專利名稱：一種基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
真空差壓鑄造工藝是一種先進(jìn)的反重力精密成形方法，其主要具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)易于獲得外形完整、組織致密的鑄件。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(shí)鑄件在很高的壓力(0.6Mpa)下凝固(補(bǔ)縮能力是低壓鑄造的4-5倍)，能獲得比較致密的組織。(2)減少鑄件氣孔、針孔缺陷。(3)明顯減少大型復(fù)雜薄壁鑄件凝固時(shí)的熱裂傾向。(4)真空差壓鑄造可減少凝固時(shí)間20%-25%，其晶粒也有所細(xì)化。西北工業(yè)大學(xué)已為航空航天企業(yè)開發(fā)了多套調(diào)壓鑄 造等反重力鑄造設(shè)備，解決了一些型號(hào)項(xiàng)目的關(guān)鍵問題。此后，我國(guó)其他一些高等院校如南昌航空大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽工業(yè)學(xué)院等單位在差壓鑄造設(shè)備和工藝日趨成熟的基礎(chǔ)上，也在研究和開發(fā)差壓鑄造和真空差壓鑄造設(shè)備。真空差壓鑄造技術(shù)可適用于金屬型、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(shù)已經(jīng)比較成熟。近年來，航空工業(yè)領(lǐng)域各種型號(hào)的鑄件向著復(fù)雜化、精密化、薄壁化、輕量化、整體化的方向發(fā)展，鑄件的形狀越來越復(fù)雜，成形質(zhì)量要求越來越高。航空關(guān)鍵零部件如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣體、整體葉盤等產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)水平越來越高,這類型鑄件往往由幾個(gè)大的平面和曲面組成，內(nèi)、外形狀壁厚不均勻，特別是孔腔、油路及油路彎道多，且致密度要求很高，必須進(jìn)行很高的壓力實(shí)驗(yàn)，保證不滲漏。對(duì)于某一型號(hào)鑄件，產(chǎn)品定型需要多次試制和改進(jìn)，采用傳統(tǒng)的制造工藝和技術(shù)不僅很難滿足鑄件的質(zhì)量和精度要求，而且試制周期長(zhǎng)，耗資大。采用鑄型預(yù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統(tǒng)，它具有減少鑄造缺陷、提聞鑄件成形質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種基于超聲振動(dòng)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(fā)生器安裝法蘭、超聲發(fā)生器發(fā)射頭、下壓力罐進(jìn)氣口、超聲發(fā)生裝置控制器、上壓力罐進(jìn)氣口、直通管、超聲發(fā)生器變幅桿和超聲發(fā)生裝置，其特征在于上壓力罐內(nèi)設(shè)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(cè)壁上連有上壓力罐進(jìn)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(cè)壁上連有下壓力罐進(jìn)氣口，下壓力罐內(nèi)設(shè)有保溫熔化爐，保溫熔化爐固定在底座上，升液管的一端位于保溫熔化爐內(nèi)，另一端連接在鑄型上，位于鑄型安裝板和中間隔板之間的升液管一側(cè)設(shè)有超聲發(fā)生裝置，超聲發(fā)生裝置連接超聲發(fā)生器安裝法蘭，超聲發(fā)生裝置是由超聲發(fā)生器發(fā)射頭、超聲發(fā)生器變幅桿和超聲發(fā)生裝置控制器構(gòu)成，其中超聲發(fā)生器變幅桿的一端連接超聲發(fā)生器發(fā)射頭，另一端連接超聲發(fā)生裝置控制器。