸与模壳预热炉2的炉体空间结构相匹配，参照图3，轨道小车3包括驱动车轮31和设于驱动车轮31上的板状平面32，板状平面32的顶部载有用于模壳预热炉2内加热的加热底板33，加热底板33表面有一定的粗糙度和条纹带，以用于稳固承载第一模壳托架4；轨道小车3的底部设有前后对称共四个驱动车轮31，以实现水平转运，便于与第二模壳托架5对接。

轨道小车3的转运轨道路线，综合考虑模壳预热炉2和工作舱6主体的布局位置确定，确定的路线可保证在不影响其他设备系统正常工作的前提下最大化地缩短模壳转运时间。轨道小车3从预热炉2的炉门完全出来(规定为原点0)，沿预定轨道方向运输模壳直到与工作舱6平移、竖直移出的第二模壳托架5位置对接，小车转运模壳任务终止。在一些优选的实施方式中，轨道小车3的水平运动距离即从原点0至转运任务终止所走过的水平直线距离为不大于2000mm；轨道小车3的移动为变速运动，最大移动速度200mm/s，轨道小车3可根据不同工况调整转运模壳过程中的移动速度，以尽量减少模壳转运过程的热量散失，保证模壳转运到工作舱6中预热温度的精确性；通过整体配合，保证模壳快速、平稳地转运。

工作舱6是采用上下两半式设计的立式结构，包括上罐即工作舱上体和下罐即工作舱下体，工作舱6的上端采用蝶形封头，工作舱的上罐与下罐均设有开合结构，调压精密铸造炉与蝶形封头的锁紧靠锁紧环完成。在一些具体的实施方式中，通过模壳升降机构7将工作舱上体转运到与模壳1对接的最低位置，模壳升降机构7主要包括：工作舱6顶部配置的伺服电机与传动系统，用于模壳升降机构7的驱动；工作舱6内部安置的模壳升降机械系统，采用双丝杠螺母传动机构；升降行程1800mm，升降速度0-2500mm/min(连续可调)；额定载荷500kg；与模壳1对接的最低位置是指与模壳升降机构7配套的第二模壳托架5依靠安置在工作舱体内壁两端的双丝杠螺母传动机构下降到所移出工作舱上体即上罐的最下端，如图2所示，其中h为第二模壳托架5的直线运动距离。轨道小车3将模壳1卡入到第二模壳托架5上，模壳升降机构7的伺服电机与传动系统在工作舱6内部，模壳升降机构7的底部与工作舱6的底部平齐，模壳升降机构7的底部设有与第二模壳托架5相匹配的卡具。具体地，在轨道小车3快速平稳地将模壳1装运出去的同时，工作舱锁紧环打开，通过模壳升降机构7将工作舱上体转运到与模壳1对接的最低位置；炉底平台的轨道小车3将平移转运出的模壳1快速准确地卡入到第二模壳托架5上，工作舱6内部的模壳升降机构7底部有与第二模壳托架5配套的卡具，模壳1平移可进入卡具内卡紧，并随模壳升降机构7平稳运动，为后续模壳的浇注做准备。本发明实施例中的模壳快速转运装置快速、高效，整个转运过程所需时间不超过20s，有效地降低了模壳转运过程中的热量散失，从而保证模壳预热温度的稳定性。

第一模壳托架4和第二模壳托架5起到转运和输送模壳的枢纽作用，第二模壳托架5可根据工况，在工作舱6内依靠模壳升降机构7上下竖直运动，最高可上升到模壳的工作区；最低可下降到工作舱室的底部，以承接转运过来的模壳1。在一些具体的实施方式中，第一模壳托架4和第二模壳托架5的结构相同，均为框型支架结构，包括支撑柱和设于支撑柱上方的框型结构，框型结构在上方具有开口，模壳1自该开口放入并容置于框型结构内。模壳托架特有的结构样式可以很好地承载并稳定地转运模壳。

本发明实施例中的模壳快速转运装置可以实现模壳从预热炉中快速、平稳地转运出来，通过特有的炉底轨道小车3可以极大的缩短模壳的转运时间，降低模壳与周围环境及其他物理场的热交换作用，减少模壳热量散失；模壳转运的轨道小车3和相应的第二模壳托架5精准配合，相应的卡具会固定锁紧模壳，为后续模壳在工作舱6中的平稳提升提供保证，同时最大化降低模壳在转运过程中物理碰撞所带来的模壳损伤，从而保证模壳本身结构尺寸的完整性。

