专利名称：导弹舱体电磁成型铸造设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种铸造设备，特别是涉及到导弹舱体的铸造设备。
导弹舱体是一种铝合金异型筒状大型薄壁件，外型为光滑的圆柱面，内表面上分布有无规则的凸起物、横竖加强筋及圆台、棋子等。通常为了安装及加工方便，把它分成若干段，称为舱段。其外径为300～800mm、厚度为3～8mm、长度为300～3000mm。鱼雷舱也属同类铸件。由于导弹的发展方向是大型化及高速化，因而要求导弹舱体应具有高机械性能及高冶金质量，加之其形状的特异，因而就使得导弹舱体的铸造异常困难，一般的铸造方法均不能胜任。目前，国内外均用差压铸造法及顺序凝固铸造法来铸造这种铸件。前者的特点是液体金属在压力作用下填充型腔并在其中结晶凝固，有助于填充窄狭的型腔及获得致密的铸件。然而，长期生产，暴露出的工艺问题是1经常出现缩松缺陷，以致报废。2难以铸出厚度为3～8mm，长度为2000mm以上的铸件。3力学性能有时达不到要求。后者是在砂型的直浇道中插入钛合金的管子，此管子的上端与浇口杯相连接，浇铸时随着型腔中铝液面上升，浇口杯及钛管同步上升，并保证钛管之下出口，位于铝液表面之下一定深度，试图使高温铝液处于最上方，得到自下而上的凝固效果。以上两法互有优缺点，难分仲伯，均难以满足大型化及高速化导弹对机械性能及冶金质量的要求。本工作经过多年观察研究，认为以上两法虽然都是比较高级的铸造方法，都是用电子计算机控制的。但其实质上都仍然是砂型铸造法，因为砂型在其中仍处于核心地位，用砂型来铸造导弹舱体，以及砂型铸造特有的凝固方式是质量不高的根本原因。
本工作的目的是提供一种铸造设备，用以铸出高质量的导弹舱体，增强国防实力。称为“导弹舱体电磁成型铸造设备”。
本工作的目的是这样实现的，即完全不用砂型来成型，而是依靠电磁力约束液体金属，使之成型为导弹舱体的外圆柱面。电磁力来源于围绕在圆柱面之外的电磁感应器(5)中一次电流I1，和外圆柱面上部的涡流I2的相互作用。导弹舱体的内表面是用型芯(3)成型的，它是一个固体一次性使用的型芯，是插在浇口盘(7)中的液态铝合金之中央的，当它被向下方引出浇口盘时，带动液体铝合金进入电磁感应器(5)中，成型为圆筒状的导弹舱体，在下方被逐层强制冷却为铸件，实现了连续定向凝固。这样，就彻底的改变了原工艺的砂型铸造法及其凝固方式。
用电磁力约束成型铸造圆柱型实心铸锭，是前苏联发明的，已有20多年历史了。最近几年世界各国取得了一些进展，本工作检索到了三个电磁铸造管件的专利①美国专利NO.4567936ISSUEDFEB.4.1986；②GB 2275634；③SU 537694。上述各种铸管法的共同点是其外圆柱面都是由电磁感应器(亦称电磁结晶器)成形的。随着电磁成型铸造法的发展，电磁感应器有很大发展和变化，上述第①个专利(即美国专利NO.4567936)的电磁感应器就是一个比较简单的单匝线圈，附加一个屏蔽器，而GB 2275634的感应器就比较复杂，采用了两种感应器重叠使用，一个是低频的，用以贯穿铸件表面，进入内部起悬浮作用，另一个是高频，积肤于铸件外圆柱面起成型作用，故该专利名之曰“金属电磁悬浮铸造”(Metal Casting employing electromagneticLevitation)。其共同之处则是用电磁力成型，则是使用电磁感应器。然而其内表面的成型是各不相同的第①专利是用一个固定的外表面光洁的水冷金属芯成型的。