一種基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造裝置的氣路系統(tǒng)，它包括直通管、上壓力罐進(jìn)氣管、下壓力罐進(jìn)氣管、卸壓閥、真空閥、真空泵、儲(chǔ)氣罐、上壓力罐開關(guān)閥、下壓力罐開關(guān)閥、直通開關(guān)閥、上壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥、下壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥和連通閥，其特征在于上壓力罐進(jìn)氣管的起始端連接上壓力罐進(jìn)氣口，下壓力罐進(jìn)氣管的起始端連接下壓力罐進(jìn)氣口，直通管的末端連接在儲(chǔ)氣罐上，直通管上連有直通開關(guān)閥，上壓力罐進(jìn)氣管的末端連接在儲(chǔ)氣罐上，上壓力罐進(jìn)氣管上從左向右依次串聯(lián)有上壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥和上壓力罐開關(guān)閥，下壓力罐進(jìn)氣管的末端連接在儲(chǔ)氣罐上，下壓力罐進(jìn)氣管上從左向右依次串聯(lián)有下壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥和下壓力罐開關(guān)閥，上壓力罐進(jìn)氣管的起始端和下壓力罐進(jìn)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(lián)。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明將超聲發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲波作用于金屬液，一方面超聲振動(dòng)刻可以有效的排除金屬液內(nèi)部產(chǎn)生的氣體，增加金屬液在充型過程中的流動(dòng)性能；另一方面，超聲振動(dòng)產(chǎn)生的“空化”效應(yīng)也將使得凝固枝晶斷裂，細(xì)化晶粒，減少鑄造缺陷，提高鑄件成形質(zhì)量。本發(fā)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(wěn)，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(dòng)從而有效的對(duì)鑄件進(jìn)行細(xì)化；該系統(tǒng)將兩方面有效的結(jié)合，從而提高鑄件的質(zhì)量，滿足制件性能要求。


圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的氣路等效圖。圖3為基于超聲振動(dòng)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(fā)生器安裝法蘭11、超聲發(fā)生器發(fā)射頭12、下壓力罐進(jìn)氣口 13、超聲發(fā)生裝置控制器14、上壓力罐進(jìn)氣口15、直通管16、超聲發(fā)生器變幅桿17、超聲發(fā)生裝置18、卸壓閥19、真空閥20、真空泵21、儲(chǔ)氣罐22、上壓力罐開關(guān)閥23、下壓力罐開關(guān)閥24、直通開關(guān)閥25、上壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥 26、下壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥27、連通閥28、下壓力罐進(jìn)氣管29、上壓力罐進(jìn)氣管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體工作方式作進(jìn)一步詳細(xì)的闡述，擬從基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造主體結(jié)構(gòu)及基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造工藝2個(gè)方面進(jìn)行詳解；
(I)基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造王體結(jié)構(gòu)
如圖1所示，基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造主體結(jié)構(gòu)主要是由上壓力罐1、中間隔板5和下壓力罐7構(gòu)成，中間隔板5將主體部分分隔成上下單獨(dú)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(fù)責(zé)融化金屬獲取金屬液，同時(shí)在下壓力罐7側(cè)面具有下壓力罐進(jìn)氣口 12，用于下壓力罐7提供并調(diào)節(jié)壓力
Pr。在上壓力罐I中包含有超聲發(fā)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固定于中間隔板5上，升液管9通過法蘭安裝于鑄型安裝板3上面，并穿過中間隔板5伸入下壓力罐7的保溫爐熔化爐6中，用于將金屬液導(dǎo)入鑄型2的型腔中，超聲發(fā)生裝置17通過超聲發(fā)生器安裝法蘭10將超聲發(fā)生器發(fā)射頭11固定于坩堝側(cè)壁，將前端部分伸入金屬液中，并通過超聲發(fā)生器變幅桿16連接至超聲發(fā)生裝置控制器13，整個(gè)超聲發(fā)生裝置17位于鑄型安裝板3和中間隔板5之間，從而使金屬液進(jìn)入鑄型2前將超聲源帶入鑄件中。在上壓力罐I側(cè)面有2根進(jìn)氣口，直通管15和上壓力罐進(jìn)氣口 14，其中直通管15用于直接通氣，主要是由于上壓力罐I提壓較大，需要的
