專(zhuān)利名稱(chēng)：異形筒狀大型薄壁件的連續(xù)定向凝固精密鑄造工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種異型筒狀大型薄壁件的連續(xù)定向凝固精密鑄造工藝及設(shè)備，尤其適用于制作導(dǎo)彈艙體。
導(dǎo)彈外殼亦稱(chēng)導(dǎo)彈艙體，是細(xì)而長(zhǎng)的筒形部件，一般戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈直徑約為300mm～1000mm，長(zhǎng)達(dá)7～8米。為了安裝及制作方便常將之分解為若干艙段，有些艙段是用高強(qiáng)度鋁合金鑄造的，一般艙段長(zhǎng)800mm(最大的達(dá)3000mm)，厚2～3mm，外表面為圓柱面，內(nèi)表面有橫豎加強(qiáng)筋及凸臺(tái)棋子等，其高度可能超過(guò)一般壁厚的幾倍或幾十倍。此外導(dǎo)彈艙體作為航天器的主體要承受氣流施加的外力、慣性力、尾噴管的推力等等，因而要求它必須具有很高的機(jī)械性能及冶金質(zhì)量，每個(gè)艙段都要經(jīng)過(guò)X光透視檢查。對(duì)裂紋、縮松、氣孔、夾雜等鑄造缺陷限制非常嚴(yán)格。因此導(dǎo)彈艙的鑄造是十分困難的，一般的鑄造方法是不能勝任的。國(guó)內(nèi)外均采用差壓鑄造法生產(chǎn)之，雖然此法是公認(rèn)的生產(chǎn)大型薄壁件有效的工藝，但從多年的生產(chǎn)效果及進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量角度來(lái)看，尚存在一些不足之處①填充性不足。其所鑄的艙段，當(dāng)長(zhǎng)度為800mm時(shí)，其厚度為8mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能滿(mǎn)足鑄造更長(zhǎng)更薄艙段的要求。②補(bǔ)縮性不足。經(jīng)常出現(xiàn)縮松缺陷，廢品率達(dá)50％。目前國(guó)外有一種先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈其最長(zhǎng)的艙段長(zhǎng)3000mm，厚度2.5mm。這樣又長(zhǎng)又薄的艙段尚沒(méi)有找到有效的鑄造生產(chǎn)工藝。
自從Chalmers于1952年首先采用定向凝固研究平面及胞狀凝固以來(lái)，定向凝固技術(shù)得到迅速發(fā)展，從60～70年代開(kāi)始定向凝固精密鑄造為提高航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的生產(chǎn)和性能作出過(guò)巨大貢獻(xiàn)。有人稱(chēng)渦輪葉片的80年代是定向凝固葉片的年代，90年代則是單晶葉片的年代[1]。眾所周知，定向凝固的最基本條件就是使固—液界面上液體保持足夠的溫度梯度GL，20余年來(lái)有關(guān)定向凝固技術(shù)的重大改進(jìn)基本上都是圍繞上述課題進(jìn)行的，見(jiàn)文獻(xiàn)[1]、[2]、[3]、[4]。其中較突出的工藝方法為①高速凝固法(簡(jiǎn)稱(chēng)為H、R、S法)，其要點(diǎn)是把精鑄模殼固定在水冷銅底座(亦稱(chēng)結(jié)晶器)上，升入加熱保溫爐中，使銅底座和幅射擋板在同一高度，下面為冷卻裝置。工作時(shí)先把上面的加熱保溫爐加熱到預(yù)定溫度、澆鑄鑄件、向銅底座噴冷卻水、然后把銅底座下降，使高溫(金屬熔點(diǎn)以上的)模殼逐漸下降到冷卻區(qū)。
②液態(tài)金屬冷卻法(L、M、C法)，與上法的區(qū)別主要在下方的冷卻區(qū)改為一池液態(tài)金屬錫，當(dāng)鑄件澆鑄后，把銅底座(或稱(chēng)結(jié)晶器)及模殼以一定速度降入錫池中，這樣可以進(jìn)一步提高溫度梯度GL。盡管定向凝固技術(shù)在研制葉片上作出了巨大的貢獻(xiàn)，但其冷卻方式是通過(guò)銅底座及在模殼中的鑄件本身向下散熱，以及通過(guò)模殼向外散熱，這些散熱途徑都是比較慢的，這就決定了其生產(chǎn)率及鑄件尺寸受到一定限制，至今所生產(chǎn)的葉片長(zhǎng)度只有100多mm，以及其它小型鑄件。
