一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置的製作方法

2023-11-07 03:34:42

專利名稱：一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及鑄造專業領域，具體地，涉及一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置。
背景技術：
高溫合金是製造航空、航天發動機和燃氣輪機等高溫熱端部件不可替代的材料，也廣泛應用在石油化工、核工業、汽車等行業上。自20世紀40年代以來，航空發動機渦輪前進口溫度從730°C上升到1700°C以上，其中高溫合金的鑄造技術進步發揮了非常重要的作用。隨·著我國製造大飛機戰略的實施以及航天、航空事業的飛速發展，高溫合金精密鑄件結構大型化、複雜化和薄壁化成為發展趨勢。隨著高溫合金大型複雜薄壁精密鑄件的需求越來越多，鑄件熔煉澆注過程鑄型的充填問題日益突出，為了避免鑄件充填不足造成的諸如澆不足、冷隔、疏鬆、縮孔等鑄造缺陷，目前常用的裝置是:(I)重力澆注裝置，通過增大鑄件澆冒補縮系統實現充填完滿，澆冒補縮系統的金屬重量往往達到鑄件重量的4-5倍；(2)離心澆注裝置，通過鑄型轉動使金屬液產生一定的離心力填充完滿，此種方法雖然減少了澆冒系統金屬重量，但鑄件容易產生成分偏析，並且鑄件形狀收到限制；(3)調壓澆注裝置，通過上下兩個氣罐控制作用於金屬液和鑄型之間的壓力差達到使金屬液充滿鑄型的目的，對於高溫合金而言此裝置存在設備成本高、控制難度大等缺點。因此，高溫合金大型複雜薄壁鑄件的充填問題一直沒有得到很好的解決。經檢索，中國發明專利公開號為102717051A，申請號為201210219506.2，該發明
公開一種高溫合金複雜薄壁鑄件調壓精密鑄造裝置，包括中頻感應加熱電源，調壓爐、調壓爐罐體提升系統、調壓氣路控制系統、真空系統和氣體罐；其中:調壓爐中的上下罐體通過中隔板隔開；中頻感應加熱電源用於熔化合金，連接到調壓爐的下罐體；調壓爐罐體提升系統設置在調壓爐上方，用於提升上罐體；調壓爐設有通氣孔，該通氣孔連接到調壓爐外部的調壓氣路控制系統；調壓氣路控制系統與真空系統、氣體罐依次相連接，實現調壓爐內的真空度和壓力調節。該發明雖然從理論上通過調壓的方法能夠實現複雜薄壁鑄件的鑄造，但實際上該裝置用於比重大的高溫合金複雜薄壁鑄件的鑄造方面仍存在設備製造成本高、操作難度大、無法實現高溫合金大型薄壁精密鑄件的澆注等諸多問題。

發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種高溫合金薄壁鑄件精密鑄造裝置，通過在澆注過程中施加適當的振動滿足高溫合金大型複雜薄壁鑄件的鑄造要求，有效提升了材料的利用效率，解決了複雜薄壁鑄件澆注中的充填補縮不足的問題，並且能夠澆注比重大的高溫合金大型薄壁鑄件。為實現上述目的，本發明提供一種高溫合金薄壁鑄件精密鑄造裝置，包括真空熔煉室、鑄型室、閘板閥、感應熔煉裝置、主真空系統、輔真空系統、控制系統、模殼充放氣系統以及模殼傳動與振動系統，其中:所述真空熔煉室與所述鑄型室之間設置所述閘板閥隔開；所述真空熔煉室與所述主真空系統通過管路和閥門相連，並設置有真空儀表和所述充放氣系統以顯示和調節真空度；所述鑄型室與所述輔真空系統通過管路和閥門相連，並設置有真空儀表和所述充放氣系統以顯示和調節真空度；所述感應熔煉裝置用於熔化合金；所述模殼傳動與振動系統設置於所述真空熔煉室和所述鑄型室的底部；所述控制系統連接、控制所述模殼傳動與振動系統。優選地，所述真空熔煉室由立式爐體及其爐蓋組成，所述立體爐體和所述爐蓋均採用雙層水冷金屬壁結構，內壁採用不鏽鋼材質；所述爐蓋通過液壓系統壓緊所述立體爐體並由密封膠圈密封。優選地，所述真空熔煉室設置有真空抽氣管路接口、測溫裝置和加料機構，所述真空熔煉室通過插板閥與所述測溫裝置、所述加料機構相連。優選地，所述測溫裝置和所述加料機構由位於所述爐蓋旁邊的旋轉塔、兩個密閉空腔、隔離閥和放氣閥組成的一個雙工位互換裝置，通過所述隔離閥在不破壞所述真空熔煉室真空的情況下進行精煉過程中的溫度測量或原材料添加，所述測溫裝置的測溫熱電偶和所述加料機構的加料桶分別內置於兩個所述密閉空腔中，採用減速電機加滾珠絲槓帶動測溫熱電偶或加料桶上下運動，測溫熱電偶測得的金屬液溫度傳給控溫儀表顯示出來。

