CN104001902B - 一体式高温合金调压精密铸造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体式高温合金调压精密铸造装置，该装置包括温度控制***、调压炉和调压气路控制***，温度控制***包括调压炉内测温***、电阻加热***及中频感应加热***，其中：电阻加热***、调压炉内测温***用于预热升液管及型壳；中频感应加热***用于熔化合金；调压炉由上、下罐体及中隔板组成；调压气路控制***一端与调压炉的上、下罐体的通气孔连接，另一端与真空***、惰性气源依次相连接，用于控制调压炉内的真空度和压力。本发明可保证调压铸造过程全程在真空下进行进行，减少合金氧化的可能，实现近终净形铸造，可显著提升薄壁铸件的充填能力。

Description

一体式高温合金调压精密铸造装置

技术领域

本发明涉及铸造专业领域，具体地，涉及一种一体式高温合金调压精密铸造装置。

背景技术

近年来，随着航空、航天、石油、化工、舰船、汽车等领域的高速发展，对高温合金薄壁铸件的要求越来越体现以下特点：(1)轻量化；(2)整体化；(3)精密化。与之相适应，高温合金复杂薄壁铸件有着巨大的发展前景。

对于高温合金薄壁铸件来讲，由液态合金表面张力引起的拉普拉斯力及粘滞力对充型的流动状态有极大的影响，提高了合金液充型的难度，极易出现各种铸造缺陷，而薄壁铸件本身复杂的结构使充型压力很难得到准确的分配，对合金液的流动缺乏有效的控制。因此，而调压铸造方法对于提高薄壁铸件质量的效果是十分明显的。利用该装置可以得到浇注***、浇注工艺等对熔体充填行为和补缩能力的影响规律，探索复杂薄壁铸件调压精密铸造浇注***设计原理与方法，实现复杂薄壁铸件的节约、高效的制造。

经对现有技术的文献检索发现：申请号为200410009617.6的中国发明专利涉及到一种调压铸造方法及调压铸造用坩埚，该专利提到所设计的调压铸造装置基本适用于铝合金等熔点较低合金，可一定程度上防止气孔、缩松的产生。但该专利的合金熔炼部分、高温密封、压力曲线调整环节等方面的设计无法满足高温合金熔模精密铸造的要求。

申请号为201310036959.6的中国发明专利涉及到一种复杂合金铝薄壁铸件铸造工艺，该装置基于铝合金铸造设计，一定程度上克服了夹渣和气孔等问题。该专利的铸件工艺是采用缝隙式和底注式相结合的浇注方式充型速度为60～80mm/s，浇注温度为715～725℃。但这种工艺对于高温合金是无法适用的，高温合金的反重力充型速度要远低于该专利的速度，且浇注温度高出该专利1倍以上。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种一体式高温合金调压精密铸造装置，可保证调压铸造过程全程在真空下进行进行，减少合金氧化的可能，实现近终净 形铸造，可显著提升薄壁铸件的充填能力。

为实现以上目的，本发明提供一种一体式高温合金调压精密铸造装置，该装置包括：温度控制***、调压炉、调压气路控制***，其中：所述温度控制***包括调压炉内测温***、电阻加热***及中频感应加热***，所述调压炉内测温***包括接触式测温***和非接触式测温***；所述调压炉由依次堆垛的上罐体、中隔板以及下罐体组成，且上罐体、中隔板、下罐体之间采用活节螺丝杆夹紧；所述调压气路控制***一端与调压炉连接、另一端与真空***和惰性气源依次相连接，用于控制调压炉内的真空度和压力；

所述接触式测温***设置于调压炉的中隔板下侧；所述非接触式测温***、所述中频感应加热***均设置于调压炉的下罐体内，中频感应加热***内置用于熔化合金坩埚，所述非接触式测温***设置于坩埚的上方，用于实时测量合金液温度；所述电阻加热***分别设置于调压炉的上罐体内与中隔板下侧，用于预热升液管及铸型，保证整个调压过程无需破除真空条件。

优选地，所述中频感应加热***由中频感应线圈、固定电极、水冷电缆、中频感应加热电源、坩埚组成，其中：中频感应线圈和坩埚设置于调压炉下罐体内部，且坩埚内置于中频感应线圈，用于熔化合金。

优选地，所述上罐体为拱顶结构，上罐体的顶部内侧焊有用以紧固、压紧砂箱的压环，上罐体的拱顶上焊有吊耳。

优选地，所述上罐体内安装有铸型和升液管，升液管穿过中隔板、电阻加热***进入下罐体的坩埚内；在铸型和上罐体的内壳中间安装有砂箱，且砂箱安装在上罐体的电阻加热***内，砂箱上端设置有压固铸型的压铁。

