CN201603845U - 鱼雷舱体铸件电磁成型铸造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种铸造设备，特别是涉及到鱼雷舱体铸件的铸造设备。我国一直采用手工砂型加压的传统工艺来生产这种铸件，目前与国外差距较大。本工作采用电磁成型铸造法，彻底取消了砂型，彻底改变了原工艺的凝固方式，实现了连续定向凝固。本工作取得的主要有益效果在于提高了铸件的机械性能及冶金质量，在于能得到超细柱晶组织。本工作的主要特征在于中心型芯上有横竖沟槽及园坑，其外形及尺寸能形成某型号铸件内表面特殊的几何形状，安装在引出底模之上。

Description

鱼雷舱体铸件电磁成型铸造设备

所属技术领域：

本实用新型涉及到一种铸造设备，特别是涉及到鱼雷舱体铸件的铸造设备。

背景技术：

鱼雷舱体铸件，其外表面为光滑圆柱面，内表面上分布有横竖加强筋、圆台、棋子等。通常为了安装与加工方便，把它分成若干段，称为舱段，其外径为300-800mm，厚度为3-8mm，长度为300-3000mm。导弹舱也属同类铸件。这类铸件通常由轻合金制成，要求高机械性能及高冶金质量，一般铸造方法均不能胜任。目前国内外均采用砂型差压铸造法来生产，生产时先用手工制作一个中心砂芯，然后再制作外砂型，套装在中心砂芯之外使两者之间形成8mm宽的型腔，再用压力把液态轻合金从底部压入型腔中，压力保持一定时间，使铸件在压力下结晶凝固。由上所述可见，其生产方式是比较原始的，在力学性能及冶金质量方面与国外均有较大差距。

本工作拟用电磁成型铸造技术改善鱼雷舱体铸造质量，电磁成型铸造技术是前苏联发明的，已有40多年的历史，目前世界各国用此新技术进行大规模工业生产，除圆柱形铸锭外生产了如：汽轮机叶片、管件、薄壁板件等，但在武器方面还未见报道。在生产管材方面有美国专利No.4567936Issued Feb4.1986、英国专利GB2275634、苏联专利SU537694。对于制管专利来说主要的是感应器和中心型芯，前者是形成外表面的部件，后者是形成内表面的部件。上述美国专利的电磁感应器是简单的单匝感应器，英国专利GB2275634的电磁感应器比较复杂，它们是在原来的高频电磁感应器的基础上又加上一个圆筒状直线电机，前者起成型作用，后者提供一个向上的电磁场起悬浮作用，所以GB2275634专利的名称是金属电磁悬浮铸造(Metal casting employ electromagneticlevitation)。另外还有水冷铜坩埚电磁感应器。由上可见能铸出圆柱形铸件的电磁感应器种类繁多、作用相同，都是对液体金属施加电磁力，维持其液体圆柱面。以上各种电磁感应器均能适用于本工作。但是以上各种圆管形专利的中心型芯与本工作的中心型芯是迥然不同的，如：上述美国专利(No4567936IssuedFeb.4.1986)的中心型芯是一个固定的光滑金属短管。GB2275634与Su537694的中心型芯是固定而短的电磁型芯，所谓短是指它与生产的产品相比是极短的。本工作的中心型芯(5)是完全不同的，原因在于管材是型材，其表面都是规则的光滑的圆柱面及内圆柱面，而本工作的产品是异型铸件，其外表面是规则光滑的圆柱面，而内表面上有凸起的加强筋及圆台、棋子等不规则形状，因而本工作的型芯外表面上有横竖沟槽及园坑以便形成铸件上的加强筋、圆台及棋子等。型芯与铸件是镶嵌在一起的，它必须是一次性使用的非金属材料制成，它必须稍长于铸件。

发明内容：

为了克服上述手工砂型差压铸造法产品质量不高的缺点，本实用新型提出一种铸造设备，本设备能取消砂型，实现无铸模铸造且实现定向凝固。依靠电磁力来约束液体金属，使之成型为铸件的外圆柱面。电磁力来源于围绕在液态金属之外的电磁感应器上的一次电流I₁和液态金属表面上的涡流I₂的相互作用。舱体的内表面仍用原来的中心型芯成型。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

一、提出鱼雷舱体电磁铸造设备。鱼雷舱体电磁铸造设备由引出底摸、外喷水环、一种电磁感应器、浇口盘、中心型芯、内喷水环、给料电磁泵及液面传感器组成。其特征在于中心型芯之外表面上有横竖沟槽及圆坑，以形成鱼雷舱段内表面上的加强筋及圆台、棋子等。

二、其中心型芯是一个精密铸造空心薄壳型芯，是一次性使用的非金属型芯。

三、中心型芯是安插在引出底模上的，当金属浇入浇口盘中时，同时进入感应器中，并围绕在中心型芯之外。当感应器中通入中频或高频电流时(100KHZ、100KW)，液态合金在电磁力的作用下离开电磁感应器一定距离，形成一小段圆管状电磁成型舱段。

