一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種小型鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，包括設(shè)備主體、真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。設(shè)備主體采用上下室式結(jié)構(gòu)，水冷銅坩堝放置在下室中，鑄型放置在上室中，上下室之間有中隔板，中隔板上放置有升液管；真空低壓鑄造系統(tǒng)與設(shè)備主體、真空系統(tǒng)及保護(hù)性氣體氣源系統(tǒng)相連接，并采用數(shù)字式組合閥作為流量調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；電控系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機(jī)和PLC組成。鈦合金在熔煉室完成熔煉過程后，通過升降裝置抬升水冷銅坩堝至澆注位置，關(guān)閉上下室互通閥，由計算機(jī)控制通入下室中的保護(hù)性氣體流量，建立上下室之間的壓差，合金液在壓差作用下通過升液管充入鑄型，完成鑄造過程。本發(fā)明較傳統(tǒng)離心鑄造及底漏式吸鑄能提高鈦合金的充型能力及凝固補(bǔ)縮能力，得到鑄造質(zhì)量更好、壁厚更薄的鑄件，為小型鈦合金構(gòu)件的批量化生產(chǎn)提供了一種新的手段。
【專利說明】一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦合金反重力鑄造領(lǐng)域，具體地說，涉及一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，屬于鑄造及鑄造設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)異的綜合性能，是航空航天領(lǐng)域內(nèi)一種重要的結(jié)構(gòu)材料。離心鑄造是鈦合金鑄造最常用的方法，但是鑄造過程中工藝參數(shù)不易控制，并且離心力的存在會造成鑄件化學(xué)成分的不均勻性，最終導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能的不均勻性。在中國專利[201010615723.4:一種小型鈦合金或鈦鋁合金復(fù)雜鑄件的鑄造成形方法]中，該發(fā)明提出一種底漏式真空吸鑄熔模精密鑄造方法成形鈦合金鑄件的方法，該方法借助重力及真空吸力使合金液沿重力方向充型，屬于重力鑄造范疇，充型過程中無法對合金液流速及流態(tài)進(jìn)行控制，影響鑄件最終的內(nèi)在質(zhì)量。在中國專利[200810150364.2:—種鈦及鈦合金的鑄造方法]中，該發(fā)明采用了一種類似于真空吸鑄的方法，通過快速抽取上爐腔真空，使純鈦或鈦合金液沿升液管逆重力方向進(jìn)入鑄型殼中。但真空吸鑄的吸鑄力有限，合金液的充型動力及凝固補(bǔ)縮壓力都較小，無法用于較大鑄件的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，可采用真空低壓鑄造方法生產(chǎn)鈦合金構(gòu)件。該裝置在鈦合金真空熔煉完成后，通過坩堝上升完成低壓鑄造準(zhǔn)備工作，然后向下室中通入保護(hù)氣體，使合金液沿升液管上升進(jìn)入鑄型型腔并凝固成形，完成低壓鑄造過程。該裝置通過控制進(jìn)入下室的氣體流量實現(xiàn)對合金液充型速度的控制，具有充型速度可控、充型平穩(wěn)、鑄造缺陷少的特點。
[0004]本發(fā)明提供的一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，包括設(shè)備主體、真空低壓造氣控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。
[0005]設(shè)備主體采用上下室式結(jié)構(gòu)，上室及下室分別帶有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。下室內(nèi)放置有水冷銅坩堝，通過設(shè)備主體電極引入點與感應(yīng)電源相連接。水冷銅坩堝與升降裝置相連，可以帶動水冷銅坩堝做上下往復(fù)運動。鑄型放置在上室中，上室內(nèi)有加熱保溫裝置及模殼固定裝置。設(shè)備主體通過管道與真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)相連接。