更優選的，所述測溫裝置和加料機構均由液壓系統驅動升降、轉換位置。優選地，所述鑄型室為長方體結構，與所述真空熔煉室通過閘板閥相連，並設置有真空抽氣管路接口。更優選地，所述真空熔煉室的真空抽氣管路上的粗抽部分設置有過濾網。優選地，所述感應熔煉裝置包括中頻感應加熱電源、感應線圈、銅排與水冷電極和坩堝，其中:所述中頻感應加熱電源通過所述銅排與水冷電極連接所述感應線圈；所述感應線圈內放置熔化合金用的所述坩堝；所述感應線圈和所述坩堝均設置於所述真空熔煉室內。更優選的，所述感應線圈由感應器、與所述感應器相連接的可轉動的同軸電極和集電進電裝置組成。更優選的，所述集電進電裝置由同軸進電電極、集電盤和紫銅銅排構成，與所述中頻感應加熱電源連接，將電能輸送到所述感應器上。優選地，所述模殼傳動與振動系統採用機械振動方式，通過偏心機構提供激振力和振動幅度，通過變頻電機調整振動頻率。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:1、高溫合金熔模精密鑄造裝置利用真空預處理、振動充型等手段實現平穩高效充型，實現鑄件順序凝固，可有效提升材料利用效率，實現近終淨形鑄造提供空間。2、振動機構採用機械方式，通過偏心機構提供激振力和振動幅度,通過變頻電機調整振動頻率，使不同澆注材料均能獲得理想的鑄件品質。3、本發明裝置設計簡單，成本低，可用於比重大的高溫合金複雜薄壁鑄件的鑄造，能夠有效的實現高溫合金薄壁鑄件的澆注充型，同時能夠達到細化鑄件組織，提高鑄件的機械性能的目的。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:圖1為本發明平面布置圖；圖2為本發明結構示意圖。圖中:1真空熔煉室；2鑄型室；3測溫和加料機構；4閘板閥；5中頻感應加熱電源；6感應線圈；7主真空系統；8輔真空系統；9模殼傳動與振動系統；10液壓缸；11控制系統；12銅排與水冷電極；13插板閥。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。如圖1、2所示，本實施例提供一種高溫合金薄壁鑄件精密鑄造裝置，包括真空熔煉室1、鑄型室2、測溫和加料機構3、閘板閥4、中頻感應加熱電源5、感應線圈6、主真空系統7、輔真空系統8、模殼傳動與振動系統9、液壓缸10、控制系統11、銅排與水冷電極12和插板閥13，其中:所述真空熔煉室I通過真空抽氣管路接口和管路閥門連接到所述主真空系統7 ;所述鑄型室2通過真空抽氣管路接口和管路閥門連接到所述輔真空系統8 ;所述真空熔煉室I與所述鑄型室2之間設置所述閘板閥4隔斷；由所述液壓缸10驅動升降的所述測溫和加料機構3通過所述插板閥13連接所述真空熔煉室I ;所述中頻感應加熱電源5通過所述銅排與水冷電極12連接所述真空熔煉室I內的所述感應線圈6，所述感應線圈6內放置熔化合金用的坩堝；所述模殼傳動與振動系統9設置於所述真空熔煉室I和所述鑄型室2的底部；所述控制系統11連接、控制所述模殼傳動與振動系統9。本實施例中，所述真空熔煉室I由立式爐體、爐蓋組成,所述立體爐體和所述爐蓋均採用雙層水冷金屬壁結構，內壁採用304不鏽鋼材料，外壁採用碳鋼材料；所述爐蓋依靠所述液壓缸10壓緊立體爐體；所述立體爐體上安裝有所述感應線圈6中的集電進電裝置；所述爐蓋上設置有兩個觀察孔，所述觀察孔設置有耐高溫石英玻璃，便於觀察到爐內各個有效位置；所述真空熔煉室I與所述主真空系統7通過各種不同規格的真空連接管及法蘭連接充放氣系統和真空儀表，以顯示和調節所述真空熔煉室I的真空度；所述鑄型室2與所述輔真空系統8通過各種不同規格的真空連接管及法蘭連接充放氣系統和真空儀表以顯示和調節所述鑄型室2的真空度；所述真空熔煉室I的立體爐體、所述閘板閥4、所述鑄型室2均焊接有供吊裝用的吊耳。