优选地，所述下罐体内还安装有自动升降平台，自动升降平台用于升降坩埚，用以提高合金液利用效率、减少升液管底端浸入合金液中的时间。

优选地，所述中隔板内设置有与上、下罐体定位销相对应的定位销孔。

优选的，所述上、下罐体均设有通气孔，上、下罐体通过通气孔连接到调压气路控制***。

优选地，所述电阻加热***处均设有接触式测温***，用以测量砂箱、升液管的预热温度，便于铸造过程的实行；并在坩埚的上方耐火纤维板处安装有非接触式测温***，实时测量合金的温度，便于温度控制***智能控制合金液的温度。

本发明内设有预热铸型、升液管用电阻加热***，避免了合金熔炼完成后破除 真空环境安装铸型、升液管的过程，减低合金的氧化程度；同时，下罐体内设有自动升降平台，可实时控制坩埚位置，提高合金的利用效率，同时降低升液管与合金液接触时间，提升工艺可靠性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)可有效的实现合金液、铸型、升液管的实时温度控制，提高了调压铸造过程的可操控性。

(2)杜绝了合金液产生氧化的环节，可有效降低铸件内氧化、气孔、夹杂等缺陷的产生。

(3)减少了升液管与合金液接触的时间，降低了对升液管的工艺要求，同时提高了合金液的利用率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为高温合金调压铸造装置平面布置图；

图2为高温合金调压铸造炉结构图；

图中：温度控制***1，调压炉2，调压气路控制***3，上罐体4，电阻加热***5，砂箱6，活节螺丝杆7，中隔板8，紧固螺栓9，自动升降平台10，下罐体11，压铁12，石英砂13，铸型14，通气孔15，定位销16，升液管17，接触式测温***18，耐火纤维板19，非接触式测温***20，氧化铝坩埚21，通气孔22，中频感应加热***23。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本实施例提供一种一体式高温合金调压精密铸造装置，包括三个主要部分：温度控制***1、调压炉2和调压气路控制***3，具体的：

所述温度控制***1包括接触式测温***18、非接触式测温***20、电阻加热***5及中频感应加热***23，其中：接触式测温***18固定于调压炉2的中隔板8下 侧；电阻加热***5分别固定在调压炉2的上罐体4内与中隔板8的下侧，用于预热升液管17及铸型14，保证整个调压过程无需破除真空条件；非接触式测温***20、中频感应加热***23均安装在下罐体11内，中频感应加热***23内置用于熔化合金的坩埚21，非接触式测温***20安装在坩埚21上方，用于实时测量合金液温度。

所述调压炉2包括依次堆垛的上罐体4、中隔板8和下罐体11，中隔板8将调压炉2的上罐体4和下罐体11分隔开；上罐体4、中隔板8、下罐体11之间采用8个活节螺丝杆7夹紧。

所述调压气路控制***3设置于调压炉2炉体外部，其一端与调压炉2连接，另一端与真空***、惰性气源依次相连接，用于调节调压炉2内的真空度和压力；调压气路控制***3由计算机软件控制，实现调压过程中的压力变化。

本实施例中，所述上罐体4为拱顶结构，外壁、内部压环材料选用1Cr18Ni9Ti不锈钢板，中隔板8采用16MnR压力容器专用钢，结构压力均按1.0MPa压力设计制造。中隔板8装有3个与上罐体4、下罐体11上3个定位销16相对应的定位销孔。上罐体4的顶部内侧焊有用以紧固、压紧砂箱的压环，拱顶上焊有3个供吊运用的吊耳。

本实施例中，所述上罐体4内安装铸型14和升液管17，升液管17穿过中隔板8、电阻加热***5进入下罐体11的坩埚21内；在铸型14和上罐体4的内壳中间安装有砂箱6，且砂箱6安装在上罐体4电阻加热***5内；砂箱6上端设置有压铁12用来压固铸型14。

本实施例中，所述上罐体4设有通气孔15、下罐体11设有通气孔22，通气孔15、22均连接到调压气路控制***3。

本实施例中，所述中频感应加热***23由中频感应线圈、固定电极、水冷电缆、中频感应加热电源、坩埚21组成，中频感应线圈内置有熔化合金用的坩埚21，中频感应线圈和坩埚21均设置于调压炉2的下罐体11内部，中频感应线圈经过下罐体11与中频感应加热电源连接。

