專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件調(diào)壓精密鑄造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件的調(diào)壓精密鑄造裝置，特別是一種利用調(diào)壓工藝進(jìn)行高溫合金薄壁鑄件熔模精密鑄造裝置，屬于鑄造專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航空，航天，航海，汽車(chē)，醫(yī)療及石油化工事業(yè)的高速發(fā)展，高性能，特殊材質(zhì)，高尺寸精密度及高質(zhì)量鑄件的需求日漸增加，高端精密鑄造是滿(mǎn)足這種需求的重要手段，鑄件薄壁化是現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展方向。超常規(guī)的重量要求和高尺寸精確度的高溫合金高端鑄造材料，都對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的精密鑄造裝備和技術(shù)提出挑戰(zhàn)。 例如，英國(guó)AE公司在新型航天飛行器上應(yīng)用了一系列復(fù)雜薄壁精鑄件，這些精鑄件的外形尺寸一般在300 600mm，最小壁厚達(dá)到O. 8 I. 5mm，而且可以對(duì)晶粒尺寸進(jìn)行控制，輔以熱等靜壓技術(shù)，使鑄件的疲勞壽命大幅度改善。美國(guó)Hitchiner公司、PCC公司和Howmet公司為美國(guó)GE發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造了一系列的大型薄壁整體鑄件,其中最小壁厚遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)同類(lèi)鑄件。國(guó)外在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的精密成型裝備方面有較好的基礎(chǔ)，但始終對(duì)中國(guó)實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，所以自主創(chuàng)新是我國(guó)發(fā)展大型鑄件精密鑄造技術(shù)的必由之路。在國(guó)內(nèi)，調(diào)壓鑄造作為一種先進(jìn)的鑄造工藝已經(jīng)在鋁合金大型鑄件和鎂合金大型鑄件上獲得了成功應(yīng)用。但鋁合金與鎂合金都屬于輕金屬，采用重力鑄造時(shí)需要的壓力較低比較容易實(shí)現(xiàn)。高溫合金密度較大，調(diào)壓鑄造需要的壓力大，設(shè)備制造難度較大。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類(lèi)裝置。利用該裝置可以得到調(diào)壓條件下澆注系統(tǒng)、澆注工藝和調(diào)壓參數(shù)等對(duì)熔體流態(tài)、充填行為和補(bǔ)縮能力的影響規(guī)律，探索高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件調(diào)壓精密鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法，實(shí)現(xiàn)高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件調(diào)壓精密成型技術(shù)的突破，提升我國(guó)航天航空工業(yè)領(lǐng)域大量使用的復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝備水平。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)申請(qǐng)?zhí)枮?1209399. 8的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利涉及到一種真空和保護(hù)氣體循環(huán)加壓鑄造裝置，該裝置基于鎂合金鑄造，克服了氧化的問(wèn)題、夾渣和氣孔等問(wèn)題。裝置的設(shè)計(jì)思路仍然是基于申請(qǐng)?zhí)?8106919. I專(zhuān)利提出的，加熱方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也無(wú)法滿(mǎn)足高溫合金熔模精密鑄造的要求。因?yàn)樵诟邷睾辖鸱粗亓φ{(diào)壓鑄造裝置中，升液管材質(zhì)選擇及高溫密封是兩大難題。升液管是連接調(diào)壓鑄造裝置下罐中的液態(tài)金屬和上罐中鑄型的通道，使金屬液在外加壓力作用下沿升液管充入鑄型。升液管材質(zhì)的選擇至關(guān)重要。專(zhuān)利號(hào)為200820232358. 7的實(shí)用新型專(zhuān)利涉及到一種準(zhǔn)調(diào)壓鑄造機(jī)，該專(zhuān)利提到所設(shè)計(jì)的調(diào)壓鑄造裝置成本較低，適用于鋁合金薄壁件的鑄造。