四、中心型芯内安装有内喷水环，其外有外喷水环。当上述舱段形成时，内外喷水环同时喷水，首先冷却了引出底模，当引出底模向下方引出时，液态金属舱段被逐层冷却形成铸件，实现了电磁成型连续定向凝固铸造。这样，就彻底的改变了原工艺的砂型铸造法及其凝固方式。

五、中心型芯与铸件是镶嵌在一起的，它必须稍长于铸件。

六、图1所绘电磁感应器为单匝电磁感应器。对用于圆柱形铸锭的电磁感应器除上述之外，尚有水冷铜坩埚电磁感应器及软接触电磁感应器等等对本工作同样可以采用，见图2、图3。

七、把图1中之单匝电磁感应器用软接触电磁感应器代替，其余部件不变组成软接触电磁成型铸造设备，见图2。

八、把图1中的电磁感应器用水冷铜坩埚电磁感应器代替，其余部件不变，组成水冷铜坩埚电磁成型铸造设备，见图3。

本工作将取得如下积极成果：①铸件凝固前后其外表面不与任何固体物质相接触，只接触空气和水等流体，故当其凝固后表面很光洁，可达▽₇；②铸件晶粒由于电磁力的搅拌作用及快速定向冷却而成为超细柱晶组织，同时也细化了枝晶间距，减少了化学成分的偏析；③由于组织的改善也使其机械性能得到大幅度的提高；④连续定向凝固完全杜绝了各种铸造缺陷，如：气孔、缩松、缩孔、夹杂等；⑤在厚度为8mm条件下，可满足各种设计长度要求；⑥省去了砂型，因而省去型砂原材料的准备工序、模具制备工序、造型工序等等。而代之以永久性的电磁感应器[即一个电磁感应器可以生产很多个铸件]，因而简化了工艺过程，降低了成本。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本工作进一步的说明：

图1是第1实施例，其特点在于采用了普通的单匝电磁感应器。

图2是第2实施例，其特点是采用软接触电磁成型铸造法。

图3是第3实施例，其特点在于采用了水冷铜坩埚电磁成型铸造法。

图中1.引出底模，2.外喷水环，3.一种电磁感应器，4.浇口盘，5.中心型芯，6.绝热保温层，7.液态合金，8.内喷水环，9.排水孔，10.液态金属给料电磁泵末端导管，11.液面感传器。

具体实施方式：

在图1中引出底模(1)为铸铝件再经机械加工而成，其下面的圆锥插装在引出机构上，后者可带动它做上下直线匀速运动。外喷水环(2)为紫铜管制成的圆环，其内侧钻有小孔以便向内部的引出底模及舱体铸件上喷洒冷却液，冷却液可采用-20℃之盐水或其他冷却介质，以便强制铸件下部冷却。单匝电磁感应器(3)为紫铜板焊接的矩形截面中空圆环，工作时通入高频电流(100KH_Z、100KW)，为了避免发热在其管内通入室温冷却水。浇口盘(4)为浇铸液态金属装置，是耐火纤维与耐火材料制成。中心型芯(5)为形成舱段内表面的模型，其外表面上有横竖沟槽及园坑以便形成舱段内表面上的加强筋、圆台及棋子等，是精密铸造中空薄壳型芯，用硅酸乙酯水解液及高铝细粉调制的浆料及氧化铝骨料制成。绝热保温层(6)由硅酸铝耐火纤维板及精密铸造浆料制成，粘在感应器(3)上，以避免液态金属凝固于其上。液态合金(7)是铸造合金，必须平稳地浇铸于浇口杯(4)中，要避免冲击，而且必须控制在一定的水平高度。内喷水环(8)是紫铜管制成的圆环，安装在型芯(5)内部，其外侧钻有数排小孔以便向薄壳型芯上喷洒冷却液(-20℃盐水)以加速液态金属冷却，其安装水平高度，相当于外喷水环(2)的高度。液态金属给料电磁泵末端导管(10)安插入液态金属水平面之下，当铸件被向下不断以1-3mm/秒速度拉出时，水平面不断下降，电磁泵(10)不断给料，以维持液态金属(7)水平面保持在一定高度。液面感传器(11)安装在液面之上的某一位置，其目的在于控制液面的高度。当电磁泵不断给料使液面上涨到接近于感传器(11)一定距离时，它便发出信号至电磁泵，使其停止给料，当停止给料指令发出后一定延时后，当液面下降到某一高度后，它便发出信号让电磁泵恢复给料。电磁泵及传感器就是这样持续操作达到保持金属液面动态稳定在一定高度的目的。

