CN117226076A - 适用于真空浇注铸件的加压凝固装置和加压凝固方法 - Google Patents
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Abstract
适用于真空浇注铸件的加压凝固装置和加压凝固方法，适用于真空浇注铸件的加压凝固装置包含有真空熔铸炉、驱动机构、加压室；其中：加压室中包含有加压室炉壳、加压室密封板；加压室是能够独立加压的加压室，放置于一个真空熔铸炉内，加压室内的压力能独立控制，且不影响真空熔铸炉的真空状态。使用真空浇注铸件的加压凝固装置的加压凝固方法：首先将真空熔铸炉抽真空；将坩埚内金属熔化成金属液；将金属液浇注入铸型，并最终得到真空浇注加压凝固铸件。本发明涉及真空熔模精密铸造技术领域，本发明降低了真空加压设备的制造复杂程度，缩短了凝固压力的建立时间；减轻甚至消除母合金锭缩孔；综合技术效果优良。
Description
技术领域
本发明涉及真空熔模精密铸造技术领域，特别涉及一种适用于真空浇注铸件的加压凝固装置和加压凝固方法，其具体是能够增加真空浇注铸件凝固过程环境压力（凝固压力）的方法和装置。
背景技术
在真空熔模精密铸造技术领域，采用真空熔炼浇注设备浇注铸件，铸件成分控制精确，铸件夹杂少，常用于生产高温合金铸件、钛合金铸件及质量要求严格的铸钢件、铸铝件。在传统真空熔炼浇注过程中，铸件在真空条件下浇注结束后，需在真空中保持一定时间，才能破真空出炉。铸件在真空条件下保持期间，已经开始凝固，此时凝固压力仅为铸件冒口提供的静水压力。与在大气环境下浇注铸件相比，在真空环境下浇注的铸件在凝固开始时的冒口补缩压力要低一个大气压。若金属液体密度按7.2g/cm3计算，与一个大气压力等价的金属液柱高度约1.4米。因此，相对于大气条件下的铸件凝固过程，真空条件下凝固的铸件补缩压力低，补缩能力差。
针对此问题，真空浇注后，向浇注炉内加入气体以增加铸件的凝固补缩能力，成为一种通用手段（真空加压凝固），在方法过程和装置的设计方面各家均有所长。早在1988年，欧洲专利EP0293960A1就公布了一种向真空炉内通入惰性气体从而抑制铸件缩松的装置，该装置能够实现产品定向凝固过程的加压凝固。专利CN 106914606 A公开了一种铸造装置及工艺方法，该发明在熔铸炉中浇注铸件，然后将铸件转移到加压罐内加压凝固。CN211614215 U公布了一种铝合金真空浇注装置，铝合金熔化后，与铸型一起进入加压罐，然后进行真空浇注和加压凝固。前述专利均采用在真空熔铸炉（或加压室）作为加压室，铸件在真空熔铸炉浇注后，再向真空熔铸炉内通入高压气体，达到提高铸件凝固过程环境压力的目的。当设备和铸件较小时，因真空熔铸炉较小，这些方法能够实现快速加压。但是当真空熔铸炉较大时，前述方法建立压强时间长，加压对凝固补缩效果不明显、设备制造难度大、设备危险系数高。
发明内容
本发明提供了一种适用于真空浇注铸件的加压凝固装置和加压凝固方法，主要目的是解决传统真空熔铸炉浇注铸件凝本实施例固初期的补缩压力低的问题。与其它真空加压凝固相关专利的根本区别是：无需对整个真空室进行加压。其本质是一种能够用于增加真空浇注铸件凝固过程环境压力（凝固压力）的创新方法及配套的专用装置。
本发明的技术方案为：
适用于真空浇注铸件的加压凝固装置和加压凝固方法,该发明包括：一种真空熔铸铸件加压凝固装置和使用该装置的加压凝固方法。
本发明一种适用于真空浇注铸件的加压凝固装置，如图1、图2所示，其技术关键是：所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置包括真空熔铸炉1、驱动机构8、加压室10；真空熔铸炉1中包含有真空熔铸炉炉壳2，加压室10中包含有配合构成加压室10外部主要结构的加压室炉壳5、加压室密封板6；其中：加压室炉壳5布置在真空熔铸炉1的真空熔铸炉炉壳2内部；加压室密封板6能够在驱动机构8的作用下移动以便封闭或者打开加压室炉壳5；加压室10通过管路7与外部供压设备连接，为加压室10提供压力源；
