CN115070005A - 一种真空感应熔炼离心铸造设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于离心铸造设备领域，具体公开了一种真空感应熔炼离心铸造设备，属于离心铸造设备领域，包括封装体机构、感应熔炼机构、离心机构和真空机构；封装体机构由炉盖、炉壁组成，内部包括装有铸锭的坩埚，以及通过浇道与坩埚底部相连的型壳，型壳装夹在炉壁上，炉壁上设有用于抽真空的电磁阀和与离心机快换接头相配合的机构，本发明在一台离心铸造机上借助多个封装体，使得抽真空和冷却凝固过程与感应熔炼和离心铸造过程得以同时进程，可以有效提高生产效率。其次通过设计不同封装体和更换铸锭，可在一台离心铸造机上实现多种铸件的生产，改善劳动条件，同时解决了复杂铸件充型困难和更换产品延误生产的问题。

Description

一种真空感应熔炼离心铸造设备

技术领域

本发明属于离心铸造设备技术领域，尤其是涉及一种真空感应熔炼离心铸造设备。

背景技术

目前形状复杂的镍基高温合金铸件如涡轮叶片、整体叶盘、涡轮机壳等普遍采用熔模铸造工艺制备，对于这类结构复杂、壁厚差异大的铸件，浇铸过程中常常出现缩松缩孔、偏析等缺陷，严重影响了铸件的质量和成品率。且由熔模铸造制备的此类铸件组织一般为粗大的柱状晶或树枝晶，晶粒平均尺寸往往大于4mm。铸造缺陷、粗大晶粒、以及组织、性能上的各项异性导致铸件使用过程中疲劳裂纹的产生和发展，严重恶化了铸件的疲劳性能，缩短了产品使用寿命。迫切需要开发高性能长寿命涡轮等铸件可实现本体细晶、致密组织的工艺成型方法。

离心铸造可借助铸型的高速旋转，使铸型内的金属液做离心运动充满铸型并形成铸件，有望成形本体细晶及致密的铸件，普遍用于生产铸管，以铸铁管、内燃机缸套和轴套等铸件，随着技术的发展，一些小型异形铸件，如小型阀门、电机转子、叶轮等也开始采用熔模铸造+离心浇注的方法进行生产。

目前生产常用的离心铸造机，如CN105397049A和CN113369453A公开的离心铸造设备，离心转盘多直接放置在真空腔内，使得真空腔室较大，需要较长的时间进行抽真空和破真空，且模壳的装夹十分麻烦。对于大批量生产的铸件，除了需要较长的时间抽真空和感应熔炼，熔炼效率低外，生产准备周期也很长，导致型壳降温，引起铸件浇不足等缺陷的产生，影响产品质量；其次，每炉生产都需要在铸造机上需完成预热-装夹-抽真空-熔炼-浇铸-冷却凝固-破真空取件-清洁真空腔的过程，生产周期长；同时为了保障生产效率，工人需在高温下对真空腔进行清洁，工人工作环境差。

除上述问题外，采用传统的立式离心铸造机生产复杂薄壁铸件时，由于铸件和模壳的复杂性多需要设计专属的夹具和装夹方式，导致同一台离心铸造机难以连续生产不同种类的产品。且多次更换夹具会降低离心盘的寿命，导致离心动平衡稳定性下降。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种真空感应熔炼离心铸造设备。

本发明完整的技术方案包括：

一种真空感应熔炼离心铸造设备，包括封装体机构、感应熔炼机构、离心机构和真空机构；

所述封装体机构包括真空离心铸造室，所述真空离心铸造室包括炉盖和炉壁；真空离心铸造室内设有旋转体，旋转体上方设有坩埚；所述坩埚为一次性坩埚，坩埚底部设有金属液浇铸所需的预开孔，坩埚通过有预开孔的底部依次与浇道和模壳相连，形成一体式坩埚模壳；

所述旋转体用于固定一体式坩埚模壳并传导离心力实现离心浇铸，包括旋转盘、模壳托板和模壳压板架；旋转盘上设有模壳托板，模壳托板用以承载模壳，模壳上方通过模壳压板架固定；模壳为水平方向设置；

