用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置的制作方法

文档序号:8185977阅读:334来源:国知局
专利名称:用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种高温合金定向凝固的下拉装置,适用于晶体生长方式的控制,属于金属材料制备技术领域。
背景技术
与普通铸造方法获得的等轴晶铸件叶片相比,定向凝固高温合金柱状晶和单晶叶片的高温强度、抗蠕变和持久性能、热疲劳性能得到大幅度提高,成为近年来先进航空和燃气发动机重要零部件的使用首选和发展趋势。但是由于合金成分设计以及工艺参数的控制问题,定向凝固单晶高温合金铸件可能出现雀斑、小角度晶界、亚晶粒、枝晶发散、再结晶晶粒和缩松等多种缺陷,降低了其成品率,严重影响了其使用性能。定向凝固过程中弯曲的液固界面能够加剧这些缺陷的形成。 当凝固界面为凸界面时,铸件吸收侧向热流,定向组织向外发散,枝晶干偏离铸件几何中心程度增大,杂晶形成几率增加;当界面为凹状时,铸件将有侧向热流排除,组织向内收缩,不仅导致晶轴发生偏转,而且引起枝晶间自然对流增强,雀斑形成几率增大,边缘的枝晶间缩松性增强。平直固液界面使合金熔体的热量能够从单一方向垂直于界面导出,有利于减少了缺陷的形成。单晶高温合金在定向凝固中温度梯度和凝固速率处于动态的变化,使得液固界面难以维持平直形状,而且铸件形状复杂尤其是涡轮叶片,在形状突变的部位,更加剧了凸或凹界面的形成,也成为众多缺陷产生之处。为生产高质量的产品以满足现代工业的需求,近年来研究者开发了液态金属冷却、电子束区熔等技术来提高定向凝固中温度梯度和冷却速率,以消除这些缺陷。现有的控制晶体生长方式的装置大都结构复杂,不易控制,效果也不够理想。

实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足并提供一种用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,在不改变原有纵向温度梯度和凝固速率的情况下,使定向凝固拉杆在下降的同时,还可以旋转,消除径向温度梯度,使得凝固界面平直化,减少缺陷的形成。为达到上述发明目的,本发明采用下述技术方案—种用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,包括装置支撑架,装置支撑架包括至少有四根互相平行且竖直设置的导向杆,导向杆的顶端支撑并固定连接一个上部固定板,导向杆的底端固定连接于一个底部固定板,上部固定板和底部固定板互相平行设置。在导向杆上安装一个移动块,移动块沿导向杆上下移动,下拉金属凝固铸坯的定向凝固拉杆也与导向杆平行设置,定向凝固拉杆的下部穿过上部固定板和移动块,定向凝固拉杆与移动块通过拉杆转动机构活动连接,移动块沿定向凝固拉杆的轴向无相对滑动,即移动块沿导向杆向下移动即牵引定向凝固拉杆下拉铸锭,与导向杆平行的一根丝杆也穿过上部固定板和移动块,丝杆与移动块通过螺纹副连接,丝杆的底端尾部通过第一支撑轴承与底部固定板转动连接,丝杆还通过第二支撑轴承与上部固定板转动连接,丝杆的上端头部与拉杆牵引电机的传动主轴固定连接,拉杆牵引电机固定在上部固定板上,移动块通过固定件与拉杆旋转电机固定连接,拉杆旋转电机位于移动块下方,拉杆旋转电机的传动主轴驱动定向凝固拉杆进行转动。上述拉杆转动机构包括一个内嵌于套筒,套筒的上下两端分别与两个推力球轴承的外圈紧密接触,两个推力球轴承的内圈侧面和套筒内壁围成定向凝固拉杆穿过的空腔。上述定向凝固拉杆的下部穿过移动块的向下外伸端头形成拉杆被传动端,拉杆旋转电机通过空间圆锥齿轮传动机构驱动拉杆被传动端进而带动定向凝固拉杆旋转。上述圆锥齿轮传动机构中的大直径伞齿轮优选与拉杆被传动端固定连接。上述装置支撑架包括四根导向杆。上述拉杆旋转电机优选直流伺服电机。上述推力球轴承、第一支撑轴承和第二支撑轴承均优选采用无间隙轴承。上述第一支撑轴承和第二支撑轴承均优选采用圆柱滚子轴承。本实用新型与现有技术相比较,具有如下实质性特点和优点1.本实用新型用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置的移动块与丝杆咬合,起到了固定的作用,并让4根竖直的导向杆通过,保证移动块和导向杆之间的润滑性,就能让其在竖直方向上向下自由地移动。在移动块上固定一个电机,在其上下移动同时能带动电机上下的移动,这样电机上面套着的伞齿轮就能时刻保持和拉杆上套着的伞齿轮啮合。2.本实用新型利用了推力球轴承,由于在做高温合金的定向凝固过程中,拉杆会受到很大的竖直方向的压力,利用推力球轴承就能保证拉杆在承受大载荷时,能够自由的旋转。另外,当进行高温合金的定向凝固时,要保证拉杆的震动尽可能的小,在拉杆的不同部位装上两个一样的推力球轴承,保证了拉杆的稳定性。3.本实用新型安装了两个独立的电机,开启与丝杆连接的电机,并调节其速率, 就可以带动丝杆的转动,与此同时移动块就会向下移动;开启并调节固定在移动块上的电机,就能带动拉杆的转动,两者之间实现了独立操作。4.本实用新型能够独立实现拉杆的转动和下拉两个动作,能使高温合金的定向时液固界面趋近于平界面,减少缺陷,使试样在较高的拉速下也能实现平界面生长,提高了生产效率。另外,装置简单,拆卸方便,操作简单。