Kerr、M.C.flemings及大野篤美等著名學(xué)者發(fā)展了這一技術(shù)，提出了連續(xù)定向凝固技術(shù)[5]、[6]，其已凝固金屬部分完全裸露在大氣或冷卻介質(zhì)中(不在模殼中)，這就極大的提高了冷卻速度，生產(chǎn)出了無(wú)限長(zhǎng)的各種小截面型材(直徑10mm左右)，但是用它來(lái)生產(chǎn)異型鑄件就不可能?，F(xiàn)在此法成為生產(chǎn)小截面高品位型材的有效途徑。可見(jiàn)現(xiàn)在定向凝固及連續(xù)定向凝固尚處在理論研究、生產(chǎn)小型鑄件及小截面型材階段，用其理論解決大型鑄件的生產(chǎn)及質(zhì)量問(wèn)題的工作尚未有所見(jiàn)。此外，電磁結(jié)晶器連續(xù)鑄造法已于1969年在當(dāng)年的蘇聯(lián)正式投入生產(chǎn)，美國(guó)于八年后也投入生產(chǎn)。見(jiàn)[7]、[8]、[9]、[10]。該工藝具有諸多優(yōu)越性，已為世界各國(guó)所公認(rèn)，其主要特點(diǎn)是，未凝固以前鑄件已成型，不與任何固體物質(zhì)接觸僅在電磁力及表面張力作用下形成光潔的表面，待其凝固后表面光潔度可達(dá)6[7]。
本發(fā)明所謂異型筒狀大型薄壁件系指航天航空所用大型筒狀艙體及壁板，最典型的產(chǎn)品就是導(dǎo)彈艙段，它是直徑為300～1000mm，內(nèi)、外表面均為園柱面，但內(nèi)表面上分布有不同的橫豎加強(qiáng)筋、園臺(tái)棋子等，厚度為2.5mm、長(zhǎng)度800～3000mm。對(duì)待這樣的鑄件，航天與航空工業(yè)應(yīng)用很廣，目前尚無(wú)理想的鑄造方法。定向凝固或連續(xù)定向凝固或電磁結(jié)晶器連續(xù)鑄造均不能完成這一使命。但是三者產(chǎn)品的高質(zhì)量，也即是高密度(來(lái)源于高補(bǔ)縮性能)，以及三者的高填充性能(文獻(xiàn)[6]說(shuō)能鑄出Φ0.5mm的小棍)則是本發(fā)明提出的依據(jù)。
本發(fā)明的目的是把三者的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，提出一種適用于制作又長(zhǎng)又薄的導(dǎo)彈艙體的連續(xù)定向凝固精密鑄造工藝及設(shè)備，以提高航天器的質(zhì)量。
本發(fā)明的具體作法是在鑄件的外表面(外園柱面)采用連續(xù)定向凝固的成型、加熱及冷卻方式，例如其園柱狀外表面由結(jié)晶器(7)成型。在結(jié)晶器(7)之上，鋁合金液(11)用加熱體(12)加熱，在結(jié)晶器(7)之下，鑄件之外表面用外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)冷卻之。而其內(nèi)表面為內(nèi)園柱面，其上分布有橫豎加強(qiáng)筋及凸臺(tái)棋子等，采用定向凝固精密鑄造[1]、[3]的成型、加熱、冷卻方式采用薄殼陶瓷型芯(21)成型、在液固界面(34)附近設(shè)置了幅射擋板(32)，在其上設(shè)置了內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)，在其下設(shè)置了內(nèi)冷卻器(2)。
薄殼陶瓷型芯(21)通過(guò)耐熱鋼制的芯頭(33)裝配在引出底座(1)上，再以?xún)?nèi)六角埋頭螺釘鎖緊，在兩者周?chē)傺b配上引出導(dǎo)管(3)，以螺釘鎖緊之。工作開(kāi)始之前，引出底座(1)帶動(dòng)薄殼陶瓷型芯(21)及引出導(dǎo)管(3)，由下而上進(jìn)入結(jié)晶器(7)中，停止在使引出導(dǎo)管(3)之頂端進(jìn)入結(jié)晶器(7)下口內(nèi)20mm處。