所述离心机构包括离心转轴和快换接头，离心转轴通过快换接头与旋转体连接；

快换接头包括外磁体和内磁体，外磁体与离心转轴相连，能够实现离心转轴与封装体的拆卸并传导离心力，内磁体与旋转体固定相连，与外磁体磁性连接，共同组成快换接头；

所述感应熔炼机构设于封装体机构上方；所述真空机构与封装体机构相连。

所述真空机构包括电磁阀和真空泵，真空离心铸造室通过电磁阀连接真空泵。

所述感应熔炼机构包括感应熔炼线圈，感应线圈连接超频感应电源。

所述离心转轴与离心电机相连，为设备提供离心力。

在离心铸造前，完成第一组封装体机构的封装并安装于离心转轴上。

在第一组封装体机构进行铸造过程中完成下一组封装体机构的封装。

从离心转轴上拆下第一组封装体机构进行冷却，冷却过程中将封装好的下一组封装体机构安装于离心转轴上。

坩埚内装有金属铸锭。

本发明相对于现有技术的优点在于：

1. 采用封装体的设计，实现在一台离心铸造设备通过多个封装体保证抽真空、感应熔炼、离心铸造、冷却凝固过程的同时进行，极大地提高了生产效率。同时，封装体的设计减小了真空腔室的体积，可以实现真空的快速抽取，极大程度缩短了离心铸造生产准备时间，避免了型壳降温导致浇不足的问题产生。

2.由与旋转体连接的内磁体和与离心转轴连接的外磁体共同组成了快换接头，采用磁耦合原理，实现主动轴与从动轴之间不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，并可将动密封化为静密封，实现零泄漏同时也实现了封装体机构和离心转轴的快速装夹和拆卸。

3.通过对不同封装体的设计，避免了在离心铸造机上更换夹具困难的问题，实现了一台离心铸造设备可以高效连续生产多种产品。特别适用于高效连续生产涡轮、叶轮和金属生物关节等复杂薄壁铸件。

附图说明

图1为本发明真空感应熔炼离心铸造设备的正面视图。

图2为本发明封装体机构的组装视图。

图3为本发明封装体机构抽真空时的结构视图。

图4为旋转体机构正面视图。

图5为旋转体机构俯视图。

图中：1-红外温度计；2-感应线圈；3-透明观察室；4-铸锭；5-炉盖；6-炉壁；7-外磁体；8-坩埚；9-旋转体；10-电磁阀；11-离心转轴；12-真空泵；13-弹簧滑轨；14-滑轨接口；15-旋转盘；16-定位销钉；17-模壳托板；18-模壳压板架；19-内磁体；20-模壳。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅作为例示，并非用于限制本次申请。

如图1-5所示，本发明公开的一种真空感应熔炼离心铸造设备，包括封装体机构、感应熔炼机构、离心机构和真空机构；

所述封装体机构包括真空离心铸造室，真空离心铸造室由炉盖5和炉壁6组成；真空铸造室内设有旋转体9，旋转体9上方设有坩埚8，坩埚8内装有金属铸锭4；所述坩埚8为一次性坩埚，底部设有金属液浇铸所需的预开孔，带有预开孔的底部通过浇道与模壳20相连，并和模壳构成用于固定一体式坩埚模壳。

旋转体9用于固定一体式坩埚模壳并传导离心力实现离心浇铸，包括旋转盘15、定位销钉16，模壳托板17、模壳压板架18和模壳20，旋转盘15上设有模壳托板17，模壳托板17用以承载模壳20，模壳20上方通过模壳压板架18固定。定位销16钉设于旋转盘15上，模壳压板架18上设有销孔，共同用于模壳压板架18与旋转盘15的水平方向定位和固定。模壳压板架18上设有弹簧滑轨13，旋转盘15上设有滑轨接口14，离心旋转时，弹簧滑轨13进入滑轨接口14，用于模壳压板架于旋转盘的垂直方向定位和固定；模壳20通过浇道与坩埚8相连，模壳20为水平方向设置，可最大程度上利用离心力进行金属液的充型。

所述真空机构包括电磁阀10和真空泵12，真空离心铸造室通过电磁阀10连接真空泵12。

所述离心机构包括离心转轴11和快换接头，所述离心转轴11与离心电机相连，为设备提供离心力；快换接头包括外磁体7和内磁体19，外磁体7与离心转轴11相连，可以实现离心转轴与封装体的快速拆卸并传导离心力，内磁体19与旋转体9固定相连，与外磁体19磁性连接，共同组成快换接头。

所述感应熔炼机构包括固定在坩埚8外的透明观察室3，用于观察铸锭在感应熔炼过程中的状态变化，透明观察室3外部设有可上下移动的感应线圈2，感应线圈2连接大功率超频感应电源，通过感应线圈2的上下移动为感应熔炼不同阶段提供所需的热量，进而实现铸锭4从上至下、从外至内的感应熔炼过程；感应熔炼机构顶部设有红外温度计1，所述红外温度计1用于监测坩埚内铸锭和金属液的温度；