但該專(zhuān)利在充型和凝固中的壓力控制不能在瞬間達(dá)到所要的壓差，未能實(shí)現(xiàn)真正意義上的壓力瞬時(shí)調(diào)節(jié)，因此命名為準(zhǔn)調(diào)壓鑄造機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件調(diào)壓鑄造裝置，以滿(mǎn)足高溫合金熔模精密鑄造的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件調(diào)壓鑄造裝置包括中頻感應(yīng)加熱電源，調(diào)壓爐、調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)、調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和氣體罐；其中調(diào)壓爐中的上下罐體通過(guò)中隔板隔開(kāi)，上、下罐體及中間隔板之間采用活節(jié)螺絲桿夾緊；中頻感應(yīng)加熱電源用于熔化合金，連接到調(diào)壓爐的下罐體；調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)設(shè)置在調(diào)壓爐上方，用于提升上罐體；調(diào)壓爐設(shè)有通氣孔，該通氣孔連接到調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)；調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)與真空系統(tǒng)、氣體罐依次相連接，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓爐內(nèi)的真空度和壓力調(diào)節(jié)。本發(fā)明中，上罐體為拱頂結(jié)構(gòu)，其中法蘭 隔板邊緣裝有與下罐體上定位銷(xiāo)相對(duì)應(yīng)的定位銷(xiāo)孔。拱頂上焊有供吊運(yùn)用的吊耳，并配有吊具。上罐體側(cè)部殼體上開(kāi)有一個(gè)抽氣或充氣孔。本發(fā)明中，上罐體內(nèi)安裝鑄型和升液管，升液管穿過(guò)中隔板進(jìn)入下罐體的氧化鋁坩堝內(nèi)。本發(fā)明中，在鑄型和上罐體的內(nèi)殼中間安裝一砂網(wǎng)。鑄型上端安放壓鐵用來(lái)壓固鑄型。本發(fā)明中，下罐體內(nèi)安裝中頻感應(yīng)線圈，中頻感應(yīng)線圈內(nèi)放置熔化合金用的氧化鋁坩堝，中頻感應(yīng)線圈經(jīng)過(guò)下罐體與中頻感應(yīng)加熱電源連接。本發(fā)明中，上罐體和下罐體分別開(kāi)有通氣孔，并在下罐體中裝有測(cè)溫?zé)犭娕?。本發(fā)明中，調(diào)壓爐外部布置有真空系統(tǒng)和調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)。調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)軟件控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓過(guò)程中的壓力變化。本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)高溫合金調(diào)壓熔模精密鑄造裝置利用真空預(yù)處理、負(fù)壓充型、調(diào)壓凝固，正壓補(bǔ)縮等手段實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)高效充型，實(shí)現(xiàn)鑄件順序凝固，可有效提升材料利用效率，實(shí)現(xiàn)近終凈形鑄造提供空間。(2)調(diào)壓鑄造裝置可以采用負(fù)壓充型，并在最小壓差原則下實(shí)現(xiàn)正壓補(bǔ)縮，因而降低了對(duì)鑄型透氣性及強(qiáng)度的要求，可生產(chǎn)出用其他成型方法難以澆注的復(fù)雜、薄壁、整體金屬鑄件，解決復(fù)雜薄壁鑄件澆注中的充填問(wèn)題。特別是對(duì)壁厚小于3mm的薄壁鑄件的充填能力有很大提升。(3)利用高溫合金復(fù)雜薄壁調(diào)壓精密鑄造裝置可以得到尺寸精度高的精密鑄件，鑄造精度可以達(dá)到CT4-CT6之間。


圖I為高溫合金調(diào)壓鑄造裝置平面布置圖。圖2為高溫合金調(diào)壓鑄造爐結(jié)構(gòu)圖。圖中中頻感應(yīng)加熱電源I，調(diào)壓爐2、電葫蘆3、調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)4、真空系統(tǒng)5，氣體罐6，鑄型7，中隔板8，上罐體9，下罐體10，活節(jié)螺絲桿11，中頻感應(yīng)線圈12，坩堝13，升液管14，砂網(wǎng)15，壓鐵16，通氣孔17和18，測(cè)溫?zé)犭娕?9。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的調(diào)壓鑄造裝置包括六個(gè)主要部分中頻感應(yīng)加熱電源1，調(diào)壓爐2、調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)、調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)4、真空系統(tǒng)5和氣體罐6。