專利名稱：一種異型筒狀大型薄壁件的電磁成型鑄造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種鑄造設(shè)備，特別是涉及到一種異型筒狀大型薄壁件的鑄造設(shè)備。
所謂異型筒狀大型薄壁件是一種長800-3000mm、直徑300-600mm、厚度3-8mm的圓筒狀鑄件，其外表面為光滑的圓柱面，其內(nèi)表面上有橫、豎加強筋及圓臺等凸起物。實際應用要求這種鑄件應具有很高的機械性能及冶金質(zhì)量。由于其獨特的幾何形狀及高性能的要求，給鑄造工藝帶來很大的困難。目前國內(nèi)外采用的工藝之一是差壓鑄造法，其特點是液態(tài)金屬在壓力作用下填充型腔并在其中結(jié)晶，有助于填充狹窄的型腔，并有助于獲得緊實的鑄件，然而，長期生產(chǎn)也暴露出這種工藝的不足之處1.經(jīng)常出現(xiàn)縮松缺陷，以至報廢。2.難以鑄出厚度3-8mm、長度2000mm以上的鑄件。3.力學性能有時達不到要求。另一種鑄造工藝稱之為“順序凝固鑄造法”，它與“差壓鑄造法”互有優(yōu)缺點，難分仲伯。多年實踐及經(jīng)驗證明以上兩法均不能滿足異型筒狀大型薄壁件的高冶金質(zhì)量，高機械性能的要求。本實用新型經(jīng)過多年觀察，認為以上兩法雖然名稱各異，都是比較高級的鑄造方法，又都是用電子計算機控制的。但其實質(zhì)上都仍然是砂型鑄造法，因為砂型在其中仍處于核心地位。用砂型來鑄造高質(zhì)量的異型筒狀大型薄壁件，這就是異型筒狀大型薄壁件生產(chǎn)問題的實質(zhì)。
本實用新型的目的提供一種鑄造設(shè)備，用以鑄出高質(zhì)量的異型筒狀大型薄壁件。稱為“一種異型筒狀大型薄壁件的電磁成型鑄造設(shè)備?！北緦嵱眯滦偷哪康氖沁@樣實現(xiàn)的，即完全不用砂型來成型，而依靠電磁力約束枝體金屬，使之形成外圓柱面。電磁力來源于圍繞在鑄件之外的電磁感應器(22)中的一次電流I4和鑄件上部的液體合金柱中的渦流I2的相互作用。鑄件的內(nèi)表面是型芯(3)成型的。它是一個薄壁中空的陶瓷型芯。鑄件由澆口盤(13)中被一點點的向下引出，到下方一點點的被冷卻，實現(xiàn)了連續(xù)定向凝固(徹底的改變了原工藝，砂型鑄造法的凝固方式)。這樣的鑄造方法，將取得如下的有益效果①鑄件凝固前后不與任何固物質(zhì)相接觸，只接觸空氣和水等流體，故當其凝固后表面很光潔可達7；②鑄件晶粒由于電磁力的攪拌作用及快速冷卻而細化，同時也細化了技晶間矩，減少了化學成分偏析；③由于組織改善，也使其機械性能得到大幅的提高；④完全杜絕了各種鑄造缺陷，如氣孔、縮松、夾雜、縮孔等。⑤省去了砂型，因而省去了型砂原材料的準備工序、模型制備工序、造型工序等等。而代之以永久性的感應器(22)[即一個感應器(22)可以生產(chǎn)多個鑄件]，因而簡化了工藝過程，降低了成本。⑥在厚度不變的條件下，可滿足各種設(shè)計長度要求。
用電磁力約束成型，鑄造圓柱型鑄錠是原蘇聯(lián)發(fā)明的，已有20多年歷史了，目前鑄造管件的工作也有一些。美國專利NO 4 567 936 ISSUED FEB.4.1986也是一項用電磁成型法連續(xù)鑄造鋁—鋰合金錠的發(fā)明。它是先用電磁成型法鑄造一個大口徑薄壁普通鋁管，然后再在其中澆鑄入鋁—鋰合金而實現(xiàn)的。其鑄造鋁管的方法是外表面由電磁結(jié)晶器成型(即電磁力成型)，其內(nèi)表面由一個金屬水冷芯成型。此金屬芯外表面很光滑，而且很短，其長度與電磁結(jié)晶器相近。本實用新型的鑄件為異型筒狀大型薄壁件，其外表面也是由電磁結(jié)晶器成型，其不同點(亦即其特征部分)在于其內(nèi)表面是由一個薄壁中空的陶瓷型芯(3)形成，它是安裝在引出底座(1)之上的，和鑄件同時運動和靜止，與鑄件保持相對靜止，稱為隨動型芯。此芯較長，其長度稍長于鑄件，而且此芯在工作時必須預先加熱至高溫，以避免此芯由上而下進入液體鋁合金(14)時，使其發(fā)生結(jié)晶凝固，使工藝失敗。而且此芯外表面有橫豎溝槽及圓坑以便在鑄件內(nèi)表面形成橫豎加強筋及圓臺等凸起物。本實用新型所謂異型筒狀大型薄壁件，其中最典型的鑄件是導彈艙體。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型，實施例1的主視剖面圖圖2是本實用新型，實施例2及實施例3的主視剖面圖圖3是本實用新型，實施例4的主視剖面圖圖4是本實用新型，實施例5的主視剖面圖在