核心创新点为：本发明中加压室10是能够独立加压的加压室10，放置于一个真空熔铸炉1内，加压室10内的压力能独立控制，且不影响真空熔铸炉的真空状态。区别于现有专利将加压室和真空炉体共用，真空熔炼时设备曾受大气压力，加压凝固时设备承受内部加压气体的压力，本发明简化了真空熔铸加压设备的制造过程。
本发明所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置，优选还要求保护下述技术内容：
所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置中还设置有放置于加压室10内的铸型4和砂箱11；
铸型4完成浇注后，关闭加压室密封板6，通过管路7对加压室10增压，此时，铸型4位于加压室内，铸型4内的钢水也处于压力环境中，钢水凝固过程的补缩压力已经建立。因此，避免了整个真空熔铸炉1的炉内增压；
铸型4和砂箱11放置于加压室10内，浇注后能够封闭加压室10，独立控制加压室10内的压力，从而影响其内铸件的凝固。而传统真空熔铸方法将铸型4和砂箱11直接放置于真空炉1内，浇注后真空散热冷却；现已公开的真空熔铸加压凝固方法直接对整个真空熔铸炉1内充入加压气体，而这样建立压力的时间长于本发明。
本发明还涉及适用于真空浇注铸件的加压凝固方法，其步骤和内容依次如下：使用如前所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置；
首先将真空熔铸炉1抽真空；待真空熔铸炉1内真空度到达制定值（如：1Pa）后，将坩埚3内金属熔化成金属液；
将金属液浇注入铸型4，之后立即启动驱动机构8，以保证加压密封板6能够封闭加压室炉壳5；通过管路7向加压室10内注入加压工质通常为不与合金反应的气体，可以是惰性气体，氮气，二氧化碳气，加压压力不低于0.3MPa，并保持至铸件凝固结束(凝固时间采用数值模拟预估，也可采用经验值）；
然后通过管路7泄压；打开真空熔铸炉1和加压室10，取出铸型4，得到真空浇注加压凝固铸件。
与其它真空熔铸方法及加压凝固方法相比，本方法的创新特点是：浇注后，本发明仅对加压室10加压，建立压力时间短，压力建立时铸件温度高，压力作用效果明显；同时，由于仅对加压室10加压，对真空熔铸炉1的要求相比现已公开的真空加压凝固方法，本发明无需改变原真空熔铸炉1的生产工况，能够应用于传统真空熔铸设备，使用本方法无需设计新的真空熔铸炉1。
本发明的有益效果为：
1.降低了真空加压设备（尤其是大型真空加压）的制造复杂程度，避免了真空加压熔铸设备既要承受负压又要承受正压的苛刻要求。
2.加压室体积小，缩短了凝固压力的建立时间。由于建立压力时间短，压力作用在铸件外表面时，铸件的温度高，压力补缩效果更明显。
3.本发明可用于传统单室或多室等轴晶真空熔铸炉。在传统的真空熔铸设备内，通过改装加压室，也能够实现加压凝固。适用于真空熔炼浇注的铸件生产制造，以增加铸件冒口的补缩能力，也可应用于真空熔铸母合金，减轻甚至消除母合金锭缩孔。
附图说明
图1为本发明所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置的构成原理示意简图之一；
图2为本发明所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置的构成原理示意简图之二。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
适用于真空浇注铸件的加压凝固方法，如图1、图2所示；单室真空炉操作。
金属原料装入坩埚3。先将铸型4和砂箱11放置于加压室10内，再将加压室炉壳5放置于真空熔铸炉1内，连接管路7。
