一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統的製作方法
2023-11-01 18:02:37 1
專利名稱：一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統。
背景技術：
真空差壓鑄造工藝是一種先進的反重力精密成形方法，其主要具有如下優點:
(I)易於獲得外形完整、組織緻密的鑄件。真空差壓鑄造過程中，金屬液在真空條件下充型，提高充型能力，同時鑄件在很高的壓力(0.6Mpa)下凝固(補縮能力是低壓鑄造的4-5倍)，能獲得比較緻密的組織。(2)減少鑄件氣孔、針孔缺陷。(3)明顯減少大型複雜薄壁鑄件凝固時的熱裂傾向。(4)真空差壓鑄造可減少凝固時間20%-25%，其晶粒也有所細化。西北工業大學已為航空航天企業開發了多套調壓鑄 造等反重力鑄造設備，解決了一些型號項目的關鍵問題。此後，我國其他一些高等院校如南昌航空大學、華中科技大學、哈爾濱工業大學、瀋陽工業學院等單位在差壓鑄造設備和工藝日趨成熟的基礎上，也在研究和開發差壓鑄造和真空差壓鑄造設備。真空差壓鑄造技術可適用於金屬型、樹脂砂型、熔模鑄型、石膏型等，目前真空差壓鑄造在金屬型、樹脂砂型方面的技術已經比較成熟。近年來，航空工業領域各種型號的鑄件向著複雜化、精密化、薄壁化、輕量化、整體化的方向發展，鑄件的形狀越來越複雜，成形質量要求越來越高。航空關鍵零部件如發動機機匣體、整體葉盤等產品設計技術水平越來越高,這類型鑄件往往由幾個大的平面和曲面組成，內、外形狀壁厚不均勻，特別是孔腔、油路及油路彎道多，且緻密度要求很高，必須進行很高的壓力實驗，保證不滲漏。對於某一型號鑄件，產品定型需要多次試製和改進，採用傳統的製造工藝和技術不僅很難滿足鑄件的質量和精度要求，而且試製周期長，耗資大。採用鑄型預熱的方式可以提高真空差壓鑄造過程的充型性能，但零件晶粒變大，性能難以保證。
發明內容
本發明的目的在於提供了一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統，它具有減少鑄造缺陷、提聞鑄件成形質量的優點。本發明是這樣來實現的，一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置，它包括上壓力罐、鑄型、鑄型安裝板、鑄型安裝板固定支架、中間隔板、保溫熔化爐、金屬液、下壓力罐、底座、升液管、超聲發生器安裝法蘭、超聲發生器發射頭、下壓力罐進氣口、超聲發生裝置控制器、上壓力罐進氣口、直通管、超聲發生器變幅杆和超聲發生裝置，其特徵在於上壓力罐內設有鑄型，鑄型的下部連接在鑄型安裝板上，鑄型安裝板固定支架的上端連接鑄型安裝板，其下端連接在中間隔板的上表面上，上壓力罐的側壁上連有上壓力罐進氣口和直通管，上壓力罐的底部連接在中間隔板的上表面上，下壓力罐的頂部連接在中間隔板的下表面上，下壓力罐的側壁上連有下壓力罐進氣口，下壓力罐內設有保溫熔化爐，保溫熔化爐固定在底座上，升液管的一端位於保溫熔化爐內，另一端連接在鑄型上，位於鑄型安裝板和中間隔板之間的升液管一側設有超聲發生裝置，超聲發生裝置連接超聲發生器安裝法蘭，超聲發生裝置是由超聲發生器發射頭、超聲發生器變幅杆和超聲發生裝置控制器構成，其中超聲發生器變幅杆的一端連接超聲發生器發射頭，另一端連接超聲發生裝置控制器。