一般的連續(xù)定向凝固法，研究的課題是Φ10mm左右小棒材，從石墨結(jié)晶器中拉制出來(lái)，得到一個(gè)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，控制因素也比較少①液體金屬溫度、②石墨結(jié)晶器溫度、③冷卻介質(zhì)量及種類(lèi)、④冷卻介質(zhì)與結(jié)晶器矩離。本發(fā)明比上法復(fù)雜的多，其特殊性在于①產(chǎn)品是異型筒狀大型薄壁件，其截面雖然很小但鑄件尺寸卻很大(可達(dá)3000mm長(zhǎng)，直徑Φ可達(dá)1000mm)。因而在同一水平截面上沿園周方向有可能產(chǎn)生溫度分布不均勻的現(xiàn)象，而導(dǎo)致工藝失敗。為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明采用了旋轉(zhuǎn)的加熱及冷卻裝置，例如采用了內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)及外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)以及內(nèi)冷卻器(2)。
②薄殼陶瓷型芯(21)必須和鑄件同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)靜止，即保持相對(duì)靜止，否則就鑄不出內(nèi)表面帶有橫豎加強(qiáng)筋和園臺(tái)棋子等的導(dǎo)彈艙段，故稱(chēng)之為“隨動(dòng)型芯”。
③作為“隨動(dòng)型芯”的薄殼陶瓷型芯(21)對(duì)鑄件的溫度場(chǎng)影響很大，因而其熱物理性質(zhì)(如導(dǎo)熱性、加熱冷卻時(shí)的穩(wěn)定性)是很重要的。一般渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片定向凝固精密鑄造均用陶瓷模殼(是由硅酸乙酯水解液與鋁釩土粉配制成槳料與鋁釩土顆粒骨料制成的)，屬于絕熱材料，與鋁合金的導(dǎo)熱性相差很遠(yuǎn)。本發(fā)明則要求更大的導(dǎo)熱性，為此配制薄殼陶瓷型芯(21)的漿料時(shí)，除硅酸乙酯水解液及鋁釩土粉外增加了石墨粉，在骨料中除鋁釩土顆粒外，還增加了石墨顆粒或金屬網(wǎng)片段等。
④本發(fā)明對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)外表面有不同的加工處理方式對(duì)其外表面采用連續(xù)定向凝固法(例如O、C、C法)或電磁結(jié)晶器連續(xù)鑄造法的加熱、成型、冷卻方式。而對(duì)其內(nèi)表面則采用定向凝固精密鑄造法的加熱、成型、冷卻方式。但是這兩種工藝都有一定的液固界面位置，例如定向凝固法的液固界面位置在幅射擋板附近，而連續(xù)定向凝固法的液固界面在結(jié)晶器下出口處，因此在本設(shè)備安裝時(shí)應(yīng)保證薄殼陶瓷型芯(21)內(nèi)的幅射擋板(32)應(yīng)與結(jié)晶器(7)的下出口處于同一水平高度。此外這兩種工藝的冷卻方式有很大差別外表面直接接觸冷卻介質(zhì)，而其內(nèi)表面被薄殼陶瓷型芯(21)所包圍，冷卻介質(zhì)是噴灑在薄殼陶瓷型芯(21)上的，不能直接接觸鑄件的內(nèi)表面，因此容易引起鑄件內(nèi)外表面溫度不均勻，導(dǎo)致工藝失敗。為了內(nèi)外表面溫度均勻(即內(nèi)外表面溫度梯度小)、以及有足夠大的垂直方向的溫度梯度，就需要控制很多因素(除了以上所述一般連續(xù)定向凝固所要控制的四個(gè)因素以外)如加熱體(12)與內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)的加熱強(qiáng)度及幾何高度。內(nèi)冷卻器(2)與外旋轉(zhuǎn)冷器(6)的冷卻強(qiáng)度(包括冷卻介質(zhì)的數(shù)量、種類(lèi))，以及外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)必須低于內(nèi)冷卻器(2)一定矩離。
本發(fā)明的積極效果①可杜絕縮松缺陷
②可鑄成2.5mm厚的艙段，不受長(zhǎng)度及合金種類(lèi)的限制。