关闭真空熔铸炉炉壳2，真空熔铸炉1抽真空，真空熔铸炉1真空度到达规定值后，坩埚3内金属熔化成金属液，将金属液9浇注入铸型4。立即启动驱动机构8，加压密封板6封闭加压室炉壳5，通过管路7向加压室10内注入加压工质，加压室10内压力维持在规定值并保持一定时间。
通过管路7泄压，打开真空熔铸炉1和加压室10，取出铸型4，得到真空浇注加压凝固铸件。
核心创新点为：本实施例中加压室10是能够独立加压的加压室10，放置于一个真空熔铸炉1内，加压室10内的压力能独立控制，且不影响真空熔铸炉的真空状态。区别于现有技术将加压室和真空炉体共用，真空熔炼时设备曾受大气压力，加压凝固时设备承受内部加压气体的压力，本发明简化了真空熔铸加压设备的制造过程。
铸型4和砂箱11放置于加压室10内，浇注后能够封闭加压室10，独立控制加压室10内的压力，从而影响其内铸件的凝固。而传统真空熔铸方法将铸型4和砂箱11直接放置于真空炉1内，浇注后真空散热冷却；现已公开的真空熔铸加压凝固方法直接对整个真空熔铸炉1内充入加压气体，而这样建立压力的时间长于本发明。
实施例2
适用于真空浇注铸件的加压凝固方法，多室真空炉操作。
金属原料装入坩埚3。关闭真空熔铸炉炉壳2，真空熔铸炉1抽真空，真空熔铸炉1真空度到达规定值后，坩埚3内金属熔化成金属液。
将铸型4和砂箱11放置于加压室10内，再将加压室炉壳5放置于真空熔铸炉1内，连接管路7。
将金属液9浇注入铸型4。立即启动驱动机构8，加压密封板6封闭加压室炉壳5，通过管路7向加压室10内注入加压工质，加压室10内压力维持在规定值并保持一定时间。
通过管路7泄压，打开真空熔铸炉1和加压室10，取出铸型4，得到真空浇注加压凝固铸件。
与其它真空熔铸方法及加压凝固方法相比，本方法中的特点是：浇注后，本实施例仅对加压室10加压，建立压力时间短，压力建立时铸件温度高，压力作用效果明显；同时，由于仅对加压室10加压，对真空熔铸炉1的要求相比现已公开的真空加压凝固方法，本实施例无需改变原真空熔铸炉1的生产工况，能够应用于传统真空熔铸设备，使用本方法无需设计新的真空熔铸炉1。
实施例3
一种适用于真空浇注铸件的加压凝固装置，如图1、图2所示，所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置包括真空熔铸炉1、驱动机构8、加压室10；真空熔铸炉1中包含有真空熔铸炉炉壳2，加压室10中包含有配合构成加压室10外部主要结构的加压室炉壳5、加压室密封板6；其中：加压室炉壳5布置在真空熔铸炉1的真空熔铸炉炉壳2内部；加压室密封板6能够在驱动机构8的作用下移动以便封闭或者打开加压室炉壳5；加压室10通过管路7与外部供压设备连接，为加压室10提供压力源；
核心创新点：本实施例中加压室10是能够独立加压的加压室10，放置于一个真空熔铸炉1内，加压室10内的压力能独立控制，且不影响真空熔铸炉的真空状态。区别于现有专利将加压室和真空炉体共用，真空熔炼时设备曾受大气压力，加压凝固时设备承受内部加压气体的压力，本实施例简化了真空熔铸加压设备的制造过程。
本实施例所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置中还设置有放置于加压室10内的铸型4和砂箱11；
铸型4完成浇注后，关闭加压室密封板6，通过管路7对加压室10增压，此时，铸型4位于加压室内，铸型4内的钢水也处于压力环境累，钢水凝固过程的补缩压力已经建立。因此，避免了整个真空熔铸炉1的炉内增压；
铸型4和砂箱11放置于加压室10内，浇注后能够封闭加压室10，独立控制加压室10内的压力，从而影响其内铸件的凝固。而传统真空熔铸方法将铸型4和砂箱11直接放置于真空炉1内，浇注后真空散热冷却；现已公开的真空熔铸加压凝固方法直接对整个真空熔铸炉1内充入加压气体，而这样建立压力的时间长于本实施例。
实施例4