[0006]真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)包括連接有真空系統(tǒng)的真空控制管路和連接有保護(hù)性氣體氣源系統(tǒng)的管路組成。真空系統(tǒng)由真空罐、機(jī)械泵、擴(kuò)散泵和增壓泵組成。保護(hù)氣體氣源系統(tǒng)由儲氣罐和保護(hù)性氣體發(fā)生裝置組成。真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)采用數(shù)字式組合閥作為流量調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由計算機(jī)實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)控制。
[0007]電控系統(tǒng)主要有工業(yè)計算機(jī)和PLC組成。工業(yè)控制計算機(jī)主要用作參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲；PLC用作現(xiàn)場控制器，負(fù)責(zé)現(xiàn)場采樣、數(shù)據(jù)運算、控制輸出。工業(yè)控制計算機(jī)和PLC通過RS485通訊口進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。鑄造過程采用閉環(huán)控制，監(jiān)視器上設(shè)置有監(jiān)控畫面，能實時觀測到設(shè)定壓力和實際壓力，以及各元件的工作狀態(tài)。[0008]本發(fā)明將反重力鑄造與鈦合金水冷銅坩鍋感應(yīng)熔煉技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了鈦合金構(gòu)件的真空低壓鑄造成型，為鈦合金構(gòu)件提供了一種可行的鑄造工藝手段。熔煉在真空狀態(tài)下完成的，鑄造和凝固過程在惰性保護(hù)氣體下完成。真空低壓鑄造可提高鈦合金熔體的充型能力，有利于提高構(gòu)件在成型過程中的補(bǔ)縮能力和抑制構(gòu)件在成形過程中產(chǎn)生化學(xué)成分偏析的傾向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種鈦合金構(gòu)件低壓鑄造成形裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0010]圖1為本發(fā)明的鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造形裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]1.下室2.下室冷卻水進(jìn)出口 3.銅坩堝電極接入點4.水冷銅坩堝5.升液管6.中隔板7.密封墊8.鎖緊密封機(jī)構(gòu)9.上室10.電阻絲11.電極接口 12.上室冷卻水進(jìn)出口 13.保溫層14.模殼鎖緊機(jī)構(gòu)15.鑄型模殼16.上室進(jìn)排氣電磁閥17.真空系統(tǒng)18.上下室互通電控截止閥19.計算機(jī)控制系統(tǒng)20.保護(hù)氣體氣源系統(tǒng)21.氣源電控截止閥22.數(shù)字式組合閥23.排氣電控截止閥24.感應(yīng)電源25.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)26.下室進(jìn)排氣電控截止閥27.電感應(yīng)開關(guān)28.位置擋片29.坩堝升降機(jī)構(gòu)
【具體實施方式】
[0012]本實施例是一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置
