CN220717731U - 一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，包括：真空炉体；水冷铜坩埚，设置于真空炉体内部；感应圈，且环绕在水冷铜坩埚的外周；坩埚倾翻装置，用于倾翻水冷铜坩埚；立式离心铸造机，位于水冷铜坩埚的下方；立式离心铸造机包括：离心盘装置，设置于真空炉体内部；模具装置，设置于真空炉体内部，且安装于离心盘装置上；电机装置，安装于真空炉体的下面，通过传动装置与离心盘装置传动连接。本实用新型利用悬浮熔炼技术消除了坩埚材料对熔池的污染，可用于制备多种高端材料，配备立式离心铸造机使设备可以用于制备高端材料的精密铸件；制备的铸件纯度高，成分均匀，材质致密，无缩孔、孔隙、疏松、裂纹等冶金缺陷。

Description

一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备

技术领域

本实用新型涉及熔炼铸造设备技术领域，具体涉及一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备。

背景技术

悬浮熔炼是最先进的材料制备技术之一，该技术消除了坩埚材料对熔池的污染，可用于制备多种高端材料，在钛和钛合金熔炼、稀有稀土金属和合金熔炼、高温合金熔炼以及其它高端材料的熔炼工作中都具有重要作用。

悬浮熔炼设备的重要应用之一是制备高端材料的精密铸件，该设备需要在悬浮熔炼设备中配备离心铸造机。例如，为制备钛合金精密铸件在悬浮熔炼设备中配备的装有膜壳的离心铸造机，在大多数情况下，在一个熔炼炉次中需要制备多个精密铸件，在这种情况下，离心铸造机需要配备离心盘，在离心盘上安装多个模具或膜壳，在将金属液通过浇杯和浇道注入这些模具或膜壳的过程中，离心盘带动这些模具或膜壳高速旋转，从而得到了材质致密的精密铸件的坯料。

从原理上来说，离心盘的转速越高，在模具或膜壳中形成的坯料的材质越致密，转速高低是离心铸造效果的关键因素。但是，转速增加会增大离心盘的震动，转速过大甚至会使离心盘失稳，使整个设备产生严重摇晃。当离心盘的直径较大时，这个问题会更加严重。

因此，如何提供一种能够提高离心盘在旋转过程中的稳定性的配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，成为离心铸造领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型设计了一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，设备由电机装置、传动装置、离心盘装置和模具装置等部分组成。为离心盘装置设置了辊道盘和压盘环，利用其能减轻离心盘在高速旋转的过程中产生的震动，保持旋转中的离心盘的稳定性，使离心铸造过程能获得更高的转速。