一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置的氣路系統，它包括直通管、上壓力罐進氣管、下壓力罐進氣管、卸壓閥、真空閥、真空泵、儲氣罐、上壓力罐開關閥、下壓力罐開關閥、直通開關閥、上壓力罐壓力調節閥、下壓力罐壓力調節閥和連通閥，其特徵在於上壓力罐進氣管的起始端連接上壓力罐進氣口，下壓力罐進氣管的起始端連接下壓力罐進氣口，直通管的末端連接在儲氣罐上，直通管上連有直通開關閥，上壓力罐進氣管的末端連接在儲氣罐上，上壓力罐進氣管上從左向右依次串聯有上壓力罐壓力調節閥和上壓力罐開關閥，下壓力罐進氣管的末端連接在儲氣罐上，下壓力罐進氣管上從左向右依次串聯有下壓力罐壓力調節閥和下壓力罐開關閥，上壓力罐進氣管的起始端和下壓力罐進氣管的起始端之間連有連通閥，連通閥分別與卸壓閥和真空閥相連，真空閥與真空泵串聯。本發明的技術效果是本發明將超聲發生裝置產生的超聲波作用於金屬液，一方面超聲振動刻可以有效的排除金屬液內部產生的氣體，增加金屬液在充型過程中的流動性能；另一方面，超聲振動產生的「空化」效應也將使得凝固枝晶斷裂，細化晶粒，減少鑄造缺陷，提高鑄件成形質量。本發明利用了真空差壓鑄造反重力充型原理使得充型過程平穩，從而減少鑄造缺陷；在充型和凝固過程中，都可以施加超聲振動從而有效的對鑄件進行細化；該系統將兩方面有效的結合，從而提高鑄件的質量，滿足製件性能要求。
圖1為本發明的主體結構示意圖。圖2為本發明的氣路等效圖。圖3為基於超聲振動的真空差壓鑄造工藝圖。在圖中，1、上壓力罐 2、鑄型 3、鑄型安裝板 4、鑄型安裝板固定支架 5、中間隔板6、保溫熔化爐7、下壓力罐8、底座9、升液管10、超聲發生器安裝法蘭11、超聲發生器發射頭12、下壓力罐進氣口 13、超聲發生裝置控制器14、上壓力罐進氣口15、直通管16、超聲發生器變幅杆17、超聲發生裝置18、卸壓閥19、真空閥20、真空泵21、儲氣罐22、上壓力罐開關閥23、下壓力罐開關閥24、直通開關閥25、上壓力罐壓力調節閥 26、下壓力罐壓力調節閥27、連通閥28、下壓力罐進氣管29、上壓力罐進氣管。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明的具體工作方式作進一步詳細的闡述，擬從基於超聲振動的真空差壓鑄造主體結構及基於超聲振動的真空差壓鑄造工藝2個方面進行詳解；
(I)基於超聲振動的真空差壓鑄造王體結構
如圖1所示，基於超聲振動的真空差壓鑄造主體結構主要是由上壓力罐1、中間隔板5和下壓力罐7構成，中間隔板5將主體部分分隔成上下單獨的密閉空間。在下壓力罐7中包含有底座8和保溫爐熔化爐6，保溫爐熔化爐6直接放置在底座8上，負責融化金屬獲取金屬液，同時在下壓力罐7側面具有下壓力罐進氣口 12，用於下壓力罐7提供並調節壓力
Pr。在上壓力罐I中包含有超聲發生裝置17和鑄型2等組件，鑄型2固定在鑄型安裝板
3上，鑄型安裝板3通過鑄型安裝板固定支架4固定於中間隔板5上，升液管9通過法蘭安裝於鑄型安裝板3上面，並穿過中間隔板5伸入下壓力罐7的保溫爐熔化爐6中，用於將金屬液導入鑄型2的型腔中，超聲發生裝置17通過超聲發生器安裝法蘭10將超聲發生器發射頭11固定於坩堝側壁，將前端部分伸入金屬液中，並通過超聲發生器變幅杆16連接至超聲發生裝置控制器13，整個超聲發生裝置17位於鑄型安裝板3和中間隔板5之間，從而使金屬液進入鑄型2前將超聲源帶入鑄件中。在上壓力罐I側面有2根進氣口，直通管15和上壓力罐進氣口 14，其中直通管15用於直接通氣，主要是由於上壓力罐I提壓較大，需要的
