本發(fā)明涉及3d打印增材制造和冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種真空熔煉爐。

背景技術(shù)：

金屬材料歷來是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的重要材料，在材料產(chǎn)業(yè)中一直占有主導(dǎo)地位。19世紀(jì)中葉，平爐和轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)出現(xiàn)后，人類真正步入了鋼鐵時(shí)代。20世紀(jì)40年代，真空熔煉技術(shù)問世，該技術(shù)適用于熔煉高質(zhì)量、高純度、難熔的金屬。金屬粉末是材料產(chǎn)業(yè)的重要分支，利用金屬粉末，可以制備出性能優(yōu)異的工件。近年來，隨著3d打印技術(shù)的革新，工業(yè)領(lǐng)域?qū)饘俜勰┑男枨蟾鼮槠惹校m用于3d打印的金屬粉末，必須具備高純度、低氧含量等特點(diǎn)。因此，采用真空熔煉技術(shù)成為3d打印金屬粉末制備工序環(huán)節(jié)的首選。

目前，高壓氣霧化法是制備3d打印金屬粉末的常規(guī)方法之一，帶有坩堝的高壓氣霧化法設(shè)備投入小、生產(chǎn)成本相對(duì)較低，適用于生產(chǎn)大部分金屬粉末?，F(xiàn)行的該方法的金屬熔煉工序，在金屬液熔化均勻后，由人工操作轉(zhuǎn)動(dòng)熔煉坩堝形成澆注液，操作者在轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝過程中還要同時(shí)觀察熔煉室內(nèi)金屬液的澆注情況，一旦鋼液泄露或被澆至加熱部件，部件或腔體將會(huì)被燒壞，需緊急停止操作。

因此，現(xiàn)行的方法存在以下不足：一是工序人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，大的坩堝澆注時(shí)間在15～30分鐘之間，這段時(shí)間內(nèi)，操作者要一直扳轉(zhuǎn)手柄，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大；二是長時(shí)間的人工高強(qiáng)度工作，操作者無法一直維持澆注液流的角度，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制；三是在緊急情況下，操作者因同時(shí)進(jìn)行兩項(xiàng)工作，很難按規(guī)定處理，容易引發(fā)安全事故。

雖然現(xiàn)技術(shù)中也存在一些能夠?qū)崿F(xiàn)坩堝自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的真空熔煉爐，但由于真空熔煉爐的熔煉室內(nèi)溫度較高，且還需要保證熔煉室具有足夠的密閉性，這樣如果將用于驅(qū)動(dòng)坩堝翻轉(zhuǎn)的電機(jī)等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在熔煉室內(nèi)，那么電機(jī)、各個(gè)連接線路和管路等都很容易受到高溫的影響而發(fā)生故障；而若將用于驅(qū)動(dòng)坩堝翻轉(zhuǎn)的電機(jī)設(shè)置在熔煉室外，那么又不能很好的保證熔煉室的密封性，所以現(xiàn)有技術(shù)中的一些具有坩堝自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能的真空熔煉爐在使用上都存在一定的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)坩堝自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的真空熔煉爐。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種真空熔煉爐，該真空熔煉爐包括控制器、液壓缸、連桿、主軸、熔煉室和設(shè)置在所述熔煉室內(nèi)的坩堝；所述主軸的一端與所述坩堝連接，另一端穿過所述熔煉室的側(cè)壁、并與所述連桿的一端連接，所述連桿的另一端沿所述主軸的徑向延伸、并與所述液壓缸的活塞桿鉸接，所述液壓缸的缸體的尾端鉸接于固定基座，所述坩堝上設(shè)有加熱部件，所述加熱部件和液壓缸均與所述控制器連接，所述主軸的內(nèi)部具有將所述加熱部件的電源線路引至所述熔煉室外的通道。

優(yōu)選的，所述主軸上設(shè)有環(huán)形密封件，所述環(huán)形密封件用于在所述主軸與所述熔煉室的側(cè)壁之間形成密封。

優(yōu)選的，所述環(huán)形密封件位于所述熔煉室的外側(cè)。

優(yōu)選的，所述連桿與所述主軸可拆卸連接；所述主軸上設(shè)有手柄。

優(yōu)選的，所述手柄具有配重。

優(yōu)選的，所述熔煉室內(nèi)設(shè)有支架，所述支架用于將所述加熱部件固定于所述坩堝，所述主軸通過所述支架與所述坩堝連接。

優(yōu)選的，所述感應(yīng)線圈設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)，所述電源線路包括至少兩根水冷銅管，兩根所述水冷銅管分別作為所述水冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)水管路和回水管路。