设备操作过程：一、把设备安装如图1所示，即把中心型芯(5)安插于引出底模(1)之上，然后再开动引出底模(1)由下而上插入单匝感应器(3)一定深度，并使之密封(即不漏液态合金)。二、通过电磁泵末端导管(10)及液面感传器(11)把液态金属合金浇入浇口盘(4)中并使之保持在一定深度，则液态金属进入感应器(3)与中心型芯(5)组成的型腔中。三、向电磁感应器(3)输入高频电流(或中频电流)，则液态金属(7)受到电磁推力，脱离绝热保温层(6)，形成一小段电磁成型的舱段。四、开动外喷水环(2)与内喷水环(8)喷出-20℃冷却盐水，使铝制引出底模被冷却并进一步冷却了液态合金，结果液态合金之底部凝固一层“固态金属”。五、开动引出机构把引出底模(1)以1-3mm/秒速度向下方牵引，则内外喷水环喷出的冷却液逐渐冷却到上部的液态金属，使引出底座上的“固态金属”逐渐向上成长为舱段，实现了电磁成型连续定向凝固。

在图2(第2实施例)中，采用了软接触电磁感应器取代了图1中(实施例1中)之单匝电磁感应器，其目的是为了拓宽专利的应用范围。因为如前所述：“凡是管件及圆柱状铸锭的电磁感应器都是和中心铸件产生劳伦斯力，借以维持中心铸件呈圆柱形站立，均能适用于本专利”。更何况软接触电磁感应器常被用于铸钢锭的电磁铸造(见文献[1])。故而它完全可以被用来代替单匝电磁感应器。然而所谓软接触电磁感应器与单匝电磁感应器的主要区别在于感应器的里面还有一个铸型，液体金属在铸型及感应器的电磁力的双重约束下成型，因而它比单纯的电磁感应器的电磁力的约束下成型更稳定，比只有铸型约束下成型更光洁。然而对铸型的要求是既透磁又导热性强，本工作采用低电导率石墨作为铸型材料，见文献[2]。把低电导率石墨铸型(23)用精车加工好，如图2粘结在感应器之内壁上。图1中其他部件一律不变。

设备操作过程：

一、把设备如图2安装好，浇入液态合金。

二、开动内外喷水环(2、8)。

三、开动引出机构带动引出底模(1)向下方以1-3mm/秒速度引出。

在图3(第3实施例)中，把图1中之普通单匝感应器(3)更换为水冷铜坩埚电磁感应器(24)，其他一律不变，就形成了图3所示的设备。水冷铜坩埚电磁感应器的结构由两部分组成，即：感应圈(24A)与圈内的分瓣水冷铜坩埚(24B)组成。感应圈(24A)为紫铜螺旋管，其中通以高、中频电流及冷却水，分瓣水冷铜坩埚中分成若干瓣，每一瓣均通冷却水。水冷坩铜埚结构具有透磁和聚能的作用，它使感应电磁场的能量集中于坩埚容积空间中，形成很高的磁流密度，产生Kg级的悬浮能力，见文献[3]、[4]。分瓣之间隙用非金属糊住，当液态金属被浇入电磁感应器之中时，液态合金落在引出底模(1)之上，围绕在中心型芯(5)之周围，被四周电磁推力作用形成圆柱面，因而就形成了一小段舱体。当引出底模下降时，电磁泵(10)不断的供给液态金属，下面的舱段不断的延长，并被强制冷却，形成连续定向凝固铸件。

参考文献：

1、软接触结晶器外连铸坯施加高频电磁场的基础研究。《铸造》Vol 49 No5 May 2000 P257。

2、浅井滋生 磁气压を利用すゐ材料处理プロ

第129/130回。西山纪念技术讲座-电磁气力を利用レ

チリアルプロセミニダ[M]，日本名古屋：日本钢铁协会1989，53-57。

3、《电磁冶金学》冶金工业出版社 P277 韩志成著。

4、水冷坩埚悬浮熔炼过程电磁场数值分析[I]。《中国有色金属学报》1997年3月(第7卷增刊1)。

Claims (8)

1.鱼雷舱体铸件电磁成型铸造设备由引出底模、外喷水环、一种电磁感应器、浇口盘、中心型芯、内喷水环、给料电磁泵及液面感传器组成，其特征在于中心型芯之外表面上有横竖沟槽及园坑，以形成鱼雷舱段内表面的加强筋及圆台、棋子等。

2.根据权利要求1所述的设备其特征在于：其中心型芯是个精密铸造空心薄壳型芯，是一次性使用的非金属型芯。

3.根据权利要求1所述的设备其特征在于：中心型芯安插在引出底模上。

4.根据权利要求1所述的设备其特征在于：中心型芯内安装有内喷水环。

5.根据权利要求1所述的设备其特征在于：其中心型芯与铸件是镶嵌在一起的，它必须稍长于铸件。

6.根据权利要求1所述的设备其特征在于：其电磁感应器是单匝电磁感应器。

7.根据权利要求1所述的设备其特征在于：其电磁感应器是软接触电磁感应器。

8.根据权利要求1所述的设备其特征在于：其电磁感应器是水冷铜坩埚电磁感应器。

Images