本發(fā)明屬鑄造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種真空調(diào)速澆注過(guò)程的移動(dòng)探針測(cè)速方法與裝置。

背景技術(shù)：

鋁合金及鎂合金因其比強(qiáng)度大、質(zhì)量輕，鑄造性能良好等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域，并在這些領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。伴隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，也不斷地對(duì)鋁合金及鎂合金的性能提出更高的要求。

由于鋁合金及鎂合金中的鋁元素和鎂元素均為化學(xué)性質(zhì)極為活潑的元素，很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)而被氧化。因此，在鋁合金及鎂合金的澆注過(guò)程中，如果能夠保證熔體不與或者少與空氣接觸，就能減少合金在澆注過(guò)程中的氧化，減少合金熔體內(nèi)的氧化夾雜，從而最終減少合金鑄件的缺陷，提高合金鑄件的性能。同時(shí)，如果能夠在澆注時(shí)實(shí)現(xiàn)合金的精確定量，就能提高材料的利用率，減少原材料的浪費(fèi)，減少鑄件成型后的二次加工，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，在某些鑄造方法中，如擠壓鑄造，澆注過(guò)程中由于澆注速度控制不當(dāng)，非常容易出現(xiàn)金屬熔體飛濺，造成充型的不穩(wěn)定并造成安全隱患，同時(shí)也影響了設(shè)備的使用壽命，是影響鑄件質(zhì)量的重要因素之一，而要解決飛濺問(wèn)題，則需要實(shí)現(xiàn)金屬熔體澆注速度的精確控制，使金屬熔體可以在可控條件下充型，但在實(shí)際生產(chǎn)中，熔體的攝取和澆注口要反復(fù)執(zhí)行從保溫容器攝取-模具或者壓室澆注的過(guò)程，此過(guò)程中攝取和澆注口非常容易出現(xiàn)熔體凍結(jié)的現(xiàn)象，使?jié)沧⒖诿娣e出現(xiàn)變化，因而導(dǎo)致在基于理想狀況的澆注參數(shù)發(fā)生偏移，同時(shí)澆注過(guò)程通常在高溫密封的環(huán)境下進(jìn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控具有非常大的難度，因而實(shí)現(xiàn)一種澆注過(guò)程中對(duì)澆注速度的快捷、方便的實(shí)時(shí)測(cè)定方法具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種真空調(diào)速澆注過(guò)程的移動(dòng)探針測(cè)速方法與裝置。

本發(fā)明完整的技術(shù)方案包括：

所述的裝置包括密封容器，所述密封容器用于在熔煉爐或保溫爐處實(shí)現(xiàn)金屬熔體攝取，并在模具或者壓室處實(shí)現(xiàn)金屬熔體的澆注，在所述的密封容器內(nèi)部設(shè)有可移動(dòng)的內(nèi)部金屬液面探針，所述內(nèi)部金屬液面探針與機(jī)械移動(dòng)裝置連接，可以實(shí)現(xiàn)軸向上的精確移動(dòng)，所述內(nèi)部金屬液面探針與反饋信號(hào)接收裝置電連接。

所述移動(dòng)探針測(cè)速裝置還包括用于實(shí)現(xiàn)金屬熔體攝取和澆注的氣動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

利用所述裝置進(jìn)行澆注過(guò)程實(shí)時(shí)測(cè)速的方法，其中測(cè)速是指能夠在澆注過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封容器內(nèi)合金熔體液面的下降速度，其特征在于，

澆注開(kāi)始時(shí)，金屬熔體液面高度高于探針，此時(shí)探針位于液面以下并處于連通狀態(tài)，此時(shí)按預(yù)設(shè)參數(shù)開(kāi)始澆注，熔體液面下降，探針與熔體分離，此時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并設(shè)此時(shí)密封容器內(nèi)合金熔體液面的高度是h₁，經(jīng)過(guò)Δt的時(shí)間，控制系統(tǒng)控制機(jī)械移動(dòng)裝置帶動(dòng)內(nèi)部金屬液面探針快速向下移動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間Δt′，所述內(nèi)部金屬液面探針再次與合金熔體液面接觸，此時(shí)內(nèi)部金屬液面探針高度是h₂，即監(jiān)測(cè)到合金熔體液面高度是h₂，液面下降高度為Δh，Δh可由機(jī)械移動(dòng)裝置實(shí)時(shí)得到，