③對(duì)于大型艙段可實(shí)現(xiàn)精密鑄造，其外表面由精車(chē)石墨結(jié)晶器或電磁結(jié)晶器成型，其內(nèi)表面由陶瓷型芯成型，所以鑄件內(nèi)外表面光潔、尺寸精確，可實(shí)現(xiàn)無(wú)余量或少余量鑄造。
④能生產(chǎn)出高綜合機(jī)械性能導(dǎo)彈艙體，尤其是疲勞性能、耐腐蝕性能、耐熱性能、延伸率將得到大幅度提高。
⑤取消了原工藝的砂型、從而節(jié)約了砂箱、模型、造型混合料、造型工時(shí)等，降低了成本。
實(shí)施例一

圖1是本發(fā)明的施實(shí)例一的設(shè)備示意圖，圖3是圖1的A-A剖面示意圖，下面結(jié)合圖1及圖3說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)備由以下四部分組成最下面為“引出及冷卻部分”，包括序號(hào)1-6的部件。
中間為“加熱保溫爐”，包括序號(hào)7-15的部件。
最上面為“型芯予熱爐”，包括序號(hào)16-19的部件。
側(cè)面為“鋁水儲(chǔ)存及過(guò)濾爐”，包括序號(hào)22-29的部件。
其中引出底座(1)是一個(gè)耐熱鋼制的園盤(pán)帶有一個(gè)空心長(zhǎng)絲杠，為了保證它能沿著垂直軸上下運(yùn)動(dòng)，它還被用螺帽鎖在底板(35)上，而底板(35)又有四個(gè)軸孔穿在四個(gè)垂直立柱(36)上。引出底座還有一個(gè)中心孔，其中貫穿著中心垂直軸(39)。
內(nèi)冷卻器(2)是一個(gè)紫銅管圈，外側(cè)有一二排小孔，安裝在中心垂直軸(39)上，在結(jié)晶器(7)之下方一定矩離，當(dāng)中心垂直軸(39)向它注入冷卻介質(zhì)時(shí)，冷卻介質(zhì)則通過(guò)小孔均勻地噴射于薄殼陶瓷型芯(21)之內(nèi)側(cè)，如果中心垂直軸(39)，緩慢的旋轉(zhuǎn)時(shí)，它也跟著旋轉(zhuǎn)，而且噴射冷卻得更均勻。冷卻介質(zhì)可采用水或冰水或冷卻劑(水+冰塊+鹽類(lèi)配制而成)。
引出導(dǎo)管(3)為外徑與鑄件外徑相同的耐熱鋼管，裝配在引出底座(1)、薄殼陶瓷型芯(21)及芯頭(33)之外，通過(guò)環(huán)狀內(nèi)法蘭盤(pán)由螺釘由下而上與引出底座(1)連接在一起。在未開(kāi)始工作以前的初始位置是引出導(dǎo)管(3)的頂端由下而上進(jìn)入結(jié)晶器中20mm，所以結(jié)晶器(7)、薄殼陶瓷型芯(21)以及下面的引出導(dǎo)管(3)的頂端就構(gòu)成了型腔，當(dāng)鋁液進(jìn)入后不致于漏掉。
燕尾槽(4)形狀如圖4所示，共有16個(gè)，均勻分布在引出導(dǎo)管(3)之頂端，當(dāng)?shù)谝还射X液與引出導(dǎo)管(3)接觸時(shí)進(jìn)入其中，當(dāng)鑄件底端(5)凝固后，通過(guò)燕尾槽(4)中的固態(tài)鋁和引出導(dǎo)管(3)連接在一起。
鑄件底端(5)外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)是一個(gè)紫銅管圈，在結(jié)晶器(7)的下出口之下方低于內(nèi)冷卻器(2)一定矩離，與引出底座同軸按裝，可以緩慢往復(fù)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)有一二排小孔，可把冷卻介質(zhì)均勻地噴射于鑄件表面，冷卻介質(zhì)可采用水或冰水或冷卻劑(如水+冰塊+鹽類(lèi)配制而成)。
結(jié)晶器(7)是一個(gè)內(nèi)徑與鑄件外徑相同的石墨園筒，有一定厚度，也可用陶瓷或不銹鋼制成。安裝在爐底板(8)之上，坩鍋(10)之下，其內(nèi)孔與坩鍋(10)及爐底板(8)之內(nèi)孔同軸安裝。
爐底板(8)是厚鋼板制成的環(huán)狀板件，其內(nèi)孔直徑略大于鑄件外徑，它被四個(gè)立柱(36)支承著，又承載著加熱保溫爐、型芯予熱爐、鋁水貯存及過(guò)濾爐全部重量。
結(jié)晶器加熱爐(9)是一個(gè)轉(zhuǎn)繞在結(jié)晶器(7)之外的電阻絲爐(或環(huán)形矽碳電阻器)。