真空感应熔炼离心设备通过离心电机为离心转轴11提高动力，离心转轴11通过快换接头机构连接封装体机构，并将离心力传导给封装体机构。设备达到离心浇铸所需速率（400-1000r/min）仅需3-5s，通过借助由外磁体7和内磁体19组成的快换接头实现封装体和离心转轴11的装夹和拆卸。

生产时，从电阻炉中取出预热好的通过浇道相连接的一体式坩埚模壳，将铸锭4放于坩埚8内，并一起固定于透明观察室3内，通过模壳托板17、弹簧滑轨13和带滑轨接口14的旋转盘15、定位销钉16和带定位销孔的模壳压板架18将带有铸锭4的一体式坩埚模壳固定在旋转体9中，旋转体9通过由连接旋转体9的内磁体19和连接离心转轴11的外磁体7两部分组成的快换接头固定在炉壁6内，盖上炉盖5完成封装。

将真空泵12与封装体上电磁阀10连接后，启动真空泵12，在真空度≤1MPa时关闭电磁阀10，借助快换接头将封装体与离心转轴11连接，启动超频感应电源，通过红外温度计1实时监测铸锭4熔炼过程中的温度变化，当铸锭4温度接近熔点时，启动离心转轴11并控制感应线圈2下移，铸锭4从上到下从外向内完全熔化后从坩埚8底部流入浇道内，在离心力作用下流入模壳20中。离心浇铸完成后取下密封体真空冷却，后取出铸件。

该封装体冷却的同时可将连接其它预处理好的封装体与离心转轴11连接继续熔炼-浇铸过程，提高生产效率，缩短生产周期，实现不同产品的连续生产。

感应线圈的向下移动速度按如下方式控制以获得合适的浇注温度：

式中，

为线圈向下移动速度，单位为m/s；

为线圈加热功率，单位为W；

为线圈的移动行程，单位为m；

为铸造所用合金换算后的相变潜热，单位为J/Kg；

为铸造所用合金的浇注过热度，单位为℃；

为铸造所用合金的液态比热容，单位为J/(Kg·℃)；

为铸锭质量，单位为Kg；

为加热损耗系数，取值范围为0.3~0.9。

上述移动控制方式解决了铸锭不能充分熔化或浇注温度的问题，可以获得合理的浇注温度，充型充分，使铸件细晶化，避免了欠浇、缩孔缩松等缺陷。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，包括封装体机构、感应熔炼机构、离心机构和真空机构；

所述封装体机构包括真空离心铸造室，所述真空离心铸造室包括炉盖和炉壁；真空离心铸造室内设有旋转体，旋转体上方设有坩埚；所述坩埚为一次性坩埚，坩埚底部设有金属液浇铸所需的预开孔，坩埚通过有预开孔的底部依次与浇道和模壳相连，形成一体式坩埚模壳；

所述旋转体用于固定一体式坩埚模壳并传导离心力实现离心浇铸，包括旋转盘、模壳托板和模壳压板架；旋转盘上设有模壳托板，模壳托板用以承载模壳，模壳上方通过模壳压板架固定；模壳为水平方向设置；

所述离心机构包括离心转轴和快换接头，离心转轴通过快换接头与旋转体连接；

快换接头包括外磁体和内磁体，外磁体与离心转轴相连，能够实现离心转轴与封装体的拆卸并传导离心力，内磁体与旋转体固定相连，与外磁体磁性连接，共同组成快换接头；

所述感应熔炼机构设于封装体机构上方；所述真空机构与封装体机构相连。

2.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，所述真空机构包括电磁阀和真空泵，真空离心铸造室通过电磁阀连接真空泵。

3.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，所述感应熔炼机构包括感应熔炼线圈，感应线圈连接超频感应电源。

4.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，所述离心转轴与离心电机相连，为设备提供离心力。

5.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，所述封装体机构有多组，在离心铸造前，完成第一组封装体机构的封装并安装于离心转轴上。

6.根据权利要求5所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，在第一组封装体机构进行铸造过程中完成下一组封装体机构的封装。

7.根据权利要求6所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，在离心铸造后，从离心转轴上拆下第一组封装体机构进行冷却，冷却过程中将封装好的下一组封装体机构安装于离心转轴上。

8.根据权利要求7所述的一种真空感应熔炼离心铸造设备，其特征在于，坩埚内装有金属铸锭。

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