根據(jù)如下公式計(jì)算此過(guò)程中熔體的實(shí)際澆注速度v_2r：

式中，P₁為密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強(qiáng)，ρ為合金熔體的密度，P₀為大氣壓，g為重力加速度。v_1r為密封容器內(nèi)合金熔體液面的實(shí)際下降速度，v_2r為合金熔體出口處的實(shí)際流速。

當(dāng)合金熔體液面繼續(xù)下降，重復(fù)上述過(guò)程，得到各階段實(shí)際的澆注速度。

上述計(jì)算由所述控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)完成。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明使用可移動(dòng)的內(nèi)部金屬液面探針對(duì)密封容器內(nèi)部的合金熔體液面高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)計(jì)算得到合金熔體的澆注速度。判斷澆注速度是否過(guò)快或者過(guò)慢，從而判斷設(shè)備是否出現(xiàn)問(wèn)題，在澆注過(guò)程中合金熔體是否會(huì)產(chǎn)生卷氣或者氧化夾雜等問(wèn)題，便于澆注過(guò)程中問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和解決。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的移動(dòng)探針測(cè)速裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的真空調(diào)速澆注過(guò)程的精確調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的抽真空裝置和壓縮氣體填充裝置氣路控制系統(tǒng)示意圖。

圖4為本發(fā)明的攝取合金熔體過(guò)程示意圖。

其中，1—機(jī)械裝置；2—固定裝置；3—?dú)飧祝?—真空調(diào)速定量澆注裝置；5—反饋信號(hào)接收裝置；6—控制系統(tǒng)；7—合金熔體；8—爐體；9—壓室或者模具；31—活塞桿；32—連接桿；41—密封容器；42—內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置；43—關(guān)閉塞；44—外部金屬液面探針；45—抽真空裝置；46—壓縮氣體填充裝置；411—容器罐；412—容器罐底部開(kāi)口；413—上蓋；414—法蘭盤(pán)；4131—通氣孔；451—真空緩沖罐；452—?dú)鈩?dòng)球閥一；461—貯氣罐；462—壓力計(jì)一；463—減壓閥；464—?dú)鈩?dòng)球閥二；465—數(shù)字式組合閥；466—壓力計(jì)二。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種真空調(diào)速澆注過(guò)程的移動(dòng)探針測(cè)速裝置，所述的裝置包括密封容器，所述密封容器用于在熔煉爐或保溫爐處實(shí)現(xiàn)金屬熔體攝取，并在模具或者壓室處實(shí)現(xiàn)金屬熔體的澆注，在所述的密封容器內(nèi)部設(shè)有可移動(dòng)的內(nèi)部金屬液面探針，所述內(nèi)部金屬液面探針與機(jī)械移動(dòng)裝置連接，可以實(shí)現(xiàn)軸向上的精確移動(dòng)，所述內(nèi)部金屬液面探針均與反饋信號(hào)接收裝置電連接。

利用上述設(shè)備進(jìn)行澆注過(guò)程實(shí)時(shí)測(cè)速的方法，其中測(cè)速是指能夠在澆注過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封容器內(nèi)合金熔體液面的下降速度，其特征在于，

澆注開(kāi)始時(shí)，金屬熔體液面高度高于探針，此時(shí)探針位于液面以下并處于連通狀態(tài)，此時(shí)按預(yù)設(shè)參數(shù)開(kāi)始澆注，熔體液面下降，探針與熔體分離，此時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并設(shè)此時(shí)密封容器內(nèi)合金熔體液面的高度是h₁，經(jīng)過(guò)Δt的時(shí)間，控制系統(tǒng)控制機(jī)械移動(dòng)裝置帶動(dòng)內(nèi)部金屬液面探針快速向下移動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間Δt′，所述內(nèi)部金屬液面探針再次與合金熔體液面接觸，此時(shí)內(nèi)部金屬液面探針高度是h₂，即監(jiān)測(cè)到合金熔體液面高度是h₂，液面下降高度為Δh，Δh可由機(jī)械移動(dòng)裝置實(shí)時(shí)得到，