坩鍋(10)形狀類(lèi)似大型洗衣盆，但中心有孔略大于鑄件，用石墨或Sic制成，安裝在結(jié)晶器(7)之上方。
鋁合金液(11)盛裝于坩鍋(10)中。
加熱體(12)為電阻絲(也可用硅碳棒)，安裝在保溫材料(13)之內(nèi)側(cè)。
保溫材料(13)安裝在加熱保溫爐爐殼(14)之內(nèi)側(cè)。
加熱保溫爐爐殼(14)是用薄鋼板制的筒狀件。安裝在爐底板(8)之上，保溫材料(13)之外側(cè)。
上蓋板(15)是一個(gè)環(huán)狀大鋼板，中間大孔大于薄殼陶瓷型芯(21)外徑，與其同軸安裝。并且處于加熱保溫爐爐殼(14)之上。
型芯予熱爐爐殼(16)是用薄鋼板制成的筒形件，安裝在上蓋板(15)之上，與薄殼陶瓷型芯(21)保持同軸。
保溫材料(17)安裝在型芯予熱爐爐殼(16)之內(nèi)側(cè)。
加熱體(18)為電阻絲(或矽碳棒)安裝在保溫材料(17)之內(nèi)側(cè)。
型芯予熱爐爐蓋(19)是一個(gè)大環(huán)狀鋼板，內(nèi)徑大于薄殼陶瓷型芯(21)，與之同軸安裝，處在型芯予熱爐爐殼(16)之頂端。
內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)是由用耐火材料制成的園柱體形爐體及安裝于其上的電阻絲(或矽碳電阻元件或乙炔焰)組成的。安裝在中心垂直軸(39)上，其位置在薄殼陶瓷型芯之內(nèi)，幅射擋板(32)之上。當(dāng)中心垂直軸(39)緩慢的往復(fù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)跟隨一同運(yùn)動(dòng)，以利溫度均勻。
薄殼陶瓷型芯(21)具有比較薄的壁厚及較強(qiáng)的導(dǎo)熱性以便在冷卻介質(zhì)作用下快速降溫。為達(dá)此目的在制芯時(shí)在鋁釩土粉中增了石墨粉或在骨料中增加了金屬粒。或采用金屬網(wǎng)以便增強(qiáng)導(dǎo)熱性及強(qiáng)度。另外薄殼陶瓷型芯(21)外表面具有橫、豎溝槽及園坑等幾何形狀以便做出各種異型筒狀大型薄壁件。
塞柱桿(22)是耐火材料制成的園棍。貯鋁坩鍋(23)安裝在鋁水貯存及過(guò)濾爐之上部。
其中貯有一定量的待過(guò)濾的鋁合金液(24)，安置在過(guò)濾坩鍋(26)之上。加熱體(25)為電阻絲，圍繞在貯鋁坩鍋(23)及過(guò)濾坩鍋(26)之周?chē)?br> 鋁釩土顆粒(27)裝在過(guò)濾坩鍋(26)中導(dǎo)管(28)用耐火材料制成，其作用是把過(guò)濾后的液體鋁合金導(dǎo)入坩鍋(10)中。
導(dǎo)管加熱體(29)系電阻絲，以避免鋁液凝固在導(dǎo)管(28)中。
熱電偶群(30)為很多個(gè)熱電偶。安裝在結(jié)晶器(7)的下出口處。在結(jié)晶器(7)的外園柱面上，矩離底面附近的同一水平高度上，等矩離的鉆上許多小孔，把這些熱電偶安插在里面，而把這些熱電偶的冷端接在同一個(gè)電子計(jì)算機(jī)中。以便隨時(shí)選出其中最大的毫伏數(shù)(即代表最高溫度)。
型腔內(nèi)液體鋁合金(31)，位于結(jié)晶器(7)與薄殼陶瓷型芯(21)所組成的型腔的上部。
幅射擋板(32)由絕熱耐火材料制成，例如用硅酸鋁纖維及玻璃絲等以水玻璃粘結(jié)制成。形如園板，中間有孔，安裝在中心垂直軸(39)上，與液固界面(34)處在同一水平面上，在內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)與內(nèi)冷卻器(2)之間。其作用在于避免上面的加熱保溫爐中的熱量幅射傳導(dǎo)到下面的冷卻區(qū)，以得到更大的溫度梯度。
芯頭(33)是用耐熱鋼制成的園圈，其外徑與薄殼陶瓷型芯(21)相同，內(nèi)孔與引出底座(1)上的突起部分相裝配以保證其安裝的準(zhǔn)確，另外其上有很多螺孔，以便從下而上用內(nèi)六角埋頭螺釘把它與引出底座(1)的園盤(pán)固定在一起。在其上面有一圈釘子鉚于其上，制芯時(shí)這些釘子能牢固的和薄殼陶瓷芯(21)凝結(jié)在一起，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。