转运至调压精密铸造炉的模壳通过工作舱6内部安置的模壳升降机构7，将模壳平稳地提升到工作位置，模壳转运过程中受周围环境和设备等其他不可抗力因素的影响不可避免存在一定程度温度的变化，为最大程度保持模壳预热温度的稳定性，在一些具体的实施方式中，如图4所示，加热体8为两半式加热炉，两半式加热炉的两个半炉体分别对称位于模壳的高度方向的两侧，如图4中所示位于模壳高度方向的左右两侧，工作舱6内部安装的两半式加热炉，通过热辐射的形式可以对模壳进行二次加热，由于本发明实施例中的模壳1同时包括升液管，具体地，两半式加热炉对模壳1中的升液管进行二次加热。两半式加热炉的上方还设有固定式加热炉9，固定式加热炉9用于加热模壳1中的模壳结构。

在一些具体的实施方式中，两半式加热炉的两个半炉体均连接有驱动机构10，驱动机构10用于带动半炉体沿远离或靠近模壳的方向移动，以实现两个半炉体的开合。根据模壳1尺寸大小，同时配合模壳升降机构7，两半式加热炉依靠自身连接的驱动机构10可以实现两个半炉体的开合，半炉体可以后退至炉壁附近，给模壳1的升降让出空间。两半式加热炉的开合与模壳1的升降协同作用，形成了全方位、多角度的加热温度场，可以实现对模壳顶部至升液管底端高效、均匀地整体加热，最大程度保证模壳浇注时所需预热温度的准确性，降低模壳冷却速度。

本发明实施例中的模壳加热装置安装在工作舱的内部，两半式加热炉的构造依靠自身的开合机械装置通过热辐射的形式可以及时地对提升到工作舱内的模壳系统进行二次加热，两半式加热炉配合模壳升降机构的加热方式可以有效、均匀地对模壳进行加，从而可以弥补模壳转运过程中因热交换带来的温度降低。

本发明实施例为高温合金调压精密铸造中的模壳控温提供了新的解决方案，通过用于前期模壳转运的模壳快速转运装置和用于后期原位加热的模壳加热装置，两种装置的相互配合可以有效地解决模壳控温的难题，可以实现对高温合金调压精密铸造的模壳进行快速转运和在工作舱中进行高效、及时地原位加热；能够保证模壳在浇注前保持在相同温度，提高浇注过程的一致性和稳定性，提高铸件的成型质量。

本发明实施例还提供一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制方法，利用上述实施例中的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统实现，继续参照图1-4，该方法包括：

S1、将模壳1置于轨道小车3上的第一模壳托架4上，并将装载有模壳1的轨道小车3推入预热炉内进行预热；

S2、模壳1预热完成后，轨道小车3运载模壳1从预热炉转出；

S3、轨道小车3将模壳1转移到第二模壳托架5上；

S4、模壳升降机构7带动模壳1至指定工作位置；

S5、模壳加热装置通过加热体8的热辐射对转运的模壳1进行原位加热。

在一些具体的实施方式中，在步骤S1中，模壳预热炉2的内高2000mm，模壳预热炉2的功率为60kw，最高预热温度1200℃；模壳和升液管在模壳预热炉2中整体预热；

在一些具体的实施方式中，步骤S2中，模壳预热炉2的炉门可以在炉门运动机构的带动下自动升降开启；轨道小车3水平运动距离为2000mm，轨道小车3的运动为变速运动，最大移动速度为200mm/s。

在一些具体的实施方式中，在步骤S3中，在轨道小车3将模壳1装运出去的同时，工作舱锁紧环打开，通过模壳升降机构7将工作舱上体转运到与模壳1对接的最低位置；炉底平台的轨道小车3将平移转运出的模壳1快速准确地卡入到第二模壳托架5上。本发明实施例中的模壳转运快速、高效，整个转运过程所需时间不超过20s，能够有效地降低模壳转运过程中的热量散失，从而保证模壳预热温度的稳定性。