本實施例中，所述主真空系統7可以為H-150滑閥式真空泵、ZJP-600羅茨真空泵、KT-400擴散泵和過濾器以及相應閥門管路；所述輔真空系統8可以為2X-70旋片泵+ZJP-300羅茨泵及相應閥門管路。本實施例中，所述測溫和加料機構3通過所述液壓缸10的升降來壓緊或離開所述插板閥13，所述 插板閥13上設置起隔離密封作用的密封膠圈。本實施例中，由所述感應線圈6、所述中頻感應加熱電源5、銅排與水冷電極12和坩堝組成中頻感應加熱裝置，所述感應線圈6和所述坩堝設置於所述真空熔煉室I內部。本實施例中，所述中頻感應加熱電源5加熱熔化合金，然後通過所述感應線圈6旋轉一定角度，使得所述坩堝內的合金溶液流入到模殼內，並啟動所述模殼傳動和振動系統9。本實施例中，所述模殼傳動與振動系統9用於將模殼從所述鑄型室2通過軌道在打開所述閘板閥4後轉移到所述真空熔煉室I中等待澆注。本實施例中，所述模殼傳動與振動系統9包括振動機構和模殼傳動機構,所述振動機構包括偏心機構以及與其連接的變頻電機，通過偏心機構提供激振力和振動幅度，通過變頻電機調整振動頻率,使不同澆注材料均能獲得理想的鑄件品質；所述模殼傳動機構為模殼小車。更具體地，所述振動機構用於澆注振動時，採用轉盤單點振動模式，其振源採用機械方式，所述機械方式可以利用變頻電機+離合器+凸輪軸結構，頻率可變，振幅穩定可靠，即在所述模殼傳動機構下設置機械式凸輪軸，通過手動離合器進行變頻電機和凸輪軸的插接或分斷。預先選好振動頻率(調整變頻電機轉速頻率)，當所述模殼傳動機構運行至澆注位置時，限位控制起作用，控制所述模殼傳動機構停在指定位置上；然後手動扳動離合器，當凸輪軸與離合器插接牢固後，變頻調速電機按預設轉速帶動偏心輪旋轉，同時所述模殼傳動機構開始振動(振頻由變頻電機給定，振幅由凸輪軸的偏心距確定)；所述模殼傳動機構自動對正坩堝澆注口，此時變頻電機和凸輪軸接入給定振動，實現邊振動邊澆注或澆注完成時振動，完成澆注任務。本實施例的一種高溫合金薄壁鑄件精密鑄造裝置用於高溫合金薄壁鑄件精密鑄造時，先根據不同的模殼材料，在外置的電阻爐中預熱至800-1000度。本發明通過振動方式實現鑄件澆注和凝固，可有效提升材料利用效率,解決複雜薄壁鑄件澆注中的充填補縮不足的問題，特別是對壁厚小於3mm的薄壁鑄件的充填補縮能力有很大提升。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質 內容。
權利要求
1.一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於包括真空熔煉室、鑄型室、閘板閥、感應熔煉裝置、主真空系統、輔真空系統、控制系統、模殼充放氣系統以及模殼傳動與振動系統，其中:所述真空熔煉室與所述鑄型室之間設置所述閘板閥隔開；所述真空熔煉室與所述主真空系統通過管路和閥門相連，並設置有真空儀表和所述充放氣系統以顯示和調節真空度；所述鑄型室與所述輔真空系統通過管路和閥門相連，並設置有真空儀表和所述充放氣系統以顯示和調節真空度；所述感應熔煉裝置用於熔化合金；所述模殼傳動與振動系統設置於所述真空熔煉室和所述鑄型室的底部；所述控制系統連接、控制所述模殼傳動與振動系統。
2.根據權利要求1所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述模殼傳動與振動系統包括振動機構和模殼傳動機構，所述振動機構包括偏心機構以及與其連接的變頻電機，通過偏心機構提供激振力和振動幅度，通過變頻電機調整振動頻率；所述模殼傳動機構為模殼小車。