液固界面(34)底板(35)是一個(gè)四方形的厚耐熱鋼板，其上共有五個(gè)孔，中心孔和引出底座(1)鎖緊在一起，每個(gè)角上有一個(gè)孔，分別與四個(gè)垂直立柱(36)裝配在一起，以保證引出底座(1)沿著垂直線上下運(yùn)動(dòng)。
垂直立柱(36)是耐熱鋼精加工光杠。共計(jì)四根，其下端均安插在機(jī)器底座的定位孔中，其上端均安插在加熱保溫爐爐底板(8)的定位孔中，并用大螺絲帽鎖緊，其中間安裝在底板(35)的四個(gè)孔中。其作用有二一是支承整個(gè)機(jī)器、二是保證引出底座(1)沿著垂直線上下運(yùn)動(dòng)。
中心垂直軸(39)長(zhǎng)達(dá)8米，垂直地安裝在薄殼陶瓷型芯(21)的中心，通過(guò)引出底座(1)的中心孔，安裝在其下端的底座(即減速箱)的上下兩個(gè)滑動(dòng)軸承中，兩個(gè)軸承相矩約2米，目的是保持該軸穩(wěn)定度及垂直度。該軸頂端安裝在水平蓋板(38)上的軸承中。在底座內(nèi)部該軸上裝有練輪，用練條驅(qū)動(dòng)，使之緩慢地往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。在中間部分該軸上安裝有內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)、幅射擋板(32)、內(nèi)冷卻器(2)。該軸中心有孔，可從上而下導(dǎo)入電源線接連內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)，及由下而上導(dǎo)入冷卻介質(zhì)供給內(nèi)冷卻器(2)。
水平蓋板(38)及支架(37)的作用是固定中心垂直軸(39)的上軸頭位置，以保證該軸的垂直度。水平蓋板(38)為園盤(pán)狀，其中心有滑動(dòng)軸承，以便和中心垂直軸(39)相裝配，支架(37)是一個(gè)鑄件，其結(jié)構(gòu)為上下各有一個(gè)大園環(huán)，中間有三個(gè)板把它們聯(lián)結(jié)在一起。用螺釘及定位銷(xiāo)釘把它們與爐底板(8)連接在一起，成為一個(gè)空間支架。
操作方法①將上述各種加熱設(shè)備都開(kāi)動(dòng)起來(lái)，使設(shè)備各部分均達(dá)到規(guī)定的溫度。②提起塞柱桿(22)，使鋁合金液(24)經(jīng)過(guò)過(guò)濾后進(jìn)入坩鍋(10)及結(jié)晶器(7)中，與引出導(dǎo)管(3)上端接觸并進(jìn)入燕尾槽(4)中。③開(kāi)動(dòng)內(nèi)冷卻器(2)及外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)，使引出導(dǎo)管(3)與薄殼陶瓷型芯(21)均被冷卻，在引出導(dǎo)管(3)之上端及進(jìn)入燕尾槽(4)的液體鋁合金亦被冷卻而凝固一層，此時(shí)這一層凝固的鋁已被燕尾槽中的鋁固定在引出導(dǎo)管(3)上了。當(dāng)這一層凝固的鋁進(jìn)一步增加到一定厚度時(shí)，熱電偶群(30)中指示的最高溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，電子計(jì)算機(jī)按程序啟動(dòng)引出底座(1)的牽引裝置。在牽引裝置的帶動(dòng)下引出底座(1)、引出導(dǎo)管(3)、薄殼陶瓷型芯(21)、鑄件底端(5)一同向下，移向結(jié)晶器(7)之外，繼續(xù)被冷卻器所冷卻。電子計(jì)算機(jī)隨時(shí)采集熱電偶群(30)中之最高毫伏數(shù)，并按程序調(diào)節(jié)本發(fā)明的加熱裝置(電源電壓)、冷卻裝置(冷卻介質(zhì)的種類(lèi)及數(shù)量)、引出速度等因素、就能把這一最高毫伏數(shù)控制在某一范圍內(nèi)，達(dá)到順利地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈艙體連續(xù)定向凝固精密鑄造的目的。
