CN115106500A - 一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于离心铸造设备技术领域，具体为一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，包括位于真空离心铸造室上方且与驱动机构相连接的感应熔炼线圈，感应熔炼线圈连接超频电源；真空离心铸造室上盖中部设有坩埚架，坩埚架内设有带有预开口底部的一次性坩埚；坩埚内设有铸锭，通过浇道与离心铸造模壳相连通；熔炼过程中驱动机构带动感应熔炼线圈向下移动，自上而下移动对铸锭进行感应熔炼加热使铸锭从上而下逐步熔化，整个铸锭完全熔化后，合金液从坩埚预开口的底部浇注入模壳中，进行离心铸造，本发明为不同熔炼阶段提供不同热源，实现了浇注过程中合金液的整体温度均匀且精确可控，减少了离心铸造设备的体积和设备复杂程度，提高了铸件质量。

Description

一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置
技术领域
本发明属于离心铸造设备技术领域，具体涉及一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置。
背景技术
离心铸造是借助铸型的高速旋转，使铸型内的金属液做离心运动充满铸型并形成铸件的技术方法。离心铸造最初用于生产铸管，以铸铁管、内燃机缸套和轴套等铸件的生产最为普遍。随着技术的发展，一些小型异形铸件，如小型阀门、电机转子、叶轮等也开始采用熔模熔铸+离心浇注的方法进行生产。
传统的离心铸造的感应熔炼过程主要依靠感应线圈通电加热坩埚中预置的金属合金锭，待合金锭完全熔化为合金液后，将坩埚倾转，使合金液流入浇道中实现离心铸造，如CN111842845A和CN105710331A公开的。该过程中存在的问题主要有：在熔炼过程中，由于加热时磁感线的分布存在一定的不均匀，导致坩埚内合金液的温度场不均匀且无明显规律，其次熔炼的夹渣浮在金属液表面，随着坩埚倾转一起进入铸件中，导致铸件夹杂物含量高，铸件性能下降；其次在坩埚倾转过程中，感应线圈难以持续加热合金液，合金液温度下降，浇注温度难以精确控制，同时因为坩埚不同倾转角度倾倒出的金属液质量不同，合金液的浇注速度难以控制，增加了铸件质量的不确定性，因而不适合高精度复杂薄壁形状工件的离心铸造成形，同时为了给浇注***留出倾倒空间，以及加装倾倒机构会显著增加离心铸造设备的体积和设备复杂程度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，搭配底部开口的陶瓷纤维坩埚，可以实现金属液从坩埚底部浇注入模壳中，进行离心铸造成型。
为实现上述目的，本发明完整的技术方案包括：
一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，包括可移动感应熔炼线圈，所述感应熔炼线圈位于真空离心铸造室上方，通过线圈固定支架与驱动机构相连接，所述驱动机构通过传动杆带动支架和感应熔炼线圈上下移动，感应熔炼线圈连接超频电源；
真空离心铸造室的上盖中部设有坩埚架，坩埚架内设有一次性坩埚；一次性坩埚内放置有感应熔炼用的铸锭，一次性坩埚带有预开口的底部，并通过浇道与离心铸造的模壳相连通；
熔炼过程中感应熔炼线圈接通超频电源，驱动机构带动感应熔炼线圈向下移动进入一次性坩埚所在的区域，自上而下移动对铸锭进行感应熔炼加热，使铸锭从上而下逐步熔化，整个铸锭完全熔化后，合金液从一次性坩埚预开口的底部浇注入模壳中，进行离心铸造。
优选的，所述驱动机构固定于真空离心铸造设备的机架上方。
优选的，所述驱动机构为液压缸或电机。
优选的，所述一次性坩埚外侧套设有透明观察室，用以观测一次性坩埚内熔体情况。
优选的，所述透明观察室为透明石英罩。
优选的，所述透明观察室顶部设有红外温度计，用以实时监测铸锭熔炼过程的温度变化。
优选的，所述感应熔炼线圈在浇注过程中保持加热。
优选的，熔炼过程中一次性坩埚内上方合金液温度高于下方合金液。
本发明相对于现有技术的优点在于：
1.本发明的感应熔炼线圈在熔炼过程中自上而下移动对坩埚内的铸锭进行感应加热，为不同熔炼阶段提供不同热源，使合金铸锭从上而下逐步实现熔化，浇注过程合金液一直在线圈加热中，保证合金液在浇注过程中浇注温度的一致性，且合金液不发生断流，同时上方金属液温度略高于下方金属液，实现由上而下的一定温度梯度，浇注过程中下方合金液先进入模壳，上方金属液后进入，因此通过控制线圈的移动速度、加热功率的大小以及实时的红外测温装置实现了对合金液的均匀性和最终浇注温度的控制，提高了铸件质量。