3.根據權利要求2所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述振動機構用於澆注振動時，採用轉盤單點振動模式，其振源採用機械方式，所述機械方式即在模殼傳動機構下設置機械式凸輪軸，通過手動離合器進行變頻電機和凸輪軸的插接或分斷。
4.根據權利要求1所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述真空熔煉室由立式爐體、爐蓋組成，所述立體爐體、所述爐蓋均採用雙層水冷金屬壁結構，內壁採用不鏽鋼材質；所述爐蓋通過液壓系統壓緊所述立體爐體並由密封膠圈密封。
5.根據權利要求1或4所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述真空熔煉室設置有真空抽氣管路接口、測溫裝置和加料機構，所述真空熔煉室設置插板閥與所述測溫裝置、所述加料機構相連。
6.根據權利要求5所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述測溫裝置和所述加料機構 由位於所述爐蓋旁邊的旋轉塔、兩個密閉空腔、隔離閥和放氣閥組成一個雙工位互換裝置，通過所述隔離閥在不破壞所述真空熔煉室真空的情況下進行精煉過程中的溫度測量或原材料添加，所述測溫裝置的測溫熱電偶和所述加料機構的加料桶分別內置於兩個所述密閉空腔中，採用減速電機加滾珠絲槓帶動所述測溫熱電偶或所述加料桶上下運動。
7.根據權利要求5所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述測溫裝置和加料機構均由液壓系統驅動升降、轉換位置。
8.根據權利要求1-4任一項所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述真空熔煉室的真空抽氣管路上的粗抽部分設置有過濾網。
9.根據權利要求1-4任一項所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述鑄型室為長方體結構，與所述真空熔煉室通過所述閘板閥相連，並設置有真空抽氣管路接口。
10.根據權利要求1-4任一項所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述感應熔煉裝置包括中頻感應加熱電源、感應線圈、銅排與水冷電極和坩堝，其中:所述中頻感應加熱電源通過所述銅排與水冷電極連接所述感應線圈，所述感應線圈內放置熔化合金用的所述坩堝；所述感應線圈和所述坩堝均設置於所述真空熔煉室內。
11.根據權利要求10所述的一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特徵在於，所述感應線圈由感應器、與所述感應器相連接的可轉動的同軸電極以及集電進電裝置組成，所述集電進電裝置由同軸進電電極、集電盤和紫銅銅排構成，與所述中頻感應加熱電源連接，將電能輸 送到所述感應器上。
全文摘要
本發明提供了一種高溫合金複雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，包括真空熔煉室、鑄型室、閘板閥、感應熔煉裝置、主/輔真空系統、控制系統、振動機構、模殼傳動系統和充放氣系統，其中真空熔煉室與鑄型室之間設置閘板閥；真空熔煉室與主真空系統、鑄型室與輔真空系統均通過各自的管路和閥門相連，並均設置有真空儀表及充放氣系統；感應熔煉裝置用於熔化合金；模殼傳動系統和振動機構均設置於真空熔煉室和鑄型室的底部。本發明通過振動方式實現鑄件澆注和凝固，有效提升材料利用效率，解決複雜薄壁鑄件澆注中的充填補縮不足的問題，特別是對壁厚小於3mm的薄壁鑄件的充填補縮能力有很大提升。
文檔編號B22D27/08GK103231017SQ201310118108
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者何樹先, 王俊, 孫寶德, 張寶玉, 任松國 申請人:上海交通大學