所谓固定，系指当所铸管件由其外表面向下引出时，它是固定不动的，而且这个金属芯和所铸管件相比很短，它和电磁感应器长度相差不多。第②与③专利都是用固定的内电磁感应器成型的，即在该专利的设备中，生产管件时，在所铸管之内、外各有一个固定电磁感应器，而且，和所铸管件相比都是很短的。但是导弹舱的内表面不同于一般管件，在其内圆柱表面分布有无规则的凸起物横、竖加强筋及圆台、棋子等。因而本工作所采用的型芯与上述电磁铸管专利是不同的本工作所采用一次性的外表面上有横、竖沟槽、圆坑等几何形状的固体型芯，以便在铸件内表面上形成加强筋及圆台、棋子等几何形状，其最主要的特点在于它是与铸件嵌锒在一起的，因而它必须跟随铸件一道运动、一道静止，亦即与铸件相对静止，故称之为随动型芯。另外，它必须稍长于铸件的长度。总之，本发明与导弹舱体传统铸造工艺的不同点在于采用了电磁感应器(5)，取消了砂型，实现了连续定向凝固。与以往的电磁铸管专利的不同点，在于所采用的型芯(3)不同于电磁铸管专利形成内表面的设施它们要么是短而固定的金属芯，要么是短而固定的电磁型芯。
本工作将取得如下积极成果①铸件凝固前后其外表面不与任何固体物质相接触，只接触空气和水等流体，故当其凝固后表面很光洁，可达7；②铸件晶粒由于电磁力的搅拌作用及快速冷却而细化，同时也细化了枝晶间距，减少了化学成分的偏析；③由于组织的改善也使其机械性能得到大幅度的提高；④连续定向凝固完全杜绝了各种铸造缺陷，如气孔、缩松、缩孔、夹杂等；⑤在厚度为8mm条件下，可满足各种设计长度要求；⑥省去了砂型，因而省去型砂原材料的准备工序、模具制备工序、造型工序等等。而代之以永久性的电磁感应器(5)[即一个电磁感应器(5)可以生产很多个铸件]，因而简化了工艺过程，降低了成本。
以下结合附图和实施例对本工作作进一步说明。
图1是本工作的第一个实施例的纵剖面的构造图。
图2是本工作的第二个实施例的纵剖面的构造图。
图3是本工作的第三个实施例的纵剖面的构造图。
图4是本工作的第四个实施例的纵剖面的构造图。
图5是本实用新型的第五个实施例的纵剖面的构造图。
图6是本实用新型的第六个实施例的纵剖面的构造图。
在
图1中1引出圆盘；2型芯底座；3型芯；4外喷水环；5电磁感应器；6工作台；7浇口盘；8铝液；9(导弹舱铸件)固态段；10液态段。
在
图1中引出圆盘(1)为不锈钢制成(其下端有丝杠)与型芯底座(2)通过定位销钉连接在一起，当引出圆盘(1)上、下运动时，可带动型芯底座(2)及型芯(3)上、下运动。型芯(3)为空心薄壁壳芯，亦可采用精密铸造的陶瓷壳芯(即以硅酸乙酯及石英粉配浆料，以人造石英砂为骨料制芯)。为了提高型芯(3)的导热性亦可采用导热性强的材料制芯，如石墨或不锈钢粒颗作骨料制芯。外喷水环(4)为紫铜管制成，内侧有小孔，可向内侧的导弹舱铸件固体段(9)喷洒冷却液。电磁感应器(5)(亦称电磁结晶器)，系单匝水冷线圈，有类于普通中频炉之感应线圈，但其高度较高，一次电流I1功率为100千瓦，频率为2500Hz。含屏蔽器，因其非必不可少另件，图上略去。亦可采用较复杂的感应线圈，如同GB2275634那样。其作用在于约束(导弹舱铸件)液态段(10)成型为垂直的圆柱状。工作台(6)为玻璃丝布板制成，它是耐火的又是抗感应的。浇口盘(7)其作用和浇口杯相同，套于型芯(3)之外，其下部有一段圆柱体段，其内表面与型芯(3)之间构成直浇道。因为它的内径，正好相当于铸件的外径，所以本工作之铸件的型腔，同时也是它的直浇道(内浇道)。浇口盘(7)可用耐火材料或碳化硅制成。铝液(8)其表面高度必须精密的控制在一个固定的高度范围内，否则所铸的外圆柱面上将出现水平的棱带，或厚薄不均，影响表面质量。