本实用新型提供了一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，包括：

真空炉体；

水冷铜坩埚，设置于真空炉体内部；

感应圈，设置于真空炉体内部，且环绕在水冷铜坩埚的外周；

坩埚倾翻装置，用于倾翻水冷铜坩埚，使得水冷铜坩埚中的金属液注入模具；

立式离心铸造机，位于水冷铜坩埚的下方；

其中，立式离心铸造机包括：

离心盘装置，设置于真空炉体内部；

模具装置，设置于真空炉体内部，且安装于离心盘装置上；

电机装置，安装于真空炉体的下面，通过传动装置与离心盘装置传动连接。

进一步的，真空炉体的炉底设置有安装筒，且安装筒的轴线与真空炉体的轴线平行，其中，安装筒包括：

筒身，安装于炉底的下端，且与真空炉体连通；

法兰，设置于筒身的下端，传动装置安装于法兰。

进一步的，传动装置包括：

密封座，安装在法兰上，其下端安装有轴承和动密封；

轴承盖，安装在密封座的下端面；

传动轴，穿过轴承和动密封伸入真空炉体的内部，上端与离心盘装置传动连接，下端与电机装置传动连接。

进一步的，离心盘装置包括：

辊道盘，固定安装于炉底的上端面，其上表面加工有若干圈凹槽形的同心圆辊道，且在同心圆辊道中安装有若干滚动体；

离心盘，呈盘状结构，且离心盘通过滚动体坐设在辊道盘上，辊道盘的直径大于离心盘，离心盘的中心设有与传动装置的传动轴结合的连接机构；

模具座，安装于离心盘的上表面开设的若干圈同心布置的环形安装槽内，模具装置安装于模具座；

其中，连接机构配置为：传动轴利用该连接机构带动离心盘旋转，但是不承受离心盘的重量，离心盘的重量由辊道盘承担。

进一步的，传动轴的端部设置有凸起的键台，离心盘中心设置有与键台24配合的凹下的键槽。

进一步的，离心盘装置还包括压盘环，其包括：

环座，固定安装于辊道盘的上端面，且其环绕离心盘安装于辊道盘21的边缘处；

环圈，设置于环座的上端面，其内径小于离心盘的外径，且环圈的下端面与离心盘的上端面间距配合；

环箍，呈环形结构，位于环圈与离心盘的边缘之间，且环箍可升降地安装于环圈，沿着环圈的周向均匀地安装有若干第二滚动体。

进一步的，通过安装在环圈上的螺钉顶压环箍，以将环箍中的第二滚动体压在离心盘的边缘上。

进一步的，在离心盘的下端面，在与辊道盘的同心圆辊道相对应的位置处，加工有与同心圆辊道直径相匹配的凹槽形第一辊道；

在离心盘的上端面的边缘处与环箍对应的位置处，加工有与环箍直径相匹配的凹槽形的第二辊道。

进一步的，模具装置包括：

模具或膜壳，固定安装在模具座上，其内腔按照所要制作的精密铸件的形状和尺寸制备；

浇杯，通过浇道与模具或膜壳连通，金属液通过浇杯和浇道注入模具或膜壳。

进一步的，电机装置包括：

电机；

减速机，其输入端与电机传动连接，输出端与传动轴连接；

控制器，用于对电机的转速做无级调速。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1、本实用新型利用悬浮熔炼技术消除了坩埚材料对熔池的污染，可用于制备多种高端材料，配备立式离心铸造机使设备可以用于制备高端材料的精密铸件；制备的铸件纯度高，成分均匀，材质致密，无缩孔、孔隙、疏松、裂纹等冶金缺陷。

2、离心铸造机的模具位于真空室中，铸造过程在真空或充入惰性气体的环境中完成，排除了在铸造过程中开启对产品的氧化作用。

3、离心机的传动轴与离心盘之间的结合为非紧固式的结合，传动轴对于离心盘只起推动旋转的作用，不承受重量，所以，离心机的震动和摆动不会引起离心盘跟随发生震动和摆动。

4、离心盘的重量由安装在其下面，牢固地安装在炉体底板上的辊道盘承受，所以，离心盘在旋转时获得了牢固的基底作为依托，免除了装在传动轴上以头重脚轻的方式旋转所引起的不稳定性，提高了离心盘在高速旋转时的稳定性，降低了噪音；在离心盘上面设置的压盘环压住离心盘的边缘，进一步消除了离心盘在旋转过程中的震动。

5、离心盘在辊道盘和压盘环中旋转时，界面之间的转动体在辊道中转动，形成了滚动摩擦，这减小了摩擦力，更加提高了离心盘旋转的稳定性。

6、由于离心盘旋转的稳定性获得大幅度提高，所以，它的旋转速度可以增大，铸件的材质能得到改善，这对于大尺寸离心盘具有更加重要的作用。

附图说明

图1为配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备结构图；

图2为电机装置和传动装置结构图；

图3为离心盘装置结构图；

图4为传动轴与离心盘相结合的一种结构图。

附图标记：水冷铜坩埚1，感应圈2，真空炉体3，坩埚倾翻装置4，炉底5，筒身6，法兰7，电机装置8，传动装置9，离心盘装置10，模具装置11，电机12，减速机13，控制器14，传动轴15，轴承16，轴承盖17，动密封18，密封座19，离心盘20，辊道盘21，压盘环22，模具座23，键台24，键槽25，环形安装槽26，同心圆辊道27，滚动体28，环座29，环圈30，环箍31，螺钉32，模具或膜壳33，浇杯34，浇道35，第二滚动体36，第一辊道37，第二辊道38。

具体实施方式

结合附图1所示，本实施方式提供了一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，包括悬浮熔炼设备和立式离心铸造机。

具体而言，悬浮熔炼设备包括水冷铜坩埚1、感应电源、感应圈2、真空炉体3、真空-充氩系统、坩埚倾翻装置4、水冷系统以及控制系统。

其中，水冷铜坩埚1以及环绕在水冷铜坩埚1外周的感应圈2安装在真空炉体3中，真空-充氩系统对真空室2抽真空之后，感应电源输出的高频电流在感应圈2中产生电磁场，加热水冷铜坩埚1中的物料，物料熔化后，使用坩埚倾翻装置4倾翻水冷铜坩埚1，使得水冷铜坩埚1中的金属液注入模具。坩埚倾翻装置4的倾翻速度和倾翻角度可以控制，其驱动结构可以采用电机-齿轮结构、液压结构和气动等结构。