壓力氣體較多，而上壓力罐進(jìn)氣口 14則主要用于調(diào)節(jié)提供并調(diào)節(jié)上壓力罐I中的壓力^。(2)基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造工藝
如圖2所示，上壓力罐進(jìn)氣管29的起始端連接上壓力罐進(jìn)氣口 14，下壓力罐進(jìn)氣管28的起始端連接下壓力罐進(jìn)氣口 12，直通管15的末端連接在儲(chǔ)氣罐21上，直通管15上連有直通開關(guān)閥24，上壓力罐進(jìn)氣管29的末端連接在儲(chǔ)氣罐21上，上壓力罐進(jìn)氣管29上從左向右依次串聯(lián)有上壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥25和上壓力罐開關(guān)閥22，下壓力罐進(jìn)氣管29的末端連接在儲(chǔ)氣罐21上，下壓力罐進(jìn)氣管28上從左向右依次串聯(lián)有下壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥26和下壓力罐開關(guān)閥23，上壓力罐進(jìn)氣管29的起始端和下壓力罐進(jìn)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(lián)?；诔曊駝?dòng)的真空差壓鑄造工藝主要包括5個(gè)階段:抽真空、超聲振動(dòng)充型、超聲振動(dòng)升壓、超聲振動(dòng)保壓和卸壓，其中超聲則主要在充型、升壓和保壓3個(gè)階段施加，用于提高充型能力和鑄件成形質(zhì)量，如圖3。其具體實(shí)施過程為:
1)抽真空:將下壓力罐進(jìn)氣管28和上壓力罐進(jìn)氣管29之間的連通閥27打開，此時(shí)上 壓力罐I和下壓力罐7中的壓力P上和P下都為,即環(huán)境壓力，同時(shí)打開真空閥19和
真空泵20，將主體內(nèi)部的氣體排出，根據(jù)零件的大小不同，將使得Ρ±= =1-1OKPa;然后
將真空閥19、真空泵20和連通閥27關(guān)閉，進(jìn)入下一階段超聲振動(dòng)充型；
2)超聲振動(dòng)充型:打開下壓力罐開關(guān)閥23和下壓力罐調(diào)節(jié)閥26，儲(chǔ)氣罐21對(duì)下壓力
罐7充入氣體，此時(shí)下壓力罐7和上壓力罐I將形成一個(gè)壓差Pt-Pj- = AP,金屬液在
壓力作用下將由升液管9并經(jīng)過超聲發(fā)生器發(fā)射頭11后進(jìn)入鑄型2中，其中ΔΡ的大小與
金屬種類、鑄型2大小和阻力系數(shù)有關(guān)，一般取值在10-50KPa ;在通入壓力氣體的同時(shí)，打開超聲發(fā)生裝置控制器13，經(jīng)過超聲發(fā)生器變幅桿16由超聲發(fā)生器發(fā)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:恒定的功
率，或者采用三角函數(shù)模式，或者采用矩形模式，或者采用脈沖模式(時(shí)有時(shí)無)，功率可在1Wmas和Wmk之間變化，形成強(qiáng)度不斷變化的超聲源，從而加大超聲振動(dòng)效果，降低金屬液的粘度，提高充型能力。3)超聲振動(dòng)升壓階段:超聲施加方面繼續(xù)保持超聲發(fā)生裝置17電源打開，并且可
以改變不同的超聲施加方式，同時(shí)也可以通過改變Wms和Wfflffl的大小來加強(qiáng)或減小超
聲源的強(qiáng)度。壓力氣體加入方面，打開上壓力罐開關(guān)閥22和上壓力罐調(diào)節(jié)閥25，上壓力罐I和下壓力罐7通過各自的調(diào)節(jié)閥同時(shí)升壓，保持設(shè)定的下壓力罐7和上壓力罐I壓差為ΔΡ,由于上壓力罐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(guān)閥對(duì)上壓力罐I進(jìn)行補(bǔ)壓，當(dāng)下罐壓力7達(dá)到保壓壓力Pr = Pu時(shí)，進(jìn)入保壓階段，關(guān)閉氣體通
入閥門，此時(shí)一般選擇#^為200-600KPa左右，構(gòu)建壓力時(shí)間在l_2min左右。4)超聲振動(dòng)保壓階段:與超聲振動(dòng)充型和超聲振動(dòng)升壓階段一樣，繼續(xù)保持超聲發(fā)生裝置17電源打開，并且可以改變不同的超聲施加方式，同時(shí)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,由于設(shè)備密封問題，上壓力罐I和下壓力罐7的和會(huì)有小波動(dòng)，應(yīng)通過各自的