2.感应熔炼线圈到达最底部的时候，整个铸锭完全熔化，金属液从一次性坩埚底部预开口的底部浇注入模壳中，底注式浇注保证了合金液的纯净化和充型能力，低密度夹渣和气泡有充足时间上浮，减少气孔和夹杂缺陷的产生，保证了熔体纯净度，进一步提高了铸件质量，降低了铸锭的加工成本。
3.无需留出倾倒空间和倾倒机构，减少了离心铸造设备的体积和设备复杂程度。
4.感应熔炼***设有红外温度计，通过红温度计实时检测铸锭熔化状态，实现了熔炼—浇铸的自动化控制过程。
附图说明
图1为本发明可移动感应加热装置的俯视图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为可移动感应加热装置所适配的离心铸造设备整体结构示意图。
图中：1-液压缸，2-机架，3-感应熔炼线圈，4-铸造室上盖，5-电磁阀，6-真空计，7-离心铸造室，8-工装板，9-定位销，10-透明石英罩，11-坩埚，12-坩埚架，13-模壳压板，14-转盘，15-可调固定座，16-模壳，17-磁流体密封，18-磁性联轴器，19-回弹式滑块，20-铸造室壳体，21-电动旋转轴。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅作为例示，并非用于限制本次申请。
一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，如图1-3所示，所述可移动感应加热装置安装于真空离心铸造设备上，包括可移动感应熔炼线圈3，所述感应熔炼线圈3通过线圈固定支架与液压缸1相连接，线圈与线圈固定支架通过法兰和螺钉连接，所述液压缸1固定于真空离心铸造设备的机架2上方，液压缸1可通过传动杆带动支架和感应熔炼线圈3上下移动，所述感应熔炼线圈位于离心铸造室7的铸造室上盖4上方，感应熔炼线圈通过水冷电缆连接70KW大功率超频（80-200khz）电源；
感应熔炼线圈内部设有一次性坩埚11，坩埚架12设在真空离心铸造室上盖4的中部，用于支撑一次性坩埚11；一次性坩埚11带有预开口的底部，并通过浇道与离心铸造的模壳16相连，坩埚11内放设有感应熔炼用的铸锭，坩埚外侧套设有透明石英罩10，透明石英罩10顶部设有红外温度计，红外温度计实时监测铸锭熔炼过程的温度变化。
采用本发明可移动感应加热装置进行加热的方法为：感应熔炼线圈连接大功率超频电源，随后将线圈自上而下移动对铸锭内的铸锭进行感应熔炼，熔炼过程中随着线圈由上而下移动，使得铸锭从上而下逐步实现熔化，这样在感应熔炼线圈到达最底部的时候，整个铸锭完全熔化，金属液从一次性坩埚底部预开口的底部流入模壳中，进行离心铸造，由于熔炼过程中线圈由上而下移动，导致上方金属液温度略高于下方金属液，实现由上而下的一定温度梯度，同时从坩埚底部流入模壳，相对于现有的倾倒式坩埚，合金液一直在线圈加热中，可以快速、完全熔化母合金铸锭，保证金属液在浇注过程中不断流。同时感应熔炼线圈的移动速度对于整个铸造工艺具有非常关键的作用，移动速度过快，则铸锭不能充分熔化，过热度较低，合金液粘度大，合金液纯净度下降，容易引起薄壁部位欠浇，最后凝固部分补缩差，容易产生缩松缩孔缺陷；若移动速度过慢，则会导致浇注温度过高，增加了加热功率与时间，且温度梯度过大易使晶粒粗化。
因此本发明采用如下的方式对线圈的移动速度进行控制：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 218212DEST_PATH_IMAGE002
为线圈向下移动速度，单位为m/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为线圈加热功率，单位为W；
Figure 604194DEST_PATH_IMAGE004
为线圈的移动行程，单位为m；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为铸造所用合金换算后的相变潜热，单位为J/Kg；
Figure 852773DEST_PATH_IMAGE006
为铸造所用合金的浇注过热度，单位为℃；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为铸造所用合金的液态比热容，单位为J/(Kg·℃)；
Figure 716824DEST_PATH_IMAGE008
为铸锭质量，单位为Kg；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为加热损耗系数，取值范围为0.3~0.9。
