一种悬浮熔炼的定向凝固精密铸造装置及其使用方式的制作方法

本发明涉及铸造，具体为一种悬浮熔炼的定向凝固精密铸造装置及其使用方式。

背景技术：

1、定向凝固精密铸造技术的最主要应用是生产具有均匀柱状晶组织的铸件，特别是在航空领域生产高温合金的发动机叶片，与普通铸造方法获得的铸件相比，它使叶片的高温强度、抗蠕变和持久性能、热疲劳性能得到大幅度提高，随着我国航空发动机技术的不断发展，发动机的涡前温度越来越高，例如推重比为10的涡扇-15航空发动机涡轮前进口温度预计达到1950k至2000k（1677℃至1727℃）左右，而目前投产的第三代国产镍基高温合金单晶dd-32的使用温度为1150℃左右，已接近该材料熔点。

2、为了提高航发叶片的温度，最有效的方法就是提高材料中铼元素的含量，然而铼元素的加入，会增加熔炼的难度，传统定向凝固设备均采用al2o3作为熔炼坩埚，但是al2o3坩埚的耐受温度在1700摄氏度以下，如果温度再高，会产生坩埚侵蚀，从而污染熔炼材料，且降低了坩埚能够使用的次数，需要频繁进行更换，另一方面部分铸件的铸造在熔炼过程中需要对坩埚进行加料，而为了避免大气中其他元素及氧化物对材料本身造成污染，熔炼需要处于真空环境中，这就导致熔炼过程中不能直接对坩埚进行方便、快捷的实时测温和加料，以上描述均会对现有定向凝固铸造装置的生产效率和铸件的质量造成影响，因此，根据上述问题提出一种悬浮熔炼的定向凝固精密铸造装置及其使用方式。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种悬浮熔炼的定向凝固精密铸造装置及其使用方式，以解决现有定向凝固精密铸造装置的生产效率不佳且容易对铸件的质量造成影响的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种悬浮熔炼的定向凝固精密铸造装置及其使用方式，包括熔炼腔室和下腔室，所述熔炼腔室的上侧安装有通料部，所述通料部包括与熔炼腔室相连通的法兰接管，所述法兰接管的后侧连通有通板，所述通板的内侧滑动连接有其头端处于法兰接管的内侧的密封板，所述通板的上侧固定连接有电动推杆，所述电动推杆的输出后端固定连接有连动板，所述连动板的前端面与密封板的后端固定连接，所述熔炼腔室的右侧安装有由旋转电机和杆架组成的旋转部，所述旋转部的杆架右端固定连接有加料部，所述旋转部的杆架左端固定连接有处于通料部的上侧的检测部，所述熔炼腔室的内侧安装有调节部，所述调节部包括轨框，所述熔炼腔室的右侧内壁固定连接有轨框，所述轨框的前后轨槽内侧均滑动连接有转块，一组所述转块的外端面之间固定连接有承载座，所述轨框的后侧固定连接有穿过熔炼腔室的电动伸缩杆，所述电动伸缩杆与熔炼腔室固定连接，所述电动伸缩杆的输出左端固定连接有第二电动机，所述第二电动机的输出前轴与后侧转块固定连接，所述承载座的上侧安装有水冷坩埚，所述水冷坩埚的外侧安装有坩埚感应线圈，所述下腔室的下侧孔位内滑动连接有下引部，所述下引部的上侧安装有模具。

4、优选的，所述旋转部的旋转电机与熔炼腔室的右端面固定连接，所述旋转部的杆架为t型结构，所述旋转部的杆架的两侧横杆长度尺寸大小相同，所述加料部由上侧可电控开关的料箱和下法兰组成，所述加料部的下法兰下端面与法兰接管的上端面为同一平面设置。