[0013]如圖1所示，一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置主要由下室1、下室冷卻水進(jìn)出口 2、銅坩堝電極接入點3、水冷銅坩堝4、升液管5、中隔板6、密封墊7、鎖緊密封機(jī)構(gòu)8、上室9、電阻10、電極接口 11、上室冷卻水進(jìn)出口 12、保溫層13、模殼鎖緊機(jī)構(gòu)14、鑄型模殼15、上室進(jìn)排氣電磁閥16、真空系統(tǒng)17、上下室互通電控截止閥18、計算機(jī)控制系統(tǒng)19、保護(hù)氣體氣源系統(tǒng)20、氣源電控截止閥21、數(shù)字式組合閥22、排氣電控截止閥23、感應(yīng)電源24、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)25、下室進(jìn)排氣電控截止閥26、電感應(yīng)開關(guān)27、位置擋片28、坩堝升降機(jī)構(gòu)組成29組成。
[0014]下室I和上室9采用雙層水冷結(jié)構(gòu)，下室冷卻水進(jìn)出口 2及上室冷卻水進(jìn)出口 12與冷卻水循環(huán)系統(tǒng)25連接。水冷銅坩堝4放置在下室I內(nèi)，并通過銅坩堝電極接入點3與感應(yīng)電源24連接。坩堝升降結(jié)構(gòu)29位于下室I底部中心，與水冷銅坩堝3相連，可實現(xiàn)坩堝的升降運動，并可通過位置擋片28和電感應(yīng)開關(guān)27控制坩堝的上升與下降位置。
[0015]中隔板6位于上室I與下室9之間，起隔離上下室和放置鑄型作用。升液管5放置在中隔板6中心的孔中，在升液管5法蘭的上下端面放置有耐火材料的密封墊7，鑄型模殼15放置在升液管6和密封墊7上，并通過模殼鎖緊機(jī)構(gòu)14將鑄型、升液管和密封墊壓緊，實現(xiàn)密封。電阻絲10、電極接口 11、保溫層13位于上室9內(nèi)，主要用于對鑄型模殼的預(yù)熱保溫。
[0016]鎖緊密封機(jī)構(gòu)8主要用于下室I和上室9之間的鎖緊密封，在液壓油缸的驅(qū)動下，鎖緊密封機(jī)構(gòu)8繞軸向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)上室、下室之間的打開與密封。
[0017]上室進(jìn)排氣電磁閥16和真空系統(tǒng)17通過無縫鋼管與上室9連接，上下室互通電控截止閥18通過無縫鋼管與下室I和上室9連接。氣源電控截止閥21、數(shù)字式組合閥22、排氣電控截止閥23和下室進(jìn)排氣電控截止閥26組成低壓鑄造氣控系統(tǒng)，其中氣源電控截止閥21與氣源20連接，下室進(jìn)排氣電控截止閥26與下室I連接。其中真空系統(tǒng)20由真空罐、機(jī)械泵、擴(kuò)散泵和增壓泵組成，氣源系統(tǒng)20由儲氣罐和保護(hù)性氣體發(fā)生裝置組成。
[0018]計算機(jī)控制系統(tǒng)19主要有工業(yè)計算機(jī)和PLC組成。工業(yè)控制計算機(jī)主要用作參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲；PLC用作現(xiàn)場控制器，負(fù)責(zé)現(xiàn)場采樣、數(shù)據(jù)運算、控制輸出。工業(yè)控制計算機(jī)和PLC通過RS485通訊口進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。鑄造過程采用閉環(huán)控制，監(jiān)視器上設(shè)置有監(jiān)控畫面，能實時觀測到設(shè)定壓力和實際壓力，以及各元件的工作狀態(tài)。
[0019]工作流程:
[0020]鈦合金熔煉開始前，先將鎖緊密封機(jī)構(gòu)8打開，移走上室9和中隔板6，向水冷銅坩堝4中加入鈦合金料。將中隔板6放置到鎖緊密封機(jī)構(gòu)8后，在中隔板5上放置升液管5，使升液管5處在水冷銅坩堝4上方，并在升液管法蘭上下面放置耐火材料的密封墊7。將鑄型摸殼15的燒口與升液管口位置對齊，放置于中隔板6上,利用模殼鎖緊機(jī)構(gòu)14將模殼固定，實現(xiàn)模殼和升液管與上下腔隔板之間的密封。將上室9放置到鎖緊密封機(jī)構(gòu)8中，并鎖緊密封，使上下室之間密封隔離。通過電極接口 11對電阻絲10通電，實現(xiàn)對鑄型模殼的預(yù)熱保溫。
[0021]開啟真空系統(tǒng)17并打開上室進(jìn)排氣電磁閥16和上下室互通電控截止閥，實現(xiàn)對上室9和下室I建立同步真空，在真空達(dá)到所需的真空度時，通過銅坩堝電極接入點3實現(xiàn)對水冷銅坩堝通電，實現(xiàn)對鈦合金料的加熱熔煉。由于升液管5處在水冷銅坩堝4上方，靠感應(yīng)熔煉輻射熱對其進(jìn)行預(yù)熱，可降低低壓鑄造過程中升液管15對鈦合金熔體的激冷效果O