本实施例中，所述下罐体11内还设置有自动升降平台10，自动升降平台10用于升降坩埚21，用以提高合金液利用效率、减少升液管17底端浸入合金液中的时间。

本实施例在升液管17、铸型14安装完毕后，利用调压气路控制***3调节调压炉2内真空度；温度控制***1预热升液管17与铸型14，熔化合金；合金达到浇注温度时利用调压气路控制***3实现调压炉2内的真空度和压力调节。

本实施例上述装置用于高温合金铸件调压铸造时，首先打开调压炉2的下罐体11，将合金装入坩埚21内，将自动升降平台10调至合适位置；安装中隔板8，将升液管17穿过中隔板8放好，升液管17凸台下侧放置耐高温密封垫；将砂箱6放置在合适位置，将铸型14放在砂箱6内与升液管17对接，升液管17凸台处包裹耐高温密封垫及氧化铝涂料；向砂箱6内倒入石英砂13，放上压铁12，位置调整合适后盖上上罐体4，将上、下罐体4、11之间锁紧，使上罐体4、下罐体11、铸型14、升液管17之间有效密封；对上罐体4、下罐体11抽真空；通过电阻加热***5预热升液管17及铸型14至合适温度后保温1小时；熔化合金至合适温度，向下罐体11内充入氩气，防止合金氧化，并使熔融合金在压差的作用下沿着升液管17压入铸型14型腔；当充型完成后，在保持上罐体4、下罐体11真空度不变的条件下，对上罐体4、下罐体11压力进行调节，即充氩气，使其压力从负压迅速转变为正压，并根据工艺需要，维持在设定的正压值；同时调整中隔板下侧电阻加热***5加热温度，防止升液管17内合金凝固；当铸件凝固完成后，立即对上、下罐体4、11卸压，使升液管17内合金液回流入坩埚21，打开上罐体4，冷却后将铸型14及石英砂13倒出、分离、将铸件脱模。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种一体式高温合金调压精密铸造装置，其特征在于，包括：温度控制***、调压炉、调压气路控制***，其中：所述温度控制***包括调压炉内测温***、电阻加热***及中频感应加热***，所述调压炉内测温***包括接触式测温***和非接触式测温***；所述调压炉由依次堆垛的上罐体、中隔板、下罐体组成，且上罐体、中隔板、下罐体之间采用活节螺丝杆夹紧；所述调压气路控制***一端与调压炉连接、另一端与真空***和惰性气源依次相连接，用于控制调压炉内的真空度和压力；

所述接触式测温***设置于调压炉的中隔板下侧；所述非接触式测温***、所述中频感应加热***均设置于调压炉的下罐体内，中频感应加热***内置用于熔化合金的坩埚，所述非接触式测温***设置于坩埚的上方，用于实时测量合金液温度；所述电阻加热***分别设置于调压炉的上罐体内与中隔板下侧，用于预热升液管及铸型，保证整个调压过程无需破除真空条件；

所述下罐体内还安装有自动升降平台，自动升降平台用于升降坩埚，用以提高合金液利用效率、减少升液管底端浸入合金液中的时间；

所述电阻加热***处均设有接触式测温***，用以测量砂箱、升液管的预热温度，便于铸造过程的实行；并在坩埚的上方耐火纤维板处安装有非接触式测温***，实时测量合金的温度，便于温度控制***智能控制合金液的温度。

2.根据权利要求1所述的一种一体式高温合金调压精密铸造装置，其特征在于，所述中频感应加热***由中频感应线圈、固定电极、水冷电缆、中频感应加热电源、坩埚组成，其中：中频感应线圈和坩埚设置于调压炉下罐体内部，且坩埚内置于中频感应线圈，用于熔化合金。

3.根据权利要求1所述的一种一体式高温合金调压精密铸造装置，其特征在于，所述上罐体为拱顶结构，上罐体的顶部内侧焊有用以紧固、压紧砂箱的压环，上罐体的拱顶上焊有吊耳。

4.根据权利要求1或3所述的一种一体式高温合金调压精密铸造装置，其特征在于，所述上罐体内安装有铸型和升液管，升液管穿过中隔板、电阻加热***进入下罐体的坩埚内；在铸型和上罐体的内壳中间安装有砂箱，且砂箱安装在上罐体内的电阻加热***中，砂箱上端设置有压固铸型的压铁。

5.根据权利要求1所述的一种一体式高温合金调压精密铸造装置，其特征在于，所述上、下罐体均设有通气孔，上、下罐体通过通气孔连接到调压气路控制***。

6.根据权利要求1所述的一种一体式高温合金调压精密铸造装置，其特征在于，所述中隔板内设置有与上、下罐体定位销相对应的定位销孔。