其中調(diào)壓爐2中的上下罐體通過(guò)中隔板隔開(kāi)，上、下罐體及中間隔板之間采用活節(jié)螺絲桿夾緊；中頻感應(yīng)加熱電源I用于熔化合金，連接到調(diào)壓爐2的下罐體；調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)設(shè)置在調(diào)壓爐2上方，用于提升上罐體；調(diào)壓爐2設(shè)有通氣孔，該通氣孔連接到調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)4 ;調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)4與真空系統(tǒng)5、氣體罐6依次相連接，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓爐內(nèi)的真空度和壓力調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中，中頻感應(yīng)加熱電源感應(yīng)加熱裝置由感應(yīng)圈、固定電極、水冷電纜、中頻電源、坩堝等組成。感應(yīng)線圈和坩堝置于調(diào)壓爐2下罐體10內(nèi)部。本實(shí)施例中，調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)采用電葫蘆3實(shí)現(xiàn)。上罐體9升降由位于調(diào)壓爐2正上方的電葫蘆控制。本實(shí)施例利用中頻感應(yīng)加熱電源I熔化合金，中隔板8隔開(kāi)上下兩個(gè)罐體9、10，在安裝鑄型7和升液管14時(shí)，利用電葫蘆提升上罐體9。安裝完畢，利用調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)
4、真空系統(tǒng)5和氣體罐6實(shí)現(xiàn)調(diào)壓爐內(nèi)的真空度和壓力調(diào)節(jié)。本發(fā)明的具體實(shí)施方案如下電葫蘆3置于調(diào)壓爐2正上方，中隔板8將調(diào)壓爐2的上罐體9和下罐體10分隔開(kāi)。上罐體9、下罐體10及中間隔板8之間采用8個(gè)活節(jié)螺絲桿11夾緊。上罐體9為拱頂結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁材料選用lCrl8Ni9Ti不銹鋼板，法蘭采用16MnR壓力容器專(zhuān)用鋼，結(jié)構(gòu)壓力均按I. OMPa壓力設(shè)計(jì)制造。法蘭隔板邊緣裝有2個(gè)與下罐體10上2個(gè)定位銷(xiāo)相對(duì)應(yīng)的定位銷(xiāo)孔。拱頂上焊有3個(gè)供吊運(yùn)用的吊耳，并配有吊具。側(cè)部殼體上開(kāi)有一個(gè)0 25抽氣(充氣)孔，與外部管路采用拉桿式搬把快接金屬軟管連接。下罐體10內(nèi)安裝中頻感應(yīng)線圈12，中頻感應(yīng)線圈12內(nèi)置熔化合金用的氧化鋁坩堝13，中頻感應(yīng)線圈12經(jīng)過(guò)下罐體10與中頻感應(yīng)加熱電源I連接。上罐體9內(nèi)安裝鑄型7和升液管14，升液管14穿過(guò)中隔板8進(jìn)入下罐體10的氧化鋁坩堝13內(nèi)。在鑄型7和上罐體9的內(nèi)殼中間安裝一砂網(wǎng)15。鑄型7上端安放壓鐵16用來(lái)壓固鑄型。上罐體9和下罐體10分別開(kāi)有通氣孔17和18，并在下罐體10中裝有測(cè)溫?zé)犭娕?9。調(diào)壓爐2爐體外部布置有真空系統(tǒng)5(2XZ_15真空泵、閥門(mén)、管道、過(guò)濾器、真空罐，球閥等組成)和調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)4。調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)4由計(jì)算機(jī)軟件控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓過(guò)程中的壓力變化。本實(shí)施例上述裝置用于高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件調(diào)壓鑄造時(shí)，先根據(jù)不同的模殼材料，將鑄型和升液管在外置電阻爐中預(yù)熱至400°C ^900oC ;利用電葫蘆打開(kāi)調(diào)壓爐上罐，同時(shí)將升液管穿過(guò)中隔板放好，然后在升液管的斜法蘭面上涂好脫脂棉，將鑄型放在升液管上固定好，向砂網(wǎng)內(nèi)倒入砂子，放上壓鐵將鑄型穩(wěn)固后蓋上上罐；將升液管插入下罐中的合金熔體中，立即將上下罐之間鎖緊，同時(shí)對(duì)上下罐及坩堝抽真空；當(dāng)真空度達(dá)到要求時(shí)，向下罐內(nèi)充入氬氣，防止合金氧化，并使熔融合金在壓差的作用下沿著升液管壓入鑄型型腔；當(dāng)充型完成后，在保持上下罐真空度不變的條件下，對(duì)上下罐壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，即充氬氣，使其壓力從負(fù)壓迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎?，并根?jù)工藝需要，維持在設(shè)定的正壓值；當(dāng)鑄件凝固完成后，立即對(duì)坩堝及真空罩卸壓，打開(kāi)上蓋，將鑄型及砂子倒出，并分離。冷卻后將鑄件脫模。