專利名稱：透屏機(jī)葉片電磁懸浮鑄造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種鑄造設(shè)備，特別是涉及到透屏機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)葉片的鑄造設(shè)備。
透屏機(jī)葉片需求量大，包括汽輪發(fā)電機(jī)葉片、飛機(jī)和軍艦的燃?xì)廨啓C(jī)葉片及風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片等等。由于其工作條件十分惡劣，處于高溫、高速、高載荷環(huán)境下，故對其機(jī)械性能、冶金質(zhì)量要求也是最嚴(yán)格的。這種葉片組織結(jié)構(gòu)有鍛態(tài)的及鑄態(tài)的兩種。鍛態(tài)的葉片(以汽輪機(jī)葉片為例)，加工工序繁多，要先把不銹鋼軋成厚板，再將之機(jī)械加工成矩形塊，經(jīng)熱處理后加工成葉片，大部分不銹鋼都被加工成銑屑。鑄態(tài)的葉片(以飛機(jī)渦輪機(jī)葉片為例)，是在精密鑄造模殼中實現(xiàn)定向凝固鑄成的，是上世紀(jì)50年代美國軍方研發(fā)的，效果很好，當(dāng)時使蝸輪機(jī)工作溫度提高到1000℃以上，也提高了飛機(jī)的馬荷數(shù)，現(xiàn)在仍被世界各國采用。其性能超過鍛態(tài)的葉片，缺點(diǎn)是鋼液在高溫模殼中向冷卻介質(zhì)中下降冷卻速度太慢，稍快則難以實現(xiàn)定向凝固，例如10厘米長的葉片，大約需1-2個小時才能冷卻完畢，效率很低。美國OLIN公司研究成功，用電磁成型鑄造法生產(chǎn)蝸輪機(jī)葉片，冷卻液直接噴灑在裸露的葉片上，效率提高很多，性能也提高很多。見美國專利US4612972。
電磁成型鑄造法是前蘇聯(lián)蓋茨列夫1969年研發(fā)成功，歐美各國曾在前蘇聯(lián)購得生產(chǎn)許可證，后經(jīng)過8年研究才應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中，我國101廠在前蘇聯(lián)幫助下，在1974年掌握該項技術(shù)。其技術(shù)要點(diǎn)是用單匝圓形電磁感應(yīng)器中的一次電流I1，感應(yīng)在其中間的鋁合金，使其表面產(chǎn)生二次電流I2，I2在磁場作用下，使液體鋁合金垂直站立，形成鋁錠的鑄錠方法。我國也有幾個工廠試圖用上述電磁成型鑄造法生產(chǎn)蝸輪葉片，均未取得成功。原因在于該專利自申請日至今已歷20年，其技術(shù)已較陳舊、可行性較差。
本工作的目的是提供一種鑄造設(shè)備，用以鑄造高質(zhì)量的透屏機(jī)葉片，稱為透屏機(jī)葉片電磁懸浮鑄造設(shè)備。本工作的目的是這樣實現(xiàn)的即不僅采用一個電磁感應(yīng)器來約束液體金屬，而是在此基礎(chǔ)上增加了直線電動機(jī)來增強(qiáng)約束能力，從而達(dá)到液態(tài)金屬懸浮成型為蝸輪葉片的目的。直線電動機(jī)是一種能把電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換、傳動的驅(qū)動裝置(見《直線電機(jī)技術(shù)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社)。普通電動機(jī)分為定子和轉(zhuǎn)子，與此相當(dāng)，直線電動機(jī)分為初級和次級。初級通電后能感應(yīng)次級，可以推動次級作直線運(yùn)動，在本工作中直線電動機(jī)安裝在電磁感應(yīng)器(1)之外，液態(tài)金屬作為其次級被直線電動機(jī)感應(yīng)出由下而上的行波磁場，以及由下而上的電磁推力，減輕了液態(tài)金屬的重力，從而使電磁感應(yīng)器(1)更加有效(見GB2275634A，US4905756)。
本工作能取得以下積極成果1、鑄件凝固前后不與任何固體物質(zhì)接觸，只與空氣及水接觸，因而表面光潔度可達(dá)7。
2、省略了精密鑄造模殼，因而省去了很多原材料如骨料及粘結(jié)劑、固化劑等，省去制殼工序，打箱工序，清除廢料工序，因而減輕了繁重體力勞動，改善了勞動環(huán)境。
3、葉片是小截面鑄件，加之冷卻液直接噴灑在鑄件上，得到快速冷卻的效果。提高了液固界面處的溫度梯度，可得到超細(xì)柱晶組織，機(jī)械性能將得到大幅度提高(見《定向凝固超細(xì)柱晶組織及其形成》材料工程1991年第一期 傅恒志等)。