5、优选的，所述密封板的前端为圆形板块结构，所述密封板的前端直径尺寸与法兰接管的内径尺寸大小相同，所述密封板的前端曲面与法兰接管的内壁紧密贴合，所述通板的内壁与密封板的外端面相贴合，所述法兰接管与水冷坩埚为上下对齐设置。

6、优选的，所述熔炼腔室与下腔室之间相互连通，所述下腔室的内侧滑动连接有密封滑板，所述下腔室的密封滑板的上端面与熔炼腔室的下端面相贴合，所述熔炼腔室与下腔室均由腔室与炉门组成，所述熔炼腔室与下腔室的腔室与炉门之间为螺旋连接。

7、优选的，所述检测部包括与旋转部的杆架左端固定连接的杆套，所述杆套的下侧固定连接有驱动箱，所述驱动箱的下侧固定连接有与法兰接管相贴合的法兰盘，所述杆套的内侧安装有测温杆，所述驱动箱的后侧固定连接有第一电动机，所述第一电动机的输出轴末端穿过驱动箱固定连接有传动辊，所述传动辊与测温杆的下部紧密贴合，所述传动辊设置在驱动箱的内侧。

8、优选的，所述熔炼腔室的下侧内壁安装有套设在模具的外侧的冷却水套，所述冷却水套的上侧固定连接有环体，所述环体的外侧安装有加热线圈，所述熔炼腔室处安装有实时监测装置，所述实时监测装置由监测主机和温度传感器组成，所述实时监测装置的监测主机固定在熔炼腔室的右侧，所述实时监测装置的温度传感器通过接线安装在环体处。

9、优选的，所述水冷坩埚是由t2铜制成的坩埚侧壁通有冷却水且切有若干组缝隙的锅体结构，所述水冷坩埚为下侧可打开的锅体结构，所述承载座的内侧开设有通口，所述水冷坩埚的下侧可打开开口与通口上下对齐设置，所述轨框设置在模具的上侧，所述熔炼腔室与下腔室的右侧均安装有常闭抽真空接管。

10、优选的，包括如下步骤：

11、步骤一、

12、首先将所需熔炼的原材料加入水冷坩埚内，接着关闭熔炼腔室的炉门，待熔炼腔室与下腔室全封闭之后，通过外部设备对熔炼腔室与下腔室抽真空，排除大气中杂质或氧气对原材料的污染；

13、步骤二、

14、通过外部检测装置测出熔炼腔室内真空度达到所熔炼原材料的要求后，开启电源，对坩埚感应线圈通电，通过电磁感应的方式，对水冷坩埚内的原材料进行加热，在真空熔炼过程中利用坩埚感应线圈产生交变电磁场，交变电磁场在线圈内的金属中感生电流，感应电流加热熔化金属，同时依靠电磁场和感应电流之间相互作用形成的电磁力把金属熔体悬浮起来，完全消除熔体与其他固体壁接触而带来的坩埚污染，使熔化原材料在悬浮状态下，金属液能够进行翻滚，旋转，可让原材料合金化更加均匀且保证高纯，避免溶体对水冷坩埚造成损害，也避免了水冷坩埚对材料溶体造成污染；

15、步骤三、

16、加热过程中，可用旋转部对熔炼腔室内部的水冷坩埚继续进行加料或者测温，进行测温时，旋转部将检测部旋转到通料部的上侧，使法兰接管与法兰盘对接，而后控制电动推杆伸长，使连动板带动密封板向后位移，使法兰接管打开，此时控制第一电动机运行带动传动辊旋转，通过传动辊的转动带动测温杆向下运动至水冷坩埚口的上部，对坩埚内部进行测温，加料时，同上述操作通过旋转部将加料部旋转位移到通料部的上侧，使加料部的法兰与法兰接管对接，通过打开通料部和加料部的料箱下开口，使加料部的料箱内的材料能够穿过法兰接管落入水冷坩埚的内侧，直至原材料全部融化为熔融金属液；