本发明的可移动感应加热装置，感应熔炼***设有红外温度计和可上下移动的感应熔炼线圈。通过红温度计实时检测铸锭熔化状态，实现了熔炼—浇铸的自动化控制过程。感应熔炼线圈连接大功率超频电源，利用感应线圈的上下移动为熔炼阶段提供不同热源，实现铸锭快速熔炼过程同时实现铸锭由上至下、由外到内的熔化过程，保证金属液在充型过程中可以平稳度、连续不断的从坩埚底部流入模壳内。
下面对与可移动感应加热装置相配对的离心铸造设备进一步说明。
本发明移动感应加热装置配合使用的离心铸造设备，包括真空离心铸造室7，铸造室侧壁设有电磁阀5，外接真空泵，并设有真空计6，保证整个熔炼和成型过程的真空环境；离心铸造室7上方设有坩埚架，可放置一次性坩埚11，坩埚11的底部设有用于浇注的预开口，坩埚11与模壳16的中心线对齐，便于合金液从坩埚底部流入模壳16。
模壳16由可调固定座15、模壳压板13和定位销9固定在转盘14上；模壳压板13上方设有回弹式滑块19，当转盘14旋转时，回弹式滑块19会自动锁死，起到紧固模壳16的作用；转盘14通过磁性联轴器18与电动旋转轴21连接，转盘14与铸造室之间用磁流体密封17，可实现转盘14独立于铸造室壳体20实现相对转动。
采用上述感应熔炼方法相对应进行离心铸造的过程为：预热模壳-封装铸造室-抽真空-快速感应熔炼-浇注与成型-破真空冷却。真空度符合要求后，真空离心铸造室通过工装板8和磁性联轴器组装到电动旋转轴上。感应熔炼线圈连接大功率超频电源，将线圈自上而下移动，以快速、完全熔化母合金铸锭，保证金属液在浇注过程中不断流。浇注时，提前使转盘模壳达到预定的转速，合金液加热到浇注温度时，从坩埚预开口流入旋转的模壳中，使熔体在离心力的作用下凝固成型。待铸件凝固后，拆卸整个真空离心铸造室，进行破真空冷却。
本离心铸造设备采用可独立抽真空的离心铸造封装结构，在熔炼浇注成型过程中，可以封装下一组离心铸造室，并进行预热和抽真空处理，待拆卸上一组封装结构后，更换预处理好的封装结构，继续进行快速感应熔炼和浇注过程，如此重复操作，实现高温合金铸件的流水生产。既缩短抽真空时间，又实现预热、抽真空过程和熔炼、浇注成型过程的双线程流水作业，使整个工艺流程成为一个闭环***，极大的提高了工作效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述可移动感应加热装置包括可移动感应熔炼线圈，所述感应熔炼线圈位于真空离心铸造室上方，通过线圈固定支架与驱动机构相连接，所述驱动机构通过传动杆带动支架和感应熔炼线圈上下移动，感应熔炼线圈连接超频电源；
真空离心铸造室的上盖中部设有坩埚架，坩埚架内设有一次性坩埚；一次性坩埚内放置有感应熔炼用的铸锭，一次性坩埚带有预开口的底部，并通过浇道与离心铸造的模壳相连通；
熔炼过程中感应熔炼线圈接通超频电源，驱动机构带动感应熔炼线圈向下移动进入一次性坩埚所在的区域，自上而下移动对铸锭进行感应熔炼加热，使铸锭从上而下逐步熔化，整个铸锭完全熔化后，合金液从一次性坩埚预开口的底部浇注入模壳中，进行离心铸造。
2.根据权利要求1所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述驱动机构固定于真空离心铸造设备的机架上方。
3.根据权利要求1或2所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述驱动机构为液压缸或电机。
4.根据权利要求1所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述一次性坩埚外侧套设有透明观察室，用以观测一次性坩埚内熔体情况。
5.根据权利要求4所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述透明观察室为透明石英罩。
6.根据权利要求4所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述透明观察室顶部设有红外温度计，用以实时监测铸锭熔炼过程的温度变化。
7.根据权利要求6所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，所述感应熔炼线圈在浇注过程中保持加热。
8.根据权利要求7所述的一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置，其特征在于，熔炼过程中一次性坩埚内上方合金液温度高于下方合金液。
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