圖1中核心零件是感應器(22)，它是一個單匝線圈，是用純銅加工成帶缺口的圓環(huán)，外表面為圓柱面，內(nèi)表面中部為內(nèi)圓柱面，上部加工成漏斗狀，下部有一段加工成反漏斗狀，在其附近加工了一個環(huán)狀噴水口(25)，但它并沒有把感應器(22)分成上、下兩部分，環(huán)狀噴水口(25)的入水端的上、下兩部分還是連接在一起的，其上有很多小孔，以保證冷卻水流出，而其出水端則加工成完整的環(huán)狀噴水口(25)，以保證沿其圓周方向噴水均勻。圓環(huán)上有一個缺口穿過整個截面，在缺口中填有玻璃絲絕緣膠合成的填料，在缺口兩端焊有連接中頻電源的導線，便形成了完整的感應器(22)。
上板(19)是一個圓形成型耐火磚板，中間有一個大孔，直徑和感應器(22)的上孔直徑相同。下板(24)是一個用玻璃絲絕緣膠板制成的圓板，中間有一個大孔，直徑與感應器(22)的下孔相同。
水箱外殼(20)是一個用玻璃絲膠板制成的圓形套筒，其外徑與下板(24)的外徑相等，并小于上板(19)的外徑。水箱內(nèi)隔板(23)也是一個用玻璃絲膠板制成的圓形套筒，其上有很多通水口(21)，其作用是把一個環(huán)形水箱分成環(huán)形水箱(27)及環(huán)形水箱(26)。各個玻璃絲膠板銜接處均有密封墊(18)，以保證不漏水。入水管(28)為玻璃絲膠管制成。
以上說明了冷卻水箱與感應器(22)的組裝情況，當冷卻水從環(huán)狀噴水口(25)噴向鑄件(4)時，不但冷卻了感應器(22)，而且，也冷卻了鑄件(4)。
引出底座(1)由不銹鋼制成，是一個圓盤與一個垂直空心管件構(gòu)成的，其圓盤直徑稍大于鑄件(4)的直徑，在其中心有一孔與垂直管件貫通，其垂直管件連接在引出機械上，可以上、下垂直運動，安裝時必須保證與感應器(22)同心。在中心孔周圍，還有六個孔用以排出冷卻水。
芯內(nèi)噴水環(huán)(5)由薄壁不銹鋼管制成的圓環(huán)與一段很長的不銹鋼垂直管構(gòu)成，其外徑比型芯(3)內(nèi)徑約小60mm在其周圍鉆有傾斜向下、向外方向的噴水小孔一兩排。它被安插在引出底座(1)及底盤(2)的中心孔內(nèi)，由薄壁不銹鋼管支撐著，固定在型芯(3)內(nèi)，略高于環(huán)狀噴水口(25)的水平高度，并且高度及噴水量可調(diào)，冷卻水通過垂直的薄壁不銹鋼管進入芯內(nèi)噴水環(huán)(5)。
型芯(3)是陶瓷型芯或用水玻璃細砂制成的具有較薄的壁厚、其上有能在鑄件上形成橫、豎加強筋的溝槽及形成凸臺的圓坑，其長度比鑄件長200mm，在下端有附加長度150mm，上端有附加長度50mm，中間才是形成鑄件內(nèi)表面的地方，稱為有效部分。在制芯時，通過鉚釘把它與底盤(2)聯(lián)結(jié)在一起。底盤(2)為不銹鋼制成，通過定位銷釘及自重和引出底座(1)上的園盤連接在一起，必須保證型芯(3)與引出底座(1)同心安裝。與引出底座(1)相對應底盤(2)之中心也有一個孔，以備噴水環(huán)(5)安裝于其中。另外，中心孔之外還鉆有六個孔，加工與安裝應保證，它們與引出底座園盤上的六個小孔相貫通，以備排出噴水環(huán)(5)噴出的冷卻水。
屏蔽罩(16)是一個截面為三角形的圓圈，由不銹鋼制成，三角形截面中心通以流動冷卻水(15)，它通過支持圓板(17)定位安裝在上板(19)之上，必須保證和感應器(22)同心安裝。其高度可通過支持圓板(17)來調(diào)節(jié)。支持園板(17)由玻璃絲膠板制成。