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于包括中頻感應(yīng)加熱電源，調(diào)壓爐、調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)、調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和氣體罐；其中調(diào)壓爐中的上下罐體通過(guò)中隔板隔開(kāi)，上、下罐體及中間隔板之間采用活節(jié)螺絲桿夾緊；中頻感應(yīng)加熱電源用于熔化合金，連接到調(diào)壓爐的下罐體；調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)設(shè)置在調(diào)壓爐上方，用于提升上罐體；調(diào)壓爐設(shè)有通氣孔，該通氣孔連接到調(diào)壓爐外部的調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)；調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)與真空系統(tǒng)、氣體罐依次相連接，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓爐內(nèi)的真空度和壓力調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述上罐體為拱頂結(jié)構(gòu)，其中法蘭隔板邊緣裝有與下罐體上定位銷(xiāo)相對(duì)應(yīng)的定位銷(xiāo)孔，拱頂上焊有供吊運(yùn)用的吊耳，并配有吊具。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述上罐體側(cè)部殼體上開(kāi)有一個(gè)抽氣或充氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述上罐體內(nèi)安裝鑄型和升液管，升液管穿過(guò)中隔板進(jìn)入下罐體的坩堝內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于在所述鑄型和上罐體的內(nèi)殼中間安裝一砂網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述鑄型上端安放壓鐵用來(lái)壓固鑄型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述下罐體內(nèi)安裝中頻感應(yīng)線圈，中頻感應(yīng)線圈內(nèi)放置熔化合金用的氧化鋁坩堝，中頻感應(yīng)線圈經(jīng)過(guò)下罐體與中頻感應(yīng)加熱電源連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述上罐體和下罐體分別開(kāi)有通氣孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述下罐體中裝有測(cè)溫?zé)犭娕肌?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，其特征在于所述調(diào)壓爐外部布置有真空系統(tǒng)和調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)，調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)軟件控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓過(guò)程中的壓力變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高溫合金復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造裝置，包括中頻感應(yīng)加熱電源，調(diào)壓爐、調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)、調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和氣體罐；其中調(diào)壓爐中的上下罐體通過(guò)中隔板隔開(kāi)；中頻感應(yīng)加熱電源用于熔化合金，連接到調(diào)壓爐的下罐體；調(diào)壓爐罐體提升系統(tǒng)設(shè)置在調(diào)壓爐上方，用于提升上罐體；調(diào)壓爐設(shè)有通氣孔，該通氣孔連接到調(diào)壓爐外部的調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)；調(diào)壓氣路控制系統(tǒng)與真空系統(tǒng)、氣體罐依次相連接，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓爐內(nèi)的真空度和壓力調(diào)節(jié)。本發(fā)明可有效提升材料利用效率，實(shí)現(xiàn)近終凈形鑄造提供空間；解決復(fù)雜薄壁鑄件澆注中的充填問(wèn)題，特別是對(duì)壁厚小于3mm的薄壁鑄件的充填能力有很大提升，精度高。
文檔編號(hào)B22D18/04GK102717051SQ20121021950
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者余志文, 孫寶德, 張佼, 王俊, 王國(guó)祥, 疏達(dá), 董安平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)