图1是本实用新型用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的优选实施例结合附图说明如下实施例一参见图1,一种用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,包括装置支撑架,装置支撑架包括至少有四根互相平行且竖直设置的导向杆3,导向杆3的顶端支撑并固定连接一个上部固定板2,导向杆3的底端固定连接于一个底部固定板6,上部固定板2和底部固定板6互相平行设置。在导向杆3上安装一个移动块4,移动块4沿导向杆3上下移动,下拉金属凝固铸坯的定向凝固拉杆1也与导向杆3平行设置,定向凝固拉杆1的下部穿过上部固定板2和移动块4,定向凝固拉杆1与移动块4通过拉杆转动机构活动连接,移动块4沿定向凝固拉杆1的轴向无相对滑动,即移动块4沿导向杆3向下移动即牵引定向凝固拉杆 1下拉铸锭,与导向杆3平行的一根丝杆9也穿过上部固定板2和移动块4,丝杆9与移动块4通过螺纹副连接,丝杆9的底端尾部通过第一支撑轴承15与底部固定板6)转动连接, 丝杆9还通过第二支撑轴承8与上部固定板2转动连接,丝杆9的上端头部与拉杆牵引电机7的传动主轴固定连接,拉杆牵引电机7固定在上部固定板2上,移动块4通过固定件14 与拉杆旋转电机5固定连接,拉杆旋转电机5位于移动块4下方,拉杆旋转电机5的传动主轴驱动定向凝固拉杆1进行转动。在本实施例中,安装在上部固定板2上的拉杆牵引电机 7将旋转运动传递至丝杠9,移动块4经导向杆3导向,实现沿导轨直线运动,拉杆旋转电机5、定向凝固拉杆1与移动块4联接,在随移动块4下降的同时,完成旋转轴的旋转运动。为了得到高度可靠、平稳的运动,采用了拉杆牵引电机7与丝杠9直联方式。本装置能够使高温合金定向凝固过程中在原有下拉的同时实现旋转,使凝固界面处的液相与固相发生位移摩擦运动,消除径向的温度梯度,形成沿着铸流方向的单一温度梯度,使得弯曲液固界面平直化,减少缺陷的形成,提高效率。在本实施例中,上述拉杆转动机构包括一个内嵌于套筒11,套筒11的上下两端分别与两个推力球轴承10、12的外圈紧密接触,两个推力球轴承10、12的内圈侧面和套筒11 内壁围成定向凝固拉杆1穿过的空腔。进行高温合金定向凝固试验时,将拉伸旋转装置水平固定,通过两个推力球轴承10、12并套上套筒11的定向凝固拉杆1穿过移动块4实现固定,开启拉杆牵引电机7,调节旋转速率带动丝杆9转动转动,转动时移动块4会整体上下移动。开启拉杆旋转电机5,调节转动的速率,使定向凝固拉杆1实现边向下拉边旋转的动作。在本实施例中,上述定向凝固拉杆1的下部穿过移动块4的向下外伸端头形成拉杆被传动端,拉杆旋转电机5通过空间圆锥齿轮传动机构驱动拉杆被传动端进而带动定向凝固拉杆1旋转。开启拉杆旋转电机5,调节转动的速率,通过空间圆锥齿轮传动机构驱动定向凝固拉杆1旋转,这样定向凝固拉杆1就可以实现边向下拉边旋转的动作。在本实施例中,上述圆锥齿轮传动机构中的大直径伞齿轮13与拉杆被传动端固定连接。使定向凝固拉杆1与大直径伞齿轮13直联固定,可以获得较大的传动比,使拉杆旋转电机5低速运行更平稳。在本实施例中,上述装置支撑架包括四根导向杆3。采用四根导向杆3形成矩形框架,结构简单,安装更加方便。组装时,首先将装置支撑架水平固定,定向凝固拉杆1通过两个推力球轴承10、12 并套上套筒11后,穿过移动块4并固定,开启拉杆牵引电机7,调节旋转速率带动丝杆9转动转动,转动时移动块4会整体向下移动。开启拉杆旋转电机5,调节转动的速率,通过大直径伞齿轮13带动定向凝固拉杆1旋转,这样定向凝固拉杆1就可以实现边向下拉边旋转的动作。从而使径向温度与浓度重新耦合均勻化,液固界面趋近于平界面,使试样在较高的拉速下也能实现平界面生长,提高了生产效率。实施例二 本实施例与实施例一的技术方案基本相同,不同之处在于[0031]在本实施例中,拉杆旋转电机5为优选采用直流伺服电机。直流伺服电机低速运行更平稳,在极低速下也能保证平稳的转速和恒定扭矩输出,转速控制精确,使定向凝固拉杆1实现边向下拉边平稳旋转的动作,使得凝固界面平直化,使对晶体生长方式的控制更加温和,减少缺陷。在承载较重物体情况下,直流伺服电机转速也可在一定范围内适当调节。实施例三本实施例与实施例一和实施例二的技术方案基本相同,不同之处在于在本实施例中,推力球轴承10、12、第一支撑轴承15和第二支撑轴承8均优选采用无间隙轴承。所有旋转部件都采用的是无间隙轴承,可减小装置工作时的震动与误差。实施例四本实施例与前述实施例的技术方案基本相同,不同之处在于在本实施例中,第一支撑轴承15和第二支撑轴承8均优选采用圆柱滚子轴承,使丝杆9转动时采用的轴承件更加便于使用和维护,降低设备零件成本。