澆口盤(13)形狀與作用類似普通澆口杯，象一個圓盤，直徑較大，中心有大孔，孔徑和鑄件直徑相等。通過墊板安裝在支持園板(17)及耐火材料板(12)上，安裝應保證它與感應器(22)同心。
芯內(nèi)加熱爐及芯外加熱爐安裝在上板(19)之上，是為保證型芯(3)由下而上的各個截面在進入液體鋁合金(14)之前，達到一定溫度以上而設(shè)置的。
圖1中爐殼(11)、成型耐火層(9)及弧狀硅碳棒(10)構(gòu)成了芯外加熱爐，弧狀硅碳棒(10)特制成圓弧狀，長度為400mm，以避免感應生電。它安裝于成型耐火層(9)之園弧狀溝槽中；懸掛桿(8)是一個普通碳鋼桿，爐體(6)為耐火材料制成，其上有安裝圓弧狀硅碳棒的溝槽，由懸掛桿(8)、爐體(6)及硅碳棒(7)構(gòu)成芯內(nèi)加熱爐，其作用在于提高加熱速度以及使型芯(3)內(nèi)、外溫度均勻，芯內(nèi)加熱爐的安置也要依據(jù)鑄件內(nèi)表面的幾何形狀有所不同，有時甚至爐形也需要有所變化，有時也可能采用乙炔焰作為加熱本。
操作過程首先把引出底座(1)下降至最低點，把型芯(3)安裝于其上，然后緩慢地上升至最高點，即使型芯(3)的有效部分進入內(nèi)、外加熱爐中，開動所有加熱體，待型芯(3)及澆口盤(13)溫度均上升至一定溫度以上時，由入水管(28)注入冷卻水，使之進入環(huán)狀水箱(27)和環(huán)狀水箱(26)，又通過環(huán)狀噴水口(25)噴向鑄件方向，再開啟感應器(22)，同時開動內(nèi)冷卻水噴水環(huán)(5)，此時型芯(3)的底盤(2)正位于感應器(22)中，當把熔煉好的液體鋁合金引入澆口盤(13)中，隨即進入感應器(22)中，由于電磁力的作用使之貼附于型芯(3)上，成型為液體態(tài)鑄件，此時，開動引出機械帶動引出底座(1)，使型芯(3)向下引出，由于芯內(nèi)噴水環(huán)(5)及芯外環(huán)狀噴水口(25)噴出的冷卻水的冷卻作用而凝固為鑄件的附加部分，連續(xù)如此操作，便鑄出了整個鑄件及上、下附加部分。最后鋸去上、下附加部分，便得完整的鑄件。本工藝的芯內(nèi)、外加熱爐所保持的爐內(nèi)溫度、液柱高度以及電磁的推力、引出速度均經(jīng)閉環(huán)自動控制。
圖2與
圖1之區(qū)別僅在于屏蔽器(16)之內(nèi)、液體金屬圓柱面之外的氣隙內(nèi)，設(shè)置了一個耐火保溫層(30)，它是用硅酸鋁絲及糊精制成的，如同“氈墊”一般，其厚度等于或略大于原來的氣隙，這樣上面就相當于有模型，而下面沒有模型，就可以改變感應器(22)把其電磁力集中于耐火保溫層(30)下方，使其液柱面表面質(zhì)量更高。
實施例3的主視剖面圖，亦如圖2所示，僅僅把其耐火保溫層(30)換成一層石墨，而使石墨層與原來的氣隙厚度基本相等，這樣就把電磁成型鑄造法與0.C.C法結(jié)合起來了，取得良好效果。
圖3是取消了
圖1中屏蔽器(16)、屏蔽器中流動冷卻水(15)、支持圓板(17)三個零件后所構(gòu)成的設(shè)備。如圖3所示，在澆口盤(13)之下形成一塊空白，仍能取得良好的效果。
圖4是在圖3所示的設(shè)備的基礎(chǔ)上改進而成的。在其作為模型的感應器(22)之上再加一個附加感應器(16)，以及懸掛在型芯(3)內(nèi)的水冷鐵心(15)而構(gòu)成的。這兩個零件的加入，旨在控制進入感應器(22)中的液態(tài)合金數(shù)量，以便工藝順利進行。
綜上所述可見在已知的電磁成型鑄造設(shè)備中最主要的就是作為模型的感應器(22)，在鑄造異型筒狀大型薄壁件的條件下，單獨采用作為模型的感應器(22)，或者再加入別的附加零件(如屏蔽罩等)都能完成工藝過程，所以本實用新型的權(quán)利要求書中前序部分的“形成鑄件外表面的電磁感應器(22)系指上述兩種情況。