調(diào)節(jié)閥適當(dāng)?shù)难a(bǔ)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(xù)持續(xù)時(shí)間為l_30min左右。5)卸壓:當(dāng)金屬液完全凝固后，關(guān)閉超聲發(fā)生裝置17，同時(shí)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(fù)為^壓，再打開上壓力罐1，取出鑄 件。
權(quán)利要求
1.一種基于超聲振動(dòng)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(fā)生器安裝法蘭、超聲發(fā)生器發(fā)射頭、下壓力罐進(jìn)氣口、超聲發(fā)生裝置控制器、上壓力罐進(jìn)氣口、直通管、超聲發(fā)生器變幅桿和超聲發(fā)生裝置，其特征在于上壓力罐內(nèi)設(shè)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(cè)壁上連有上壓力罐進(jìn)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(cè)壁上連有下壓力罐進(jìn)氣口，下壓力罐內(nèi)設(shè)有保溫熔化爐，保溫熔化爐固定在底座上，升液管的一端位于保溫熔化爐內(nèi)，另一端連接在鑄型上，位于鑄型安裝板和中間隔板之間的升液管一側(cè)設(shè)有超聲發(fā)生裝置，超聲發(fā)生裝置連接超聲發(fā)生器安裝法蘭，超聲發(fā)生裝置是由超聲發(fā)生器發(fā)射頭、超聲發(fā)生器變幅桿和超聲發(fā)生裝置控制器構(gòu)成，其中超聲發(fā)生器變幅桿的一端連接超聲發(fā)生器發(fā)射頭，另一端連接超聲發(fā)生裝置控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造裝置的氣路系統(tǒng)，它包括直通管、上壓力罐進(jìn)氣管、下壓力罐進(jìn)氣管、卸壓閥、真空閥、真空泵、儲(chǔ)氣罐、上壓力罐開關(guān)閥、下壓力罐開關(guān)閥、直通開關(guān)閥、上壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥、下壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥和連通閥，其特征在于上壓力罐進(jìn)氣管的起始端連接上壓力罐進(jìn)氣口，下壓力罐進(jìn)氣管的起始端連接下壓力罐進(jìn)氣口，直通管的末端連接在儲(chǔ)氣罐上，直通管上連有直通開關(guān)閥，上壓力罐進(jìn)氣管的末端連接在儲(chǔ)氣罐上，上壓力罐進(jìn)氣管上從左向右依次串聯(lián)有上壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥和上壓力罐開關(guān)閥，下壓力罐進(jìn)氣管的末端連接在儲(chǔ)氣罐上，下壓力罐進(jìn)氣管上從左向右依次串聯(lián)有下壓力罐壓力調(diào)節(jié)閥和下壓力罐開關(guān)閥，上壓力罐進(jìn)氣管的起始端和下壓力罐進(jìn)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(lián)。
全文摘要
一種基于超聲振動(dòng)的真空差壓鑄造裝置及其氣路系統(tǒng)，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(fā)生裝置和底座等組成，用于提供金屬液，升液管用于連接保溫爐熔化爐與鑄型型腔，鑄型放置在上壓力罐中，并安裝在鑄型安裝板上，超聲發(fā)生裝置放在上壓力罐中，位于鑄型安裝板與中間隔板之間，固定在升液管上，并采用法蘭進(jìn)行密封；本發(fā)明將超聲發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲波作用于金屬液，一方面超聲振動(dòng)排除金屬液內(nèi)部產(chǎn)生的氣體，增加金屬液流動(dòng)性能；另一方面，超聲振動(dòng)使得凝固枝晶斷裂，細(xì)化晶粒，減少鑄造缺陷，提高鑄件成形質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22D27/04GK103071777SQ20121057790
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者蘆剛, 嚴(yán)青松, 盧百平, 余歡, 蔡長(zhǎng)春, 熊博文, 張守銀 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)