實(shí)施例二如圖2所示。比較圖2與圖1可見(jiàn)兩者大同小異。區(qū)別在于實(shí)施例二的結(jié)晶器是由兩部分組成即上面的石墨結(jié)晶器(7)及下面的陶瓷結(jié)晶器(42)，另外結(jié)晶器加熱爐(9)也改為高頻加熱。這樣一來(lái)爐底板(8)、加熱保溫爐爐殼(14)、上蓋板(15)、型芯予熱爐爐殼(16)、型芯予熱爐爐蓋(19)、水平蓋板(38)、支架(37)均相應(yīng)在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上采取防渦流措施，即用鋼板及電木板鉚接在一起，做成上述零件，例如對(duì)于加熱保溫爐爐殼(14)，在實(shí)施例一中，系用一整塊薄鋼板卷焊成筒狀件即可，在本實(shí)施例中得用幾塊薄鋼板及幾塊薄電木板鉚接在一起，再鉚接成筒狀才行。此外為了避免渦流的產(chǎn)生，內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)、加熱體(12)、加熱體(18)均需改用碳矽棒加熱。另外，外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)改變?yōu)橐怀匦D(zhuǎn)冷卻介質(zhì)，其旋轉(zhuǎn)動(dòng)力主要來(lái)自旋轉(zhuǎn)攪拌器(43)，內(nèi)冷卻器由三部分組成池狀冷卻器(40)、冷卻介質(zhì)補(bǔ)充器(41)，其安裝目的是不斷旋轉(zhuǎn)地向池狀冷卻器(40)補(bǔ)充冷卻介質(zhì)，以免薄殼陶瓷型芯(21)內(nèi)部溫度上升，冷卻效果下降。以及內(nèi)冷卻器(2)，它仍是一個(gè)紫銅管圈制成，外側(cè)有1～2排小孔，以便向薄殼陶瓷芯(21)噴灑冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)可采用水或冰水或冷卻劑(水+冰塊+鹽類(lèi))或錫液。
實(shí)施例三其設(shè)備如圖6所示，由圖可見(jiàn)它是在實(shí)施例二(見(jiàn)第2圖)的基礎(chǔ)上改成的，它與實(shí)施例二的不同點(diǎn)在于把實(shí)施例二設(shè)備上的石墨結(jié)晶器(7)、陶瓷結(jié)晶器(42)及結(jié)晶器加熱爐(9)取下，把坩鍋(10)降低，并放置到爐底板(8)上，在它的下面安裝上電磁結(jié)晶器(45)(electromagne tic mold)[9][7]及屏蔽器(44)。當(dāng)此設(shè)備工作時(shí)鑄件表面被外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)所冷卻，薄殼陶瓷型芯(21)之內(nèi)表面被內(nèi)冷卻器(2)所冷卻，鑄件底端(5)已經(jīng)凝固了，而在它的上面有一部分液態(tài)鋁合金在電磁力的作用下已經(jīng)成型了但尚未凝固，可稱(chēng)之為鑄件的液體部分(46)，它沒(méi)有和任何別的固體物接觸，只是在電磁力和表面張力作用下，保持著光潔的園柱面，凝固后光潔度可達(dá)6。
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權(quán)利要求
1.一種異型筒狀大型薄壁件連續(xù)定向凝固精密鑄造工藝如下首先把加熱體(12)、加熱體(18)、結(jié)晶器加熱爐(9)以及型芯內(nèi)加熱爐送電加熱，使加熱保溫爐各處均達(dá)到予定的溫度，把精煉好的液體金屬澆鑄到坩鍋(10)中，進(jìn)入由結(jié)晶器(7)、型芯、引出導(dǎo)管(3)的頂端三者所組成的型腔中，此時(shí)開(kāi)動(dòng)冷卻裝置，使引出導(dǎo)管(1)及型腔中的液體鋁合金底部被冷卻，在引出導(dǎo)管(1)之頂端凝固了一層鋁合金，熱電偶所測(cè)得毫伏數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，開(kāi)動(dòng)引出底座(1)牽引引出導(dǎo)管(3)及鑄件底端(5)逐漸由結(jié)晶器(7)中引出，被進(jìn)一步冷卻，其特征是在鑄件之外表面采用連續(xù)定向凝固法或電磁結(jié)晶器連續(xù)鑄造法的成型、加熱、冷卻方式，而在其內(nèi)表面采用定向凝固精密鑄造法的成型、加熱、冷卻方式。