根據(jù)如下公式計(jì)算此過(guò)程中熔體的實(shí)際澆注速度v_2r：

式中，P₁為密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強(qiáng)，ρ為合金熔體的密度，P₀為大氣壓，g為重力加速度。v_1r為密封容器內(nèi)合金熔體液面的實(shí)際下降速度，v_2r為合金熔體出口處的實(shí)際流速。

當(dāng)合金熔體液面繼續(xù)下降，重復(fù)上述過(guò)程，得到各階段實(shí)際的澆注速度。

優(yōu)選的，包含所述移動(dòng)探針測(cè)速裝置的真空調(diào)速澆注過(guò)程的精確調(diào)速設(shè)備，所述的裝置包括密封容器、澆注口開(kāi)合裝置、抽真空裝置、壓縮氣體填充裝置、液面下降速度測(cè)定裝置、反饋信號(hào)接收裝置和控制系統(tǒng)；

所述密封容器用于儲(chǔ)存金屬熔體，并在熔煉爐或保溫爐處實(shí)現(xiàn)金屬熔體攝取，在模具或者壓室處實(shí)現(xiàn)金屬熔體的澆注；

所述澆注口開(kāi)合裝置用以在金屬熔體的攝取、轉(zhuǎn)移、澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)澆注口的開(kāi)啟或關(guān)閉；

所述抽真空裝置用以實(shí)現(xiàn)密封容器內(nèi)的抽真空，用以實(shí)現(xiàn)金屬熔體的攝??；

所述壓縮氣體填充裝置用以實(shí)現(xiàn)澆注過(guò)程中金屬熔體的排出；

所述液面下降速度測(cè)定裝置用以測(cè)定澆注過(guò)程中密封容器內(nèi)金屬熔體的實(shí)際液面下降速度；

所述反饋信號(hào)接收裝置用于將金屬熔體攝取和排出過(guò)程中，密封容器內(nèi)金屬熔體液面高度、密封容器進(jìn)入熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔體深度等數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)；