壓力氣體較多，而上壓力罐進氣口 14則主要用於調節提供並調節上壓力罐I中的壓力^。(2)基於超聲振動的真空差壓鑄造工藝
如圖2所示，上壓力罐進氣管29的起始端連接上壓力罐進氣口 14，下壓力罐進氣管28的起始端連接下壓力罐進氣口 12，直通管15的末端連接在儲氣罐21上，直通管15上連有直通開關閥24，上壓力罐進氣管29的末端連接在儲氣罐21上，上壓力罐進氣管29上從左向右依次串聯有上壓力罐壓力調節閥25和上壓力罐開關閥22，下壓力罐進氣管29的末端連接在儲氣罐21上，下壓力罐進氣管28上從左向右依次串聯有下壓力罐壓力調節閥26和下壓力罐開關閥23，上壓力罐進氣管29的起始端和下壓力罐進氣管28的起始端之間連有連通閥27，連通閥27分別與卸壓閥18和真空閥19相連，真空閥19與真空泵20串聯。基於超聲振動的真空差壓鑄造工藝主要包括5個階段:抽真空、超聲振動充型、超聲振動升壓、超聲振動保壓和卸壓，其中超聲則主要在充型、升壓和保壓3個階段施加，用於提高充型能力和鑄件成形質量，如圖3。其具體實施過程為:
1)抽真空:將下壓力罐進氣管28和上壓力罐進氣管29之間的連通閥27打開，此時上 壓力罐I和下壓力罐7中的壓力P上和P下都為,即環境壓力，同時打開真空閥19和
真空泵20，將主體內部的氣體排出，根據零件的大小不同，將使得Ρ±= =1-1OKPa;然後
將真空閥19、真空泵20和連通閥27關閉，進入下一階段超聲振動充型；
2)超聲振動充型:打開下壓力罐開關閥23和下壓力罐調節閥26，儲氣罐21對下壓力
罐7充入氣體，此時下壓力罐7和上壓力罐I將形成一個壓差Pt-Pj- = AP,金屬液在
壓力作用下將由升液管9並經過超聲發生器發射頭11後進入鑄型2中，其中ΔΡ的大小與
金屬種類、鑄型2大小和阻力係數有關，一般取值在10-50KPa ;在通入壓力氣體的同時，打開超聲發生裝置控制器13，經過超聲發生器變幅杆16由超聲發生器發射頭11將超聲源加入金屬液中，可以改變超聲的功率從而形成不同形式的超聲源，具體形式可以為:恆定的功
率，或者採用三角函數模式，或者採用矩形模式，或者採用脈衝模式(時有時無)，功率可在1Wmas和Wmk之間變化，形成強度不斷變化的超聲源，從而加大超聲振動效果，降低金屬液的粘度，提高充型能力。3)超聲振動升壓階段:超聲施加方面繼續保持超聲發生裝置17電源打開，並且可
以改變不同的超聲施加方式，同時也可以通過改變Wms和Wfflffl的大小來加強或減小超
聲源的強度。壓力氣體加入方面，打開上壓力罐開關閥22和上壓力罐調節閥25，上壓力罐I和下壓力罐7通過各自的調節閥同時升壓，保持設定的下壓力罐7和上壓力罐I壓差為ΔΡ,由於上壓力罐I體積較大，為了快速提高下壓力罐壓力，可以通過打開直通開關閥對上壓力罐I進行補壓，當下罐壓力7達到保壓壓力Pr = Pu時，進入保壓階段，關閉氣體通
入閥門，此時一般選擇#^為200-600KPa左右，構建壓力時間在l_2min左右。4)超聲振動保壓階段:與超聲振動充型和超聲振動升壓階段一樣，繼續保持超聲發生裝置17電源打開，並且可以改變不同的超聲施加方式，同時也可以通過改變1Wms和
Wam白勺λ/]、* —#力口弓雖白勺弓雖S。力力口力-7^力力,由於設備密封問題，上壓力罐I和下壓力罐7的和會有小波動，應通過各自的