2.一種異型筒狀大型薄壁件連續(xù)定向凝固精密鑄造設(shè)備，主要由結(jié)晶器(7)、結(jié)晶器加熱爐(9)、坩鍋(10)、加熱體(12)、結(jié)晶器內(nèi)的砂芯、砂芯內(nèi)的加熱爐、鑄件周?chē)耐饫鋮s器組成，其特征在于在結(jié)晶器(7)或電磁結(jié)晶器(45)內(nèi)有一個(gè)薄殼陶瓷型芯(21)，在薄殼陶瓷型芯(21)內(nèi)有一個(gè)內(nèi)冷卻器(2)，在內(nèi)冷卻器(2)內(nèi)，有一個(gè)中心垂直軸(39)，支承著內(nèi)冷卻器(2)以及別的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于內(nèi)冷卻器(2)是以緩慢的速度往復(fù)旋轉(zhuǎn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于內(nèi)冷卻器(2)是固定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于在結(jié)晶器(7)或電磁結(jié)晶器(45)內(nèi)有一個(gè)薄殼陶瓷型芯(21)，并且它具有較大的導(dǎo)熱性。在其表面上有橫豎溝槽及園坑以便在鑄件之內(nèi)表面上形成橫豎加強(qiáng)筋及凸臺(tái)棋子等形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3、4所述的設(shè)備，其特征在于在內(nèi)冷卻器(2)的中心有一個(gè)中心垂直軸(39)，支承著內(nèi)冷卻器(2)和幅射擋板(32)及內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于在薄殼陶瓷型芯(21)內(nèi)，有一個(gè)幅射擋板(32)安裝在中心垂直軸(39)上，位于內(nèi)冷卻器(2)之上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于在薄殼陶瓷型芯(21)內(nèi)，有一個(gè)內(nèi)旋轉(zhuǎn)加熱爐(20)，安裝在中心垂直軸(39)上，跟隨它一同往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。位于幅射擋板(32)之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備其特征在于在鑄件之周?chē)?，安裝有外旋轉(zhuǎn)冷卻器(6)，其水平高度低于內(nèi)冷卻器(2)一定距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于在結(jié)晶器(7)之下出口處，裝置有熱電偶群(30)，其冷端輸入同一個(gè)計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異形筒狀大型薄壁件的連續(xù)定向凝固精密鑄造工藝及設(shè)備，其工藝特點(diǎn)在于在鑄件的外表面采用了連續(xù)定向凝固或電磁結(jié)晶器連續(xù)鑄造的工藝方法，而在鑄件的內(nèi)表面采用了定向凝固精密鑄造的工藝方法。用薄殼陶瓷型芯形成了鑄件的內(nèi)表面。在設(shè)備方面的特點(diǎn)是在薄殼陶瓷型芯內(nèi)設(shè)置了加熱、隔熱(輻射擋板)，冷卻裝置，和定向凝固精密鑄造的工藝裝置是基本相同的，不同的是本發(fā)明將這一套裝置應(yīng)用于芯內(nèi)，而且采用了能旋轉(zhuǎn)的加熱及冷卻裝置以便使大型薄壁件圓周及內(nèi)外表面在同一水平面內(nèi)溫度均勻一致。
文檔編號(hào)B22D11/04GK1132127SQ95103050
公開(kāi)日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1995年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月30日
發(fā)明者李忠炎 申請(qǐng)人:李忠炎