優(yōu)選的，所述加熱部件為電阻。

優(yōu)選的，所述控制器具有踩踏式按鍵。

優(yōu)選的，所述主軸與所述坩堝的中上部連接。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的一種真空熔煉爐，通過液壓缸和主軸的配合實(shí)現(xiàn)坩堝的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，不僅解決了人力操作不便的問題，而且還采用了具有內(nèi)部通道的主軸，利用主軸的外側(cè)與熔煉室形成密封，而主軸內(nèi)部的通道還可以將加熱部件的連接線路隔絕在其內(nèi)，由此既可以將用于驅(qū)動(dòng)坩堝翻轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)設(shè)置在熔煉室外，避免受到高溫的影響，又可以做到良好的密封。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種真空熔煉爐的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的液壓缸的液壓系統(tǒng)圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的真空熔煉爐在坩堝翻轉(zhuǎn)前的示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的真空熔煉爐在坩堝翻轉(zhuǎn)后的示意圖。

圖中：

1、熔煉室；2、支架；3、坩堝；4、保溫層；5、加熱部件；6、環(huán)形密封件；7、主軸；8、手柄；9、液壓缸；10、連桿；11、控制器；9-1、缸體；9-2、活塞桿；9-3、電動(dòng)機(jī)；9-4、齒輪泵；9-5、單向閥；9-6、無桿腔；9-7、有桿腔；9-8、手控限位閥；9-9、溢流閥；9-10、油箱。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空熔煉爐，包括控制器11、液壓缸9、連桿10、主軸7、熔煉室1和設(shè)置在熔煉室1內(nèi)的坩堝；坩堝上設(shè)有用于對(duì)坩堝內(nèi)的金屬料坯形成加熱的加熱部件5，該加熱部件5既可以是感應(yīng)線圈，也可以是電阻，本實(shí)施例采用的是感應(yīng)線圈，因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)的加熱方式不僅熱效率高，而且在感應(yīng)線圈與坩堝之間還可以增設(shè)保溫層4，利用保溫層4將坩堝的四周及底部包裹，可以進(jìn)一步提高熱效率；液壓缸9位于熔煉室1外，液壓缸9的缸體9-1的尾端鉸接于固定基座，該固定基座是與熔煉室1的相對(duì)位置固定的基座，液壓缸9的活塞桿9-2與連桿10的一端鉸接，連桿10的另一端與主軸7的一端連接、并整體沿主軸7的徑向延伸，主軸7的另一端穿過熔煉室1的側(cè)壁、并通過感應(yīng)線圈與坩堝連接，如此便通過活塞桿9-2的伸縮而實(shí)現(xiàn)坩堝的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。

如圖2所示，本實(shí)施例的液壓缸9為油缸，其液壓系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)9-3、齒輪泵9-4、單向閥9-5、手控限位閥9-8、溢流閥9-9和油箱9-10；液壓缸9的缸體9-1分別通過進(jìn)油管路和回油管路與郵箱連通；齒輪泵9-4設(shè)置在進(jìn)油管路上、并通過電動(dòng)機(jī)9-3帶動(dòng)運(yùn)行，以將油箱9-10中的油泵入到液壓缸9中；單向閥9-5設(shè)置在齒輪泵9-4的出油端與液壓缸9之間的進(jìn)油管路上；手控限位閥9-8設(shè)置在回油管路上，用于通過手動(dòng)控制回油，以實(shí)現(xiàn)液壓缸9的泄壓和限位等操作；溢流閥9-9的一端通過管路連接到單向閥9-5與液壓缸9之間的進(jìn)油管路上，另一端通過管路連接到手控限位閥9-8與油箱9-10之間的回油管路上，以實(shí)現(xiàn)液壓缸9壓力的過高保護(hù)。

控制器11可以是plc控制系統(tǒng)，分別與液壓缸9和加熱部件5連接，通過對(duì)液壓缸9的頂進(jìn)和縮回控制而實(shí)現(xiàn)坩堝的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)；主軸7的端部與加熱部件5密封連接；控制器11可集成電源模塊，電源模塊通過電路與加熱部件5連接，這樣控制器11只需通過對(duì)電源模塊的控制而實(shí)現(xiàn)加熱部件的啟停。

本實(shí)施例的真空熔煉爐通過液壓缸9與主軸7之間的配合而實(shí)現(xiàn)坩堝的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，不僅解決了人力操作不便的問題，而且還采用了內(nèi)部具有通道的主軸7，利用主軸7的外側(cè)與熔煉室1形成密封，而主軸7內(nèi)部的通道還可以將加熱部件5的電源線路隔絕在其內(nèi)，由此既可以將用于驅(qū)動(dòng)坩堝翻轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)設(shè)置在熔煉室1外，避免受到高溫的影響，又可以做到良好的密封。

上述主軸7上還可以設(shè)置環(huán)形密封件6，該環(huán)形密封件6可以是密封連接盤，用于在主軸7與熔煉室1的側(cè)壁之間形成密封；且該環(huán)形密封件6優(yōu)選為位于熔煉室1的外側(cè)，這樣對(duì)于處于低壓環(huán)境下的熔煉室1來說，環(huán)形密封件6由于受到負(fù)壓的作用，密封效果會(huì)更好。

在熔煉室1內(nèi)、并位于坩堝的側(cè)方還可以設(shè)置支架2，該支架2可分布在坩堝3的兩側(cè)，用于將加熱部件5固定于坩堝3，主軸7通過支架2與坩堝3的一側(cè)連接；坩堝3另一側(cè)的支架2還可以通過轉(zhuǎn)軸與熔煉室1的側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，以確保主軸7能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