水冷系统向水冷铜坩埚1、感应圈2、真空炉体3、真空-惰性气体系统、感应电源供应冷却水，保护这些设备。在对真空室2抽真空之后，真空-充氩系统可以向真空炉体3充入保护性气体，例如氩气。控制系统可以配备PLC模块，对设备的运行进行自动控制。

为了装配离心铸造机，需要在真空炉体3的炉底5设置安装筒，其中，安装筒包括筒身6和法兰7，且安装筒的轴线与真空炉体3的轴线平行。筒身6安装于炉底5的下端，且与真空炉体3连通；法兰7设置于筒身6的下端，离心铸造机中的传动装置9安装于法兰7。

请继续参阅图1，离心铸造机包括电机装置8、传动装置9、离心盘装置10和模具装置11。其中，在离心盘装置10上安装模具装置11，在将金属液注入模具装置11的过程中，电机装置8通过传动装置9带动离心盘装置10，进而带动模具装置11的模具或膜壳33高速旋转，从而得到了材质致密的精密铸件的坯料。

具体而言，如图2所示，电机装置8安装于真空炉体3的下面，其包括电机12、减速机13以及控制器14组成，电机12通过减速机13与传动装置9传动连接。其中，电机12可以采用不同类型的电机，例如交流电机或伺服电机等；减速机13用于降低电机12输出的转速；电机控制器14用于对电机12的转速做无级调速，对于交流电机采用变频器，对于伺服电机采用专用的控制器。

请继续参阅图2，传动装置9包括传动轴15、轴承16、轴承盖17、动密封18以及密封座19。密封座19安装在炉底5的安装筒的法兰7上，其下端安装有轴承16和动密封18，轴承盖17安装在密封座19的下端面，以便顶住轴承16。传动轴15穿过轴承16和动密封18伸入真空炉体3的内部，上端与离心盘装置10中心的连接机构连接。

可以理解的是，传动轴15与电机装置8的结合可以采用多种方式，例如，将传动轴15的下端直接与减速机13的输出轴结合，或者通过皮带、齿轮等机构与减速机13的输出轴结合。

请重点参阅图3-4，离心盘装置10包括离心盘20、辊道盘21、压盘环22以及模具座23。离心盘20呈盘状结构，用于安装模具或膜壳33并带动模具或膜壳33旋转，离心盘20的中心设有与传动轴15结合的连接机构，使得传动轴15利用该连接机构带动离心盘20旋转，但是不承受离心盘20的重量，离心盘20的重量由辊道盘21承担。例如，传动轴15端部凸起的键台24和离心盘20中心与键台24配合的凹下的键槽25。在离心盘20的上表面开设有若干圈同心布置的环形安装槽26，以便于安装模具座23。

辊道盘21固定安装于炉底5的上端面，且设置在离心盘20的下方，辊道盘21的直径略大于离心盘20，作为支撑离心盘20的重量和旋转动作的基盘。辊道盘21的上表面加工有若干圈凹槽形的同心圆辊道27，在同心圆辊道27中安装有若干滚动体28，以便离心盘20通过该滚动体28坐设在辊道盘21上。优选的，滚动体28可以是滚珠、辊球、辊柱或辊轮等可以在同心圆辊道27中滚动的物体。

压盘环22包括环座29、环圈30以及环箍31，环座29固定安装于辊道盘21的上端面，且其内径大于离心盘20的外径，环座29环绕离心盘20安装于辊道盘21的边缘处。环圈30设置于环座29的上端面，环圈30可以与环座29一体成型，也可以通过紧固件安装或焊接在环座29的上端面。环圈30的内径小于离心盘20的外径，且环圈30的下端面与离心盘20的上端面间距配合，以便环箍31悬置在离心盘20边缘的上面。

环箍31呈环形结构，位于环圈30与离心盘20的边缘之间，沿着环圈30的周向均匀地安装有若干第二滚动体36。环箍31可升降地安装于环圈30，以便将环箍31中的第二滚动体36压在离心盘20的边缘上。例如，通过安装在环圈30上的螺钉32顶压环箍31，以将环箍31中的第二滚动体36压在离心盘20的边缘上。