4、以一套永久性的電磁感應(yīng)器及直線電動機(jī)而能生產(chǎn)為數(shù)眾多的葉片，將大大降低成本，縮短生產(chǎn)周期。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明


圖1為第一個實施例的正視2是圖1的俯視剖面3是第二個實施例的正視4是第二個實施例的俯視5是第二個實施例中扁平狀直線電動機(jī)的立體中1.電磁感應(yīng)器 2.餅形鐵芯 3.軛鐵 4.澆口杯 5.電控澆道 6.電感式感傳器 7.葉片液態(tài)段 8.葉片固態(tài)段 9.引出底模 10.底板 11.葉片 12.葉片薄端 13.葉片厚端 14.餅形線圈 15a.鐵芯 15b.鐵芯 16.線圈 17.耐火材料填料 18.噴水孔在圖1及圖2中，電磁感應(yīng)器(1)為紫銅管制成的多匝螺旋管狀感應(yīng)器，其橫截面并非圓形而為葉片橫截面狀。工作時通以高頻電(頻率200-400kHz、功率100千瓦)，稱為一次電流I1，其作用是能在澆入其中的鋼液的外表面，感應(yīng)出渦流，渦流在電磁感應(yīng)器(1)磁場作用下使鋼液成型為葉片狀，即葉片液態(tài)段(7)[本工作中電磁感應(yīng)器(1)下面的幾匝螺旋管內(nèi)表面上鉆有噴水孔(18)，直徑約為1.5mm，向內(nèi)下方噴射冷卻水，以冷卻里面的引出底模(9)及葉片(11)]。上述原理是蓋茨列夫1969年發(fā)明的，在實際應(yīng)用中往往遇到一些問題，主要是高頻磁場推力不足，鋼液成型不好，我國多家研究機(jī)構(gòu)均未取得成果。這也可能是鋼的比重較大，大約是鋁的三倍，另外其透磁性較大的緣故。本實施例為解決上述問題在傳統(tǒng)電磁感應(yīng)器(1)的外圍增設(shè)一個扁圓筒形直線電動機(jī)，本發(fā)明所謂扁圓筒形直線電動機(jī)是一種異形直線電動機(jī)，是在傳統(tǒng)圓筒形直線電動機(jī)的基礎(chǔ)上變形而成的。它的截面是這樣做出來的先繪制出將要生產(chǎn)的葉片的一個典型截面，以截面的外周線上的很多個點(diǎn)做圓心，以事先設(shè)計的氣隙(直線電動機(jī)內(nèi)表面到鑄件的距離)為半徑做眾多個圓弧，再作這些圓弧的公切曲線得到一個封閉曲線，形成“特定的扁圓形”，見圖2。其中軛鐵(3)、餅形鐵芯(2)及餅形線圈(14)三者水平截面都是特定扁圓形的，就組成了扁圓筒形直線電動機(jī)，軛鐵(3)起導(dǎo)磁作用另外它也是直線電動機(jī)的外殼是用低碳鋼板制成的，餅形鐵芯(2)餅形線圈(14)都有一定厚度，依次重疊安裝在軛鐵(3)之內(nèi)。澆口杯(4)為耐火材料制成，由之澆入并貯存一定量的鋼液，在其中鋼液的水平面高度保持不變。電控澆道(5)用耐火材料制成，由之澆入鋼液，在其中鋼液流量由電磁泵控制。電感式感傳器(6)作用在于感知鋼液的高度并傳達(dá)到電子計算機(jī)。由電子計算機(jī)協(xié)調(diào)引出底模(9)的下引速度V及電控澆道中的流量及電感式感傳器(6)感知的液面高度，達(dá)到控制液面高度不變的目的。葉片的冷卻是這樣實現(xiàn)的電磁感應(yīng)器(1)螺旋管下部的噴水孔(18)向內(nèi)噴灑冷卻水，冷卻引出底模(9)及葉片的下部，結(jié)果在葉片的下部形成葉片固態(tài)段(8)。另外在葉片薄端(12)附近噴水孔(18)應(yīng)鉆得低一些、少一些，在葉片厚端(13)附近要鉆得高些、密一些，以便得到均勻冷卻的效果。引出底模(9)為不銹鋼制成，其俯視輪廓與葉片固態(tài)段(8)完全同樣，其下面有一軸與引出機(jī)構(gòu)相連接，工作時引出機(jī)構(gòu)以一定的速度v向下方牽引引出底模(9)，以便鑄出葉片(11)，另外引出機(jī)構(gòu)還通過該軸向引出底模傳達(dá)一個扭矩，使之發(fā)生轉(zhuǎn)動，其角速度為ω，以便鑄出的葉片(11)有一定的螺距。由于這一螺距較小，因而旋轉(zhuǎn)的角度不需要太大，只要一個很慢的角速度ω，單純轉(zhuǎn)動引出底模(9)及葉片固態(tài)段(8)就能得到所需的螺距，條件是葉片固態(tài)段(8)生成后達(dá)到一定長度再開始扭轉(zhuǎn)，而且角速度ω與下引速度v之間有一定的比例關(guān)系，但是下引速度v并不是孤立的，它是與很多因素有關(guān)的，如冷卻速度、鋼液溫度、澆注速度等等。在比較完備的電磁鑄造中，上述各參數(shù)都應(yīng)在電子計算機(jī)控制下運(yùn)行，在本工作中，引出底模(9)及葉片固態(tài)段(8)的旋轉(zhuǎn)角速度ω也是在電子計算機(jī)控制下運(yùn)行的。底板(10)為厚電木板制成，用以承載電磁感應(yīng)器(1)及直線電動機(jī)。