主軸7優(yōu)選為與坩堝的中上部連接，這樣坩堝接近于原位旋轉(zhuǎn)，坩堝內(nèi)的熔融金屬在翻轉(zhuǎn)的過程中不易發(fā)生振蕩，而坩堝開口的擺動(dòng)幅度也不會(huì)過大。

連桿10可與主軸7可拆卸連接，且主軸7上設(shè)有手柄8，由此可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式與電動(dòng)模式之間的切換；另外，手柄8還可以配有配重，以使操作更加省力。

加熱部件5可以是包括感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)，感應(yīng)線圈的電源線路至少包括兩根水冷銅管，兩根水冷銅管分別作為水冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)水管路和回水管路，從而無需再單獨(dú)在熔煉室1上開口，避免破壞其密封性。

本發(fā)明的整個(gè)工序過程為：①裝料→②抽真空→③反充保護(hù)氣體→④熔煉→⑤傾轉(zhuǎn)澆注→⑥狀態(tài)回復(fù)，具體實(shí)施步驟如下：

①裝料：打開熔煉室1，向熔煉坩堝3內(nèi)裝入金屬料坯。

②抽真空：啟動(dòng)機(jī)械泵對(duì)熔煉室1抽真空，抽至500pa；啟動(dòng)羅茨泵，對(duì)熔煉室1進(jìn)行抽真空，抽至5pa以下；啟動(dòng)擴(kuò)散泵對(duì)熔煉室1抽真空，真空抽至6.63×10^-3pa以下時(shí)，停泵。

③反充保護(hù)氣體：向熔煉室1內(nèi)充入惰性氣體，充入量為0.06mpa。

④熔煉：啟動(dòng)加熱部件，開始熔煉金屬棒料至金屬液熔化均勻。

⑤傾轉(zhuǎn)澆注：

5.1自動(dòng)傾轉(zhuǎn)

如圖3所示，持續(xù)踩下控制器11上的踩踏式按鍵，使坩堝持續(xù)傾轉(zhuǎn)，單向閥9-5開啟，電動(dòng)機(jī)9-3帶動(dòng)齒輪泵9-4，從油箱9-10內(nèi)吸油注入油缸的無桿腔9-6，活塞桿9-2持續(xù)伸長，從有桿腔9-7內(nèi)伸出，主軸7隨活塞桿9-2伸長而在連桿10帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)熔煉坩堝3完成0→90°傾轉(zhuǎn)，如圖4所示，金屬液完成澆注；過程中，松開傾轉(zhuǎn)，單向閥9-5關(guān)閉，油缸的無桿腔9-6內(nèi)不再注油，手控限位閥9-8處于閉合狀態(tài)，活塞桿9-2保持當(dāng)前長度，坩堝3固定在當(dāng)前傾轉(zhuǎn)角度；再次踩下踩踏式按鍵，單向閥9-5開啟，油缸的無桿腔9-6繼續(xù)注油，活塞桿9-2繼續(xù)伸長，坩堝3由當(dāng)前傾轉(zhuǎn)角度向90°繼續(xù)傾轉(zhuǎn)。過程中，溢流閥9-9僅在系統(tǒng)超壓時(shí)啟動(dòng)卸壓。

5.2人工傾轉(zhuǎn)

連桿10與活塞桿9-2卸除，亦可通過旋轉(zhuǎn)操作手柄8實(shí)現(xiàn)人工操作的傾轉(zhuǎn)動(dòng)作。

⑥狀態(tài)回復(fù)：

6.1自動(dòng)回復(fù)

結(jié)合圖2所示，過程中，任意角度持續(xù)踩下按鍵，手控限位閥9-8處于開啟狀態(tài)，油缸的無桿腔9-6向油箱9-10卸油，活塞桿9-2收縮，主軸7隨活塞桿9-2收縮在連桿10帶動(dòng)下回復(fù)，進(jìn)而帶動(dòng)熔煉坩堝3回復(fù)，則熔煉坩堝3完成當(dāng)前傾轉(zhuǎn)角度向0°回復(fù)動(dòng)作，再參考圖3和圖4所示，松開按鍵，手控限位閥9-8處于閉合狀態(tài)，活塞桿9-2保持當(dāng)前長度，坩堝3固定在當(dāng)前回復(fù)角度。

6.2人工回復(fù)

連桿10與活塞桿9-2之間的銷卸除，亦可通過旋轉(zhuǎn)操作手柄8實(shí)現(xiàn)人工操作的回復(fù)動(dòng)作。

本發(fā)明裝置在金屬液熔化均勻后，通過一種簡易的控制方式，實(shí)現(xiàn)了真空熔煉過程中，熔煉坩堝3的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。因不需人工扳動(dòng)旋轉(zhuǎn)操作手柄8來翻轉(zhuǎn)坩堝3，減輕了作業(yè)過程的人工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)操作者可專注觀察熔煉室室內(nèi)澆注液情況，從而降低了安全隱患。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。