优选的，第二滚动体36可以是滚珠、辊球、辊柱或辊轮等可以在辊道中滚动的物体。

为了提高离心盘20在旋转过程中的稳定性，在离心盘20的下端面，在与辊道盘21的同心圆辊道27相对应的位置处，可以加工与同心圆辊道27直径相匹配的凹槽形第一辊道37，在离心盘20的上端面的边缘处与环箍31对应的位置处，可以加工与环箍31直径相匹配的凹槽形的第二辊道38。从而，离心盘20上面和下面的滚动体28、36就能够在更加稳定的辊道中转动，离心盘20就能更加稳定地旋转。

模具座23安装在离心盘20的环形安装槽26上，较佳地位于靠近转20盘边缘的位置处，成为模具或膜壳33安装的基座。

继续参阅图1，模具装置11包括模具或膜壳33、浇杯34以及浇道35。在本实施方式中，将金属模具称为“模具”，将陶瓷模具称为“膜壳”，模具或膜壳33安装在离心盘20上的模具座23上。模具或膜壳33的内腔按照所要制作的精密铸件的形状和尺寸制备。在使用膜壳的情况下，膜壳33与浇杯34、浇道35一般制作成一个整体，称为膜壳树。

本实施方式的配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，适用于熔炼量1kg～500kg(按Fe的密度计)的悬浮熔炼设备，所用的离心盘20的直径为100mm～2000mm，离心盘20的转速为50～800rpm。

本实用新型提供了一些具体实施例，以便更好地理解本实用新型：

实施例1：

如图1-4所示，在10kg级的悬浮熔炼设备中装设了立式离心铸造机。悬浮熔炼设备由水冷铜坩埚、感应电源和感应器、真空熔炼室、真空机组、坩埚倾翻装置、水冷系统和控制系统等部分组成。水冷铜坩埚的内径为120mm，感应电源的功率为200kW，炉体内径1000mm。立式离心铸造机由电机装置8、传动装置9、离心盘装置10和模具装置11四部分组成。

电机装置8位于炉体的下面，它由3kW的交流电机12、减速机13和控制器频器14组成。传动装置9由转动轴15、轴承16、轴承盖17、动密封18和密封座19组成。密封座装在炉底的安装筒法兰7上，其下端装有轴承和动密封，轴承盖装在密封座的下端面，压住轴承。传动轴的下端与减速机轴结合，中间穿过轴承和动密封伸入炉体内部，上端与离心盘底面中心的安装机构结合。

离心盘装置10由离心盘20，辊道盘21、压盘环22和模具座23组成。离心盘的直径为500mm。传动轴利用其端部凸起的键台24与离心盘中心的键槽25相结合带动离心盘旋转。辊道盘21装在离心盘20下面，直径600mm。辊道盘的上表面加工有2圈凹槽形的同心圆辊道27，在辊道中共装有20个直径为10mm的辊球28。压盘环22由环座29、环圈30和环箍31三部分组成。环座29的内径为510mm，外径650mm，它环绕离心盘20装在辊道盘的边缘。环圈30位于环座的上端面，它与环座是一体结构。环圈的内径为460mm，外径580mm，它在离心盘边缘的上面的形成一个环圈。环箍31是位于环圈与离心盘边缘之间的环形结构，沿着它的直径均匀地装有若干12个直径10mm的棍球28。在环圈上装有8个螺钉32，将螺钉向下旋动，将环箍中的棍球压在离心盘的边缘上。

在离心盘的下表面，在与辊道盘21的辊道相对应的位置，加工了与辊道盘的辊道27直径相同的2圈凹槽形的同心圆辊道，在离心盘的上表面的边缘与压盘环22的环箍31相对应的位置加工了与环箍直径相同的凹槽形的辊道，使离心盘上面和下面的辊球在上下相扣的辊道中转动。

20个模具座23装在离心盘边缘的安装槽上。

模具装置11是用ZrO2-Y2O3制备的膜壳树，它是由膜壳33、浇杯34和浇道35等部分组成的整体结构。本实施例的膜壳是按照精细的小配件制作的。

本实施例熔炼了8kg金属钛，在铸造过程中，离心盘的转速为600rpm——此转速高于一般离心铸造的转速。在铸造过程中，离心盘转动得很平稳，没有明显的噪音，铸造得到的铸件材质致密，表面光亮。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种配备有立式离心铸造机的悬浮熔炼设备，包括：