所述控制系統(tǒng)控制抽真空裝置和澆注口開(kāi)合裝置的啟動(dòng)/停止、壓縮氣體填充裝置進(jìn)行氣體填充的壓力值。

更優(yōu)選的，所述的真空調(diào)速澆注過(guò)程的精確調(diào)速設(shè)備具體為：

合金熔體真空調(diào)速定量澆注設(shè)備，包括機(jī)械裝置1、固定裝置2、氣缸3、真空調(diào)速定量澆注裝置4、反饋信號(hào)接收裝置5、控制系統(tǒng)6。真空調(diào)速定量澆注裝置4又包含密封容器41、內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置42、關(guān)閉塞43、外部金屬液面探針44、抽真空裝置45、壓縮氣體填充裝置46。固定裝置2為一T字形橫梁，一端固定一個(gè)氣缸3，一端固定真空調(diào)速定量澆注裝置4，最后一端固定在機(jī)械裝置1上，這樣既保證了氣缸3和真空調(diào)速定量澆注裝置4的相對(duì)固定，同時(shí)使整個(gè)設(shè)備可以在機(jī)械裝置1的控制下移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)。氣缸3包括一個(gè)活塞桿31和一個(gè)連接桿32。氣缸3固定在固定裝置2上。連接桿32為一個(gè)細(xì)桿，連接桿32一端連接活塞桿31，另一端連接關(guān)閉塞43，關(guān)閉塞43就能夠在氣缸3的控制下實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。密封容器41由容器罐411、容器罐底部開(kāi)口412、上蓋413、法蘭盤(pán)414這三部分組成。其中，罐411是一個(gè)圓柱形的空心容器，底部中心部位有容器罐底部開(kāi)口412。容器罐411通過(guò)法蘭盤(pán)414固定在上蓋413上，連接處有密封圈保證裝置的氣密性。連接桿32通過(guò)上蓋413上面的通孔插入密封容器，通孔處設(shè)有密封圈保證裝置的氣密性。上蓋413上面的通氣孔4131通過(guò)未畫(huà)出的彈性補(bǔ)償管連接抽真空裝置45和壓縮氣體填充裝置46。即，抽真空裝置45和壓縮氣體填充裝置46通過(guò)通氣孔4131對(duì)密封容器41抽真空和填充氣體。關(guān)閉塞43為一圓臺(tái)形堵頭，它一端連接到連接桿32上，通過(guò)氣缸3的控制實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉。內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置42固定在上蓋413上，作用是監(jiān)測(cè)合金熔體液面的實(shí)際高度和下降速度。外部金屬液面探針44固定在法蘭盤(pán)414上，作用是監(jiān)測(cè)容器罐底部開(kāi)口412是否浸入合金熔體7的液面下一定的深度，保證在液面以下攝取合金熔體7。內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置42、外部金屬液面探針44均電連接到反饋信號(hào)接收裝置5，用將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換化為電信號(hào)。抽真空裝置45包括一個(gè)真空緩沖罐451和一個(gè)氣動(dòng)球閥452，通過(guò)開(kāi)關(guān)氣動(dòng)球閥一來(lái)控制真空緩沖罐451對(duì)密封容器41抽真空動(dòng)作的啟停。壓縮氣體填充裝置46包括貯氣罐461、氣壓計(jì)一462、減壓閥463、氣動(dòng)球閥464、數(shù)字式組合閥465、氣壓計(jì)二466。貯氣罐461中貯存壓縮空氣或者惰性氣體，作為壓縮氣體填充裝置46的氣源。氣壓計(jì)一462用來(lái)監(jiān)測(cè)和反饋貯氣罐461中氣體的壓力。減壓閥463的作用是對(duì)從貯氣罐461中流入管路的氣體進(jìn)行減壓。通過(guò)對(duì)氣動(dòng)球閥二464的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)貯氣罐461中壓縮空氣或者惰性氣體對(duì)密封容器41的填充的啟停。數(shù)字式組合閥465對(duì)壓縮氣體的壓強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。氣壓計(jì)二466作用是監(jiān)測(cè)和反饋密封容器41中的氣壓。機(jī)械裝置1、氣缸3、抽真空裝置45、壓縮氣體填充裝置46、反饋信號(hào)接收裝置5均電連接到控制系統(tǒng)6上，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的自動(dòng)控制。

以恒定速度澆注為例，對(duì)所述的合金熔體真空調(diào)速定量澆注設(shè)備的工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，具體步驟包括：

1、確定需要攝取的合金熔體7的量以及澆注速度預(yù)設(shè)值和澆注量，輸入控制系統(tǒng)6；

2、通過(guò)控制系統(tǒng)6控制機(jī)械裝置1使設(shè)備在爐體8內(nèi)向下移動(dòng)，直到外部金屬液面探針44接觸到合金熔體7的液面，外部金屬液面探針44通過(guò)反饋信號(hào)接收裝置5將信號(hào)傳給控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6控制機(jī)械裝置1停止移動(dòng)；

3、通過(guò)控制系統(tǒng)6控制氣缸3動(dòng)作，使活塞桿31位于1工位，此時(shí)關(guān)閉塞43打開(kāi)；

4、通過(guò)控制系統(tǒng)6啟動(dòng)抽真空裝置45，即開(kāi)啟氣動(dòng)球閥一452，通過(guò)通氣孔4131對(duì)密封容器41抽真空；

5、密封容器41內(nèi)液面在內(nèi)外壓差的作用下上升，內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置42實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液面位置并通過(guò)反饋信號(hào)接收裝置5反饋給控制系統(tǒng)6，當(dāng)合金熔體7的攝入量到達(dá)指定量時(shí)，在控制系統(tǒng)6作用下，氣缸31動(dòng)作，使活塞桿31位于2工位，此時(shí)關(guān)閉塞43關(guān)閉，同時(shí)氣動(dòng)球閥一452關(guān)閉，抽真空裝置45停止對(duì)密封容器41抽真空；