一种使用如实施例3所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置的加压凝固方法，其步骤和内容依次如下：
首先将真空熔铸炉1抽真空；待真空熔铸炉1内真空度到达制定值（如：1Pa）后，将坩埚3内金属熔化成金属液；
将金属液浇注入铸型4，之后立即启动驱动机构8，以保证加压密封板6能够封闭加压室炉壳5；通过管路7向加压室10内注入加压工质通常为不与合金反应的气体，可以是惰性气体，氮气，二氧化碳气，加压压力不低于0.3MPa，并保持至铸件凝固结束(凝固时间采用数值模拟预估，也可采用经验值。
然后通过管路7泄压。打开真空熔铸炉1和加压室10，取出铸型4，得到真空浇注加压凝固铸件。
与其它真空熔铸方法及加压凝固方法相比，本方法的特点在：浇注后，本实施例仅对加压室10加压，建立压力时间短，压力建立时铸件温度高，压力作用效果明显；同时，由于仅对加压室10加压，对真空熔铸炉1的要求相比现已公开的真空加压凝固方法，本实施例无需改变原真空熔铸炉1的生产工况，能够应用于传统真空熔铸设备，使用本方法无需设计新的真空熔铸炉1。
Claims (4)
1.适用于真空浇注铸件的加压凝固装置，其特征在于：所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置包含有真空熔铸炉（1）、驱动机构（8）、加压室（10）；其中：真空熔铸炉（1）中包含有真空熔铸炉炉壳（2），加压室（10）中包含有配合构成加压室（10）外部主要结构的加压室炉壳（5）、加压室密封板（6）；其中：加压室炉壳（5）布置在真空熔铸炉（1）的真空熔铸炉炉壳（2）内部；加压室密封板（6）能够在驱动机构（8）的作用下移动以便封闭或者打开加压室炉壳（5）；加压室（10）通过管路（7）与外部供压设备连接，为加压室（10）提供压力源；
加压室（10）是能够独立加压的加压室（10），放置于一个真空熔铸炉（1）内，加压室（10）内的压力能独立控制，且不影响真空熔铸炉的真空状态。
2.按照权利要求1所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置，其特征在于：所述适用于真空浇注铸件的加压凝固装置中还设置有放置于加压室（10）内的铸型（4）和砂箱（11）；
铸型（4）完成浇注后，关闭加压室密封板（6），通过管路（7）对加压室（10）增压，此时，铸型（4）位于加压室内，铸型（4）内的钢水也处于压力环境中，钢水凝固过程的补缩压力已经建立；避免了整个真空熔铸炉（1）的炉内增压；
铸型（4）和砂箱（11）放置于加压室（10）内，浇注后能够封闭加压室（10），独立控制加压室（10）内的压力，从而影响其内铸件的凝固。
3.适用于真空浇注铸件的加压凝固方法，其特征在于：其步骤和内容依次如下：使用如权利要求1或2所述适用于真空浇铸铸件的加压凝固装置；首先将真空熔铸炉（1）抽真空；待真空熔铸炉（1）内真空度到达制定值后，将坩埚（3）内金属熔化成金属液；
将金属液浇注入铸型（4），之后立即启动驱动机构（8），以保证加压密封板（6）能够封闭加压室炉壳（5）；通过管路（7）向加压室（10）内注入加压工质，加压压力不低于0.3MPa，并保持至铸件凝固结束；
然后通过管路（7）泄压；打开真空熔铸炉（1）和加压室（10），取出铸型（4），得到真空浇注加压凝固铸件；
过程中仅对加压室（10）加压，确保压力作用效果明显。
4.按照权利要求3所述适用于真空浇注铸件的加压凝固方法，其特征在于：向加压室（10）内注入的加压工质为不与合金反应的气体，具体是以下几种之一：惰性气体，氮气，二氧化碳气。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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