真空炉体(3)；

水冷铜坩埚(1)，设置于真空炉体(3)内部；

感应圈(2)，设置于真空炉体(3)内部，且环绕在水冷铜坩埚(1)的外周；

坩埚倾翻装置(4)，用于倾翻水冷铜坩埚(1)，使得水冷铜坩埚(1)中的金属液注入模具；

立式离心铸造机，位于水冷铜坩埚(1)的下方；

其特征在于，立式离心铸造机包括：

离心盘装置(10)，设置于真空炉体(3)内部；

模具装置(11)，设置于真空炉体(3)内部，且安装于离心盘装置(10)上；

电机装置(8)，安装于真空炉体(3)的下面，通过传动装置(9)与离心盘装置(10)传动连接。

2.根据权利要求1所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，真空炉体(3)的炉底(5)设置有安装筒，且安装筒的轴线与真空炉体(3)的轴线平行，其中，安装筒包括：

筒身(6)，安装于炉底(5)的下端，且与真空炉体(3)连通；

法兰(7)，设置于筒身(6)的下端，传动装置(9)安装于法兰(7)。

3.根据权利要求2所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，传动装置(9)包括：

密封座(19)，安装在法兰(7)上，其下端安装有轴承(16)和动密封(18)；

轴承盖(17)，安装在密封座(19)的下端面；

传动轴(15)，穿过轴承(16)和动密封(18)伸入真空炉体(3)的内部，上端与离心盘装置(10)传动连接，下端与电机装置(8)传动连接。

4.根据权利要求1所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，离心盘装置(10)包括：

辊道盘(21)，固定安装于炉底(5)的上端面，其上表面加工有若干圈凹槽形的同心圆辊道(27)，且在同心圆辊道(27)中安装有若干滚动体(28)；

离心盘(20)，呈盘状结构，且离心盘(20)通过滚动体(28)坐设在辊道盘(21)上，辊道盘(21)的直径大于离心盘(20)，离心盘(20)的中心设有与传动装置(9)的传动轴(15)结合的连接机构；

模具座(23)，安装于离心盘(20)的上表面开设的若干圈同心布置的环形安装槽(26)内，模具装置(11)安装于模具座(23)；

其中，连接机构配置为：传动轴(15)利用该连接机构带动离心盘(20)旋转，但是不承受离心盘(20)的重量，离心盘(20)的重量由辊道盘(21)承担。

5.根据权利要求4所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，传动轴(15)的端部设置有凸起的键台(24)，离心盘(20)中心设置有与键台(24)配合的凹下的键槽(25)。

6.根据权利要求4所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，离心盘装置(10)还包括压盘环(22)，其包括：

环座(29)，固定安装于辊道盘(21)的上端面，且其环绕离心盘(20)安装于辊道盘(21)的边缘处；

环圈(30)，设置于环座(29)的上端面，其内径小于离心盘(20)的外径，且环圈(30)的下端面与离心盘(20)的上端面间距配合；

环箍(31)，呈环形结构，位于环圈(30)与离心盘(20)的边缘之间，且环箍(31)可升降地安装于环圈(30)，沿着环圈(30)的周向均匀地安装有若干第二滚动体(36)。

7.根据权利要求6所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，通过安装在环圈(30)上的螺钉(32)顶压环箍(31)，以将环箍(31)中的第二滚动体(36)压在离心盘(20)的边缘上。

8.根据权利要求6所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，在离心盘(20)的下端面，在与辊道盘(21)的同心圆辊道(27)相对应的位置处，加工有与同心圆辊道(27)直径相匹配的凹槽形第一辊道(37)；

在离心盘(20)的上端面的边缘处与环箍(31)对应的位置处，加工有与环箍(31)直径相匹配的凹槽形的第二辊道(38)。

9.根据权利要求4所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，模具装置(11)包括：

模具或膜壳(33)，固定安装在模具座(23)上，其内腔按照所要制作的精密铸件的形状和尺寸制备；

浇杯(34)，通过浇道(35)与模具或膜壳(33)连通，金属液通过浇杯(34)和浇道(35)注入模具或膜壳(33)。

10.根据权利要求3所述的悬浮熔炼设备，其特征在于，电机装置(8)包括：

电机(12)；

减速机(13)，其输入端与电机(12)传动连接，输出端与传动轴(15)连接；

控制器(14)，用于对电机(12)的转速做无级调速。