在一些具体的实施方式中，在步骤S5中，加热体8为两半式加热炉，两半式加热炉的两个半炉体均连接有驱动机构10，驱动机构10用于带动半炉体沿远离或靠近模壳1的方向移动，从而实现两个半炉体的开合。根据模壳1尺寸大小，同时配合模壳升降机构7，两半式加热炉依靠自身连接的驱动机构10可以实现两个半炉体的开合，半炉体可以后退至炉壁附近，给模壳1的升降让出空间。两半式加热炉的开合与模壳1的升降协同作用，形成了全方位、多角度的加热温度场，可以实现对模壳顶部至升液管底端高效、均匀地整体加热，最大程度保证模壳浇注时所需预热温度的准确性，降低模壳冷却速度。

需要说明的，该方法实施例与系统实施例基于同样的发明构思，由于高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统具有的上述技术效果，本发明实施例中的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制方法也具有相同的技术效果，此处不再赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (9)

1.一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，包括：

模壳快速转运装置，包括轨道小车、模壳预热炉、第一模壳托架、第二模壳托架和模壳升降机构；

所述轨道小车用于运载模壳，所述第一模壳托架用于承载模壳，所述第一模壳托架位于所述轨道小车上；

所述模壳预热炉用于对装载于所述轨道小车上的模壳进行预热；

所述第二模壳托架和所述模壳升降机构均设于工作舱内，所述第二模壳托架用于支承自所述轨道小车转运的模壳，所述第二模壳托架固定于所述模壳升降机构上，所述第二模壳托架在所述模壳升降机构的带动下沿调压精密铸造炉的高度方向移动；

模壳加热装置，设于调压精密铸造炉内，所述模壳加热装置包括加热体，所述加热体通过热辐射的方式对模壳进行原位加热；

控制模块，分别与所述轨道小车、所述模壳预热炉、所述模壳升降机构和所述模壳加热装置连接；

所述轨道小车的结构尺寸与所述模壳预热炉的炉体空间结构相匹配，所述轨道小车包括驱动车轮和设于所述驱动车轮上的板状平面，所述板状平面的顶部载有加热底板，所述加热底板用于承载所述第一模壳托架。

2.根据权利要求1所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，所述模壳预热炉包括炉门和与所述炉门连接的炉门运动机构，所述炉门运动机构与所述控制模块连接，所述炉门运动机构用于控制所述炉门的开启和关闭。

3.根据权利要求1所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，所述轨道小车的水平运动距离为不大于2000mm；所述轨道小车的移动为变速运动，最大移动速度200mm/s。

4.根据权利要求1所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，工作舱采用上下两半式设计的立式结构，通过所述模壳升降机构将工作舱上体转运到与模壳对接的最低位置；所述轨道小车将模壳卡入到所述第二模壳托架上。

5.根据权利要求1所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，所述模壳升降机构的底部与工作舱的底部平齐，所述模壳升降机构的底部设有与所述第二模壳托架相匹配的卡具。

6.根据权利要求1所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，所述第一模壳托架和所述第二模壳托架的结构相同，均包括支撑柱和设于所述支撑柱上方的框型结构，所述框型结构在上方具有开口，模壳自所述开口放入并容置于所述框型结构内。

7.根据权利要求1所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，所述加热体为两半式加热炉，所述两半式加热炉的两个半炉体分别对称位于模壳的高度方向的两侧。

8.根据权利要求7所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统，其特征在于，所述两半式加热炉的两个半炉体均连接有驱动机构，所述驱动机构用于带动所述半炉体沿远离或靠近模壳的方向移动，以实现两个所述半炉体的开合。

9.一种高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制方法，利用权利要求1-8任一项所述的高温合金调压精密铸造用模壳的温度控制系统实现，其特征在于，包括：

将模壳置于轨道小车上的第一模壳托架上，并将装载有模壳的轨道小车推入预热炉内进行预热；

模壳预热完成后，轨道小车运载模壳从预热炉转出；

轨道小车将模壳转移到第二模壳托架上；

模壳升降机构带动模壳至指定工作位置；

模壳加热装置通过加热体的热辐射对转运的模壳进行原位加热。