上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明,但本实用新型不限于上述实施例,还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化,凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,只要符合用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置的结构和构造原理,都属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,包括装置支撑架,所述装置支撑架包括至少有四根互相平行且竖直设置的导向杆(3),所述导向杆(3)的顶端支撑并固定连接一个上部固定板(2),所述导向杆(3)的底端固定连接于一个底部固定板(6),所述上部固定板(2)和底部固定板(6)互相平行设置,其特征在于在所述导向杆(3)上安装一个移动块(4),所述移动块(4)沿所述导向杆(3)上下移动,下拉金属凝固铸坯的定向凝固拉杆(1) 也与所述导向杆(3)平行设置,所述定向凝固拉杆(1)的下部穿过所述上部固定板(2)和所述移动块(4),所述定向凝固拉杆(1)与所述移动块(4)通过拉杆转动机构活动连接,所述移动块(4)沿所述定向凝固拉杆(1)的轴向无相对滑动,即所述移动块(4)沿所述导向杆(3)向下移动即牵引所述定向凝固拉杆(1)下拉铸锭,与所述导向杆(3)平行的一根丝杆 (9)也穿过所述上部固定板(2)和所述移动块(4),所述丝杆(9)与所述移动块(4)通过螺纹副连接,所述丝杆(9)的底端尾部通过第一支撑轴承(15)与所述底部固定板(6)转动连接,所述丝杆(9)还通过第二支撑轴承(8)与所述上部固定板(2)转动连接,所述丝杆(9) 的上端头部与拉杆牵引电机(7)的传动主轴固定连接,所述拉杆牵引电机(7)固定在上部固定板(2)上,所述移动块(4)通过固定件(14)与拉杆旋转电机(5)固定连接,所述拉杆旋转电机(5)位于所述移动块(4)下方,所述拉杆旋转电机(5)的传动主轴驱动所述定向凝固拉杆(1)进行转动。
2.根据权利要求1所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述拉杆转动机构包括一个内嵌于所述套筒(11),所述套筒(11)的上下两端分别与两个推力球轴承(10、12)的外圈紧密接触,所述两个推力球轴承(10、12)的内圈侧面和所述套筒 (11)内壁围成所述定向凝固拉杆(1)穿过的空腔。
3.根据权利要求2所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述定向凝固拉杆(1)的下部穿过所述移动块(4)的向下外伸端头形成拉杆被传动端,所述拉杆旋转电机(5 )通过空间圆锥齿轮传动机构驱动所述拉杆被传动端进而带动所述定向凝固拉杆(1)旋转。
4.根据权利要求3所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述圆锥齿轮传动机构中的大直径伞齿轮(13)与所述拉杆被传动端固定连接。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述装置支撑架包括四根导向杆(3)。
6.根据权利要求5所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述拉杆旋转电机(5)为直流伺服电机。
7.根据权利要求5所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述第一支撑轴承(15)和第二支撑轴承(8)均为无间隙轴承。
8.根据权利要求5所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述第一支撑轴承(15)和第二支撑轴承(8)均为圆柱滚子轴承。
9.根据权利要求2所述的用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,其特征在于所述两个推力球轴承(10、12)为无间隙轴承。
专利摘要本实用新型公开了一种用于高温合金定向凝固的旋转下拉装置,包括至少有四根互相平行且竖直设置的导向杆,其两端分别连接上部固定板和底部固定板。移动块沿导向杆上下移动,定向凝固拉杆穿过上部固定板和移动块并与移动块通过拉杆转动机构活动连接,移动块沿定向凝固拉杆的轴向无相对滑动,与导向杆平行的丝杆也穿过上部固定板和移动块,丝杆与移动块通过螺纹副连接,丝杆的底端尾部通过轴承与底部固定板转动连接,丝杆的上端头部与拉杆牵引电机的传动主轴固定连接,拉杆旋转电机的传动主轴驱动定向凝固拉杆进行转动。本实用新型使定向凝固过程中在原有下拉的同时实现旋转,消除径向的温度梯度,使得弯曲液固界面平直化,减少缺陷的形成,提高效率。
文档编号C30B28/06GK202316977SQ20112041498
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者任忠鸣, 任维丽, 余建波, 樊亚夫, 程文武, 钟云波 申请人:上海大学
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