6、控制系統(tǒng)6控制機(jī)械裝置1移動(dòng)定量澆注裝置4到壓室9的上方；

7、通過(guò)控制系統(tǒng)6控制氣缸31動(dòng)作，使活塞桿31位于1工位，此時(shí)關(guān)閉塞43打開(kāi)，同時(shí)氣動(dòng)球閥二464開(kāi)啟，啟動(dòng)壓縮氣體填充裝置46，向通氣孔4131內(nèi)通入壓縮氣體，合金熔體在壓縮氣體推力及重力的作用下澆入壓室9；

其中，在本步驟中，初始的澆注速度為預(yù)設(shè)值，該澆注速度的預(yù)設(shè)值通過(guò)密封容器內(nèi)的預(yù)設(shè)氣體壓強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該預(yù)設(shè)氣體壓強(qiáng)由以下方法確定：

設(shè)預(yù)設(shè)的澆注速度為v₂，根據(jù)如下公式(1)(2)確定得到v₂所需要的密封容器內(nèi)的預(yù)設(shè)氣體壓強(qiáng)P₁：

v₂＝Cv₁ (2)

上式中，P₁為密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強(qiáng)，h為合金熔體液面實(shí)時(shí)高度，v₁為密封容器內(nèi)部合金熔體液面下降速度，v₂為密封容器底部開(kāi)口處合金熔體的流速即澆注速度v₂，C為容器罐徑向截面積和容器罐底部開(kāi)口徑向截面積之初始比，ρ為合金熔體的密度，P₀為大氣壓，g為重力加速度。

8、由于在澆注過(guò)程中，合金熔體液面實(shí)時(shí)高度h是實(shí)時(shí)發(fā)生變化的，因而密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強(qiáng)P₁也應(yīng)該實(shí)時(shí)發(fā)生變化，因而控制系統(tǒng)6根據(jù)設(shè)定的澆注速度和壓力計(jì)二466、內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置42的反饋信號(hào)，通過(guò)數(shù)字式組合閥465實(shí)時(shí)調(diào)整壓縮氣體填充裝置46的壓強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)澆注速度的控制。

9、澆注過(guò)程中，通過(guò)內(nèi)部金屬液位檢測(cè)裝置42實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封容器內(nèi)金屬液面實(shí)際下降速度v_1r，并通過(guò)反饋信號(hào)接收裝置5反饋給控制系統(tǒng)6，所述的金屬液面實(shí)際下降速度v_1r采用本發(fā)明所述的移動(dòng)探針?lè)绞剑⒏鶕?jù)如下公式(3)(4)確定容器罐徑向截面積和容器罐開(kāi)口處徑向截面積的真實(shí)比值C_r。

v_2r＝C_rv_1r (4)

根據(jù)確定的容器罐徑向截面積和容器罐開(kāi)口處徑向截面積的真實(shí)比值C_r對(duì)密封容器內(nèi)預(yù)設(shè)氣體壓強(qiáng)調(diào)整進(jìn)行調(diào)整，方法為將C_r，所需的澆注速度v₂及目前時(shí)刻合金熔體液面高度h參數(shù)，代入公式(1)(2)，得到目前時(shí)刻容器內(nèi)所需壓強(qiáng)P_1r。

在澆注過(guò)程中，以上計(jì)算由控制系統(tǒng)不斷地執(zhí)行，從而根據(jù)實(shí)際情況的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)澆注速度的精確調(diào)整。

10、當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的澆注量時(shí)，控制系統(tǒng)6控制氣缸31動(dòng)作，使活塞桿31位于2工位，此時(shí)關(guān)閉塞43關(guān)閉，同時(shí)控制氣動(dòng)球閥二464關(guān)閉，壓縮氣體填充裝置46停止向密封容器41充氣；

11、控制系統(tǒng)6控制機(jī)械裝置1帶動(dòng)真空調(diào)速定量澆注裝置4從壓室移開(kāi)，等待下一次澆注或者攝取熔體。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。