調節閥適當的補充壓力氣體，保持下壓力罐7和上壓力罐I壓差為ΔΡ直至金屬液完全凝固，該過程持續持續時間為l_30min左右。5)卸壓:當金屬液完全凝固後，關閉超聲發生裝置17，同時將上壓力罐I和下壓力罐7之間的連通閥27和卸壓閥18打開，使上壓力罐I和下壓力罐7的壓力值恢復為^壓，再打開上壓力罐1，取出鑄 件。
權利要求
1.一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置，它包括上壓力罐、鑄型、鑄型安裝板、鑄型安裝板固定支架、中間隔板、保溫熔化爐、金屬液、下壓力罐、底座、升液管、超聲發生器安裝法蘭、超聲發生器發射頭、下壓力罐進氣口、超聲發生裝置控制器、上壓力罐進氣口、直通管、超聲發生器變幅杆和超聲發生裝置，其特徵在於上壓力罐內設有鑄型，鑄型的下部連接在鑄型安裝板上，鑄型安裝板固定支架的上端連接鑄型安裝板，其下端連接在中間隔板的上表面上，上壓力罐的側壁上連有上壓力罐進氣口和直通管，上壓力罐的底部連接在中間隔板的上表面上，下壓力罐的頂部連接在中間隔板的下表面上，下壓力罐的側壁上連有下壓力罐進氣口，下壓力罐內設有保溫熔化爐，保溫熔化爐固定在底座上，升液管的一端位於保溫熔化爐內，另一端連接在鑄型上，位於鑄型安裝板和中間隔板之間的升液管一側設有超聲發生裝置，超聲發生裝置連接超聲發生器安裝法蘭，超聲發生裝置是由超聲發生器發射頭、超聲發生器變幅杆和超聲發生裝置控制器構成，其中超聲發生器變幅杆的一端連接超聲發生器發射頭，另一端連接超聲發生裝置控制器。
2.如權利要求1所述的一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置的氣路系統，它包括直通管、上壓力罐進氣管、下壓力罐進氣管、卸壓閥、真空閥、真空泵、儲氣罐、上壓力罐開關閥、下壓力罐開關閥、直通開關閥、上壓力罐壓力調節閥、下壓力罐壓力調節閥和連通閥，其特徵在於上壓力罐進氣管的起始端連接上壓力罐進氣口，下壓力罐進氣管的起始端連接下壓力罐進氣口，直通管的末端連接在儲氣罐上，直通管上連有直通開關閥，上壓力罐進氣管的末端連接在儲氣罐上，上壓力罐進氣管上從左向右依次串聯有上壓力罐壓力調節閥和上壓力罐開關閥，下壓力罐進氣管的末端連接在儲氣罐上，下壓力罐進氣管上從左向右依次串聯有下壓力罐壓力調節閥和下壓力罐開關閥，上壓力罐進氣管的起始端和下壓力罐進氣管的起始端之間連有連通閥 ，連通閥分別與卸壓閥和真空閥相連，真空閥與真空泵串聯。
全文摘要
一種基於超聲振動的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統，它包括主體部分和附屬部分，主體部分主要由上壓力罐、下壓力罐、中間隔板、帶有鑄型安裝板和超聲接入法蘭盤的升液管、超聲發生裝置和底座等組成，用於提供金屬液，升液管用於連接保溫爐熔化爐與鑄型型腔，鑄型放置在上壓力罐中，並安裝在鑄型安裝板上，超聲發生裝置放在上壓力罐中，位於鑄型安裝板與中間隔板之間，固定在升液管上，並採用法蘭進行密封；本發明將超聲發生裝置產生的超聲波作用於金屬液，一方面超聲振動排除金屬液內部產生的氣體，增加金屬液流動性能；另一方面，超聲振動使得凝固枝晶斷裂，細化晶粒，減少鑄造缺陷，提高鑄件成形質量。
文檔編號B22D27/04GK103071777SQ20121057790
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者蘆剛, 嚴青松, 盧百平, 餘歡, 蔡長春, 熊博文, 張守銀 申請人:南昌航空大學