本實用新型是以差壓鑄造法、直澆道提升法、大口徑薄壁鋁管的電磁成型鑄造法等已知的研究工作為相關(guān)工作而提出的，解決了異型筒狀大型薄壁件的鑄造問題，稱為“異型筒狀大型薄壁件的電磁成型鑄造設(shè)備”。屬于電磁成型鑄造法領(lǐng)域，其創(chuàng)新點在于型芯(3)的特殊性1.型芯(3)與鑄件保持相對靜止，隨同運動，稱為隨動型芯。
2.型芯(3)由下而上的各截面在進入液體鋁合金(14)之前，必須被加熱至一定溫度以上，否則結(jié)晶與凝固可能發(fā)生在澆口盤(13)中，使工藝失敗，因而型芯(3)是高溫型芯。
3.型芯(3)是快速冷卻型芯。提高試樣(或鑄件)的冷卻速度及增大溫度梯度是定向凝固獲得超細柱晶組織及優(yōu)良力學性能的必由之路。在本實用新型中也要像以往前人的工作那樣對“鑄件”采用快速冷卻措施。然而，本工作的特殊性是在鑄件的內(nèi)部，有用非金屬材料制成的型芯(3)，因而為了確?！拌T件”高速冷卻及具有大的溫度梯度，必然要求型芯(3)具有快速冷卻的特點，否則必將妨礙“鑄件”的高速冷卻。為使型芯(3)成為快速冷卻的型芯，本實用新型采取了以下措施①采用高強度薄壁中空型芯，例如采用精密鑄造的陶瓷型芯，即用硅酸乙酯水解液或水玻璃等粘結(jié)劑與人造石英粉、石英砂、鋁礬土，用制做精密鑄造模殼的方法制成的，這樣的陶瓷殼芯，熱容量小，便于快速冷卻。②在其內(nèi)部設(shè)置噴水環(huán)(5)則能有效的增加型芯(3)的冷卻速度。③使噴水環(huán)(5)的垂直高度，高于鑄件外面的環(huán)狀噴水口(25)，則冷卻效果更高。由上可知，本實用新型所謂型芯(3)為快速冷卻型芯，其含意是型芯(3)在同一條件下，冷卻速度超過目前鑄造生產(chǎn)現(xiàn)場所使用的各種型芯的冷卻速度。
權(quán)利要求1.一種異型筒狀大型薄壁件的電磁成型鑄造設(shè)備，包括形成鑄件外表面的電磁感應器(22)、形成鑄件內(nèi)表面的型芯(3)、澆口盤(13)、環(huán)狀噴水口(25)、引出底座(1)以及引出機械，其特征在于型芯(3)是一種隨動型芯，是一種高溫型芯，是一種快速冷卻型芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于其型芯(3)定位安裝在引出底座(1)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于型芯(3)是略長于鑄件的陶瓷薄壁中空型芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于在設(shè)備的上部有加熱型芯(3)的芯外及芯內(nèi)加熱爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于在設(shè)備的上部有加熱型芯(3)的芯外加熱爐而無芯內(nèi)加熱爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于在芯內(nèi)設(shè)置了噴水環(huán)(5)，安裝在一定高度。
專利摘要本實用新型涉及到一種鑄造設(shè)備,特別是涉及到一種異型筒狀大型薄壁件的鑄造設(shè)備。主要用來解決用原工藝鑄造異型筒狀大型薄壁件所遇到的難題。其結(jié)構(gòu)特點是:在原電磁成型鑄錠機的鑄錠引出機構(gòu)上安裝一個非金屬的空心薄殼型芯(3)以及型芯預熱爐。鑄造時液體金屬進入感應器(22)之內(nèi),型芯(3)之外,成型為鑄件后,與型芯(3)一道被向下引出,由下而上逐層冷卻、凝固。
文檔編號B22D11/00GK2378139SQ9821819
公開日2000年5月17日 申請日期1998年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月14日
發(fā)明者李忠炎 申請人:李忠炎