[0022]熔煉結(jié)束后，開始真空低壓鑄造。首先根據(jù)工藝需求在計算機(jī)控制軟件中輸入相應(yīng)低壓鑄造工藝參數(shù)，參數(shù)輸入完畢后，工控機(jī)將參數(shù)下傳至PLC中的存儲器中。然后關(guān)閉上室進(jìn)排氣電磁閥16和上下室互通電控截止閥18，水冷銅坩堝4在升降機(jī)構(gòu)29的帶動下快速上升，使升液管5浸入鈦合金熔體之中。打開氣源電控截止閥、下室進(jìn)排氣電控截止閥，在計算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)控下，按照參數(shù)設(shè)置實時調(diào)節(jié)數(shù)字組合閥22的進(jìn)氣流量，使保護(hù)氣體以一定的速度充入下室I中，這樣，在上、下室之間形成壓差，鈦合金熔液在壓差作用下沿升液管上升并進(jìn)入鑄型型腔中，在一定壓差作用下凝固成形，實現(xiàn)鈦合金真空低壓鑄造過程。
[0023]在鈦合金鑄件凝固后，關(guān)閉氣源電控截止閥21，打開上下室互通電控截止閥18，卸除上下室之間的壓差，是升液管內(nèi)未凝固合金液流回坩堝內(nèi)，啟動坩堝升降機(jī)構(gòu)29，帶動水冷銅坩堝向下移動到熔煉開始時位置。打開排氣電控截止閥23，使上下室破除真空，并恢復(fù)到常壓狀態(tài)。松開模殼鎖緊機(jī)構(gòu)14，打開鎖緊密封機(jī)構(gòu)，吊走上室9，取出鑄件，完成澆注過程。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，其特征在于由設(shè)備主體、真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，其特征在于采用上下室結(jié)構(gòu)。上室、下室之間放置有中隔板，起隔離上室、下室和放置鑄型、升液管作用；上室、下室之間通過鎖緊密封機(jī)構(gòu)鎖緊和打開；上下室之間連接有互通電控截止閥。下室內(nèi)放置有水冷銅坩堝，且水冷銅坩堝與坩堝升降機(jī)構(gòu)相連，可上下移動；上室內(nèi)放置有鑄型模殼，并有加熱保溫裝置以及模殼固定裝置，可實現(xiàn)對模殼的加溫預(yù)熱以及固定作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，其特征在于真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)與設(shè)備主體進(jìn)排氣截止閥相連，并與真空系統(tǒng)和保護(hù)性氣體氣源系統(tǒng)相連接。真空低壓鑄造氣控系統(tǒng)采用數(shù)字式組合閥作為流量調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由計算機(jī)實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，其特征在于電控系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機(jī)和PLC組成，工業(yè)控制計算機(jī)主要用作參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲；PLC用作現(xiàn)場控制器，負(fù)責(zé)現(xiàn)場采樣、數(shù)據(jù)運算、控制輸出。工業(yè)控制計算機(jī)和PLC通過RS485通訊口進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金構(gòu)件真空低壓鑄造成形裝置，其特征在于鈦合金在下室內(nèi)采用水冷銅坩堝懸浮熔煉，熔煉開始前，打開上下室互通閥對上室、下室建立同步真空度，開始加熱熔煉；熔煉結(jié)束后坩堝升降機(jī)構(gòu)帶動水冷銅坩堝上升，升液管浸入合金液后，關(guān)閉上下室互通閥；由計算機(jī)程序控制數(shù)字式組合閥的調(diào)節(jié)狀態(tài)，按一定速度向下室中通入保護(hù)性氣體，在上下室之間建立壓差；合金液在壓差作用下沿升液管上升并進(jìn)入鑄型型腔中，凝固成形，得到所需的鑄件。
【文檔編號】B22D18/04GK104028729SQ201410202210
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】李新雷, 李強(qiáng), 郝啟堂 申請人:西北工業(yè)大學(xué)