圖3、圖4及圖5所示為本發(fā)明的第二個實施例，按照本發(fā)明的設(shè)計，第二個實施例是在第一實施例基礎(chǔ)上更換少數(shù)幾個零件而構(gòu)成的，即刪去餅形鐵芯(2)，餅形線圈(14)及軛鐵(3)所組成的扁圓筒形直線電動機(jī)，而代之以鐵芯(15a)、鐵芯(15b)及線圈(16)以及耐火材料填料(17)所組成的兩個異形扁平狀直線電動機(jī)，其余零件均不改變。一般的扁平狀直線電動機(jī)是矩形的，其工作面是平面的，線圈與鐵芯幾乎處于同一平面，本發(fā)明把鐵芯(15a)與鐵芯(15b)突出到線圈(16)之外，以便按設(shè)計要求在鐵芯(15a)與鐵芯(15b)上銑出凹槽，雖然兩者不同，但將其合在一起形成了特定的扁圓形空間，將它們安裝在電磁感應(yīng)器之外，而使其內(nèi)表面各點(diǎn)與葉片(11)之間有一定的氣隙，這樣就構(gòu)成了第二實施例的設(shè)備，見圖4及圖5。
本設(shè)備的操作過程1、啟動引出機(jī)構(gòu)，使引出底模(9)上升至澆口杯(4)中，并停止在其底部。2、通過電控澆道(5)澆入鋼液至規(guī)定的液面高度。3、啟動電磁感應(yīng)器(1)及直線電動機(jī)，則電磁力作用于鋼液中。4、啟動引出機(jī)構(gòu)，以一定速度v向下方牽引引出底模(9)及葉片(11)。5、當(dāng)引出底模(9)及葉片(11)下降，被冷卻液冷卻，葉片固態(tài)段(8)成長到一定長度時，令引出機(jī)構(gòu)開始以一定的角速度ω轉(zhuǎn)動引出底模(9)及葉片固態(tài)段(8)。這樣就能鑄出具有一定螺距的葉片。
由上可見，本發(fā)明的特征在于在原有的透屏機(jī)葉片電磁成形鑄造設(shè)備中的電磁感應(yīng)器之外再增加異型的直線電動機(jī)，使?jié)踩肫渲械匿撘禾幱陔p重電磁力作用下，因而能取得更好的工藝效果。
權(quán)利要求
1.透屏機(jī)葉片電磁懸浮鑄造設(shè)備是由電磁感應(yīng)裝置、引出底模、環(huán)狀噴水冷卻器、澆口杯、電控澆道、電感式感傳器組成，其特征在于液態(tài)合金是在電磁感應(yīng)器(1)及直線電動機(jī)，所產(chǎn)生雙重電磁力約束成型為葉片的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于直線電動機(jī)安裝在電磁感應(yīng)器(1)之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備其特征在于直線電動機(jī)是一個扁圓筒狀直線電動機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求3所述的扁圓筒形直線電動機(jī)，其特征在于其橫截面為特定的扁圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于直線電動機(jī)是由兩個異形的扁平狀直線電動機(jī)組成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩個異形的扁平狀直線電動機(jī)，其特征在于它們工作平面上銑出的凹槽是各不相同的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凹槽，其特征在于兩者安裝在一起形成特定的扁圓形筒狀空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于引出底模(9)能以可調(diào)速度上下移動及轉(zhuǎn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于葉片(11)是靠電磁感應(yīng)器(1)下面的噴水孔(18)噴水冷卻的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造設(shè)備，特別是涉及到透屏機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)葉片的鑄造設(shè)備。本鑄造設(shè)備的特征在于葉片是依靠電磁感應(yīng)器(1)及直線電動機(jī)雙重電磁約束而成型的。電磁感應(yīng)器(1)對鋼液施以水平推力使其成型為葉片，直線電動機(jī)對鋼液施以由下而上的電磁推力，減輕鋼液的重力，使電磁感應(yīng)器(1)的水平推力更為有效。其具體結(jié)構(gòu)是一個橫截面為葉片形的電磁感應(yīng)器(1)圍繞于鋼液之外，而在前者之外再安裝異型的直線電動機(jī)。
文檔編號B22D25/00GK101085464SQ200610087628
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者李忠炎 申請人:李忠炎