17、步骤四、

18、同时熔炼过程中，给加热线圈通电，以保证模具均匀受热，达到熔融金属液保温储存所需的温度，待原材料全部融化之后，根据所需的浇铸方式对模具浇铸熔融金属液，倾翻浇铸的操作如下，控制第二电动机运行使其输出轴转动，使后侧转块带动承载座和水冷坩埚旋转，使转动的水冷坩埚可以对模具进行倾翻浇铸，使熔融金属液倾倒至模具内，进行储存保温，底铸的操作如下，控制电动伸缩杆收缩使其输出端带动第二电动机、转块、承载座和水冷坩埚以轨框为轨道向模具方向位移，使水冷坩埚位移到模具的正上方，此时控制水冷坩埚的下侧开口打开，使熔融金属液穿过通口进入模具的内侧，进行储存保温，完成底铸；

19、步骤五、

20、此时实时监测装置可对模具内的温度实时监测以便进行控制，待水冷坩埚内的熔融金属液全部倾倒完毕，在模具内保温到设定时间后，通过外部设备带动下引部位移，使模具向下位移，模具向下移动时，在冷却水套的作用下，模具内的熔融金属液可快速定向凝固，结晶，当模具完全移动至下腔室后，对熔炼腔室与下腔室的连接处进行封闭，使模具在下腔室的真空环境下，一直冷却至室温；

21、步骤六、

22、同时，熔炼腔室内继续进行原材料的熔炼，待模具完全冷却后，打开下腔室炉门，取出已经定向凝固完成的铸锭，后将模具放回原位，关闭下腔室的炉门，对下腔室抽真空，待真空环境达到熔炼所需要求后，打开熔炼腔室与下腔室的连接处，通过下引部将模具向上移动至加热线圈处，并对加热线圈进行通电，继续加热模具，至此一个工作循环完毕。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、本发明中，通过设置的通料部、旋转部、坩埚感应线圈和调节部等结构，使旋转部可以调节检测部与加料部的左右位置，使检测部与加料部能够接入通料部，而通料部在与检测部、加料部对接前可以对熔炼腔室进行密封，等到通料部与检测部或加料部对接后在进行打开，避免熔炼腔室的真空环境遭到破坏，避免加料途中破真空对材料产生氧化，使加料部与检测部可以快速、便捷的对水冷坩埚进行加料或温度检测，而调解部可以对冷却坩埚进行转动或位移，使冷却坩埚能够通过不同浇铸方式对模具倾倒金属熔液，而坩埚感应线圈在通电工作的状态下，水冷坩埚内熔炼的原材料呈悬浮状态，通过金属液的翻滚，旋转，可让原材料合金化更加均匀且保证高纯，避免溶体对水冷坩埚造成损害，也避免了水冷坩埚对材料溶体造成污染，实现了定向凝固精密铸造装置可以对坩埚内的材料进行悬浮熔炼，保证熔炼材料质量的同时，避免熔炼材料温度过高对坩埚造成损伤，提高了坩埚的使用时限，减少坩埚更换的频率，且可在不破坏真空环境的同时方便快捷的对熔炼过程中的坩埚进行加料、测温，解决了现有定向凝固精密铸造装置的生产效率不佳且容易对铸件的质量造成影响的问题；

25、2、本发明中，本方案使用的水冷坩埚的使用寿命对比传统坩埚大大增加，水冷铜坩埚在无外力破坏作用下使用次数可达5000多炉，而传统坩埚使用次数仅仅只有100炉，甚至高纯高熔点材料熔炼3-5炉次便需要更换坩埚，利用水冷铜坩埚可极大程度上降低生产成本，提高生产效率；

26、3、本发明中，通过设置的实时监测装置可实时掌控模具内金属熔液的状态及温度，可使得定向凝固铸锭生产效率得到大幅度提升；

27、4、本发明中，本方案可进行倾翻浇铸或者底铸等多种浇铸方式，可对不同的材料根据不同的工艺要求自由选择成型方式。