操作时，先将引出圆盘(1)向下方引出，以便把型芯(3)定位安装于其上。再把型芯(3)向上升高到使型芯底座(2)与工作台(6)同一高度。然后，开动电磁感应器(5)(即向它供电及冷却水)，并向外喷水环(4)供水，向浇口盘(7)中浇入铝液(8)，并使其达到一定的水平高度。最后开动引出机构使引出圆盘(1)带动型芯(3)向下引出，同时带动铝液进入电磁感应器(5)中，型芯底座(2)之上，成型为(导弹舱铸件)液态段(10)，再向下引出时被外喷水环(4)所冷却成为固态段(9)。在本实施例中，必须向电磁感应器(5)输入足够高频率的强大电流，以便保证在使用常温型芯(3)的条件下，不致于在电磁感应器(5)以上部位发生结晶凝固，造成工艺失败。另外，在操作时要用铝液表面测量仪控制铝液供应装置，以保持铝液表面水平高度基本不变。从而保证舱体外圆柱面垂直、光洁。
图2是本工作的第2个实施例的纵剖面的构造图。它是在第一个实施例(即
图1)的基础上，再加上一个安装在型芯(3)内部，并与型芯(3)同心安装的水平内喷水环(16)而构成的，其安装高度应在电磁感应器(5)截面中心点的高度附近。内喷水环(16)也是用紫铜管制成的，在其外表面直径最大处钻有一、二排小孔，以便向其外面的型芯(3)的内表面上喷洒冷却水，加速铸件冷却。另外，在引出底座(1)及型芯底座(2)上钻有两个排水孔(13)，其目的在于排出用过的冷却水。
图3是本工作的第3个实施例的纵剖面的构造图。它是在第一个实施例(即
图1)的基础上，再加上一个气隙内[即铸件与电磁感应器(5)之间的间隙]喷水冷却装置。即把电磁感应器(5)分为上、下两块，在两块之间安装上一个缝隙状喷水冷却装置(12)，它与安装在电磁感应器(5)之外的水箱(11)相连接。当冷却水由进水管(17)进入水箱(11)后，即可通过缝隙状喷水冷却装置(12)喷向铸件。这种冷却装置安装在高于外喷水环(4)的位置，其冷却强度更大。缝隙状喷水冷却装置(12)，在图3上好像一个喷水管，实际上它是一个倾斜圆环状喷水装置的剖面，夹在上、下两块感应器之间，形状如同洗衣盆的侧壁，能呈圆周状以一定角度倾斜地向铸件喷洒冷却水。
图4是本实用新型第4个实施例的纵剖面的构造图。它与第3个实施例(即图3)的不同点在于把缝隙状喷水冷却装置安装到工作台(6)之上面，使冷却水从电磁感应器(5)之上进入气隙中。与第三个实施例(即图3)的不同点在于①取消了外喷水环(4)。②代之以工作台上的缝隙状喷水冷却装置，即增加了水箱(23)，缝隙状喷嘴(18)，屏蔽器(20)几个另部件，同时也增加附加另件水箱中挡板(22)、进水管(21)、硅酸铝毡保温层(19)。其中水箱(23)及水箱中挡板(22)及进水管(21)均为铝板与铝管焊接而成。水箱中挡板(22)起缓冲及均压作用。屏蔽器(20)为不锈钢制成，其作用在于调整上部电磁推力，使液体圆柱体垂直完好，减少电磁扰动，使表面光洁。
图5是本实用新型的第5个实施例的纵剖面的构成图。它是在第一个实施例(即
图1)的基础上，再加上一个芯内加热炉而构成的。芯内加热炉由炉体(14)及加热体(15)组成。炉体(14)为耐火材料空心圆筒，表面有螺旋状沟槽，以便容纳加热体(15)。加热体(15)一般为电阻丝，也可采用别的加热体，甚至可采用乙炔焰环形火炬。芯内加热炉与型芯(3)同心安装，其高度在工作台(6)以上。其安装目的是为了避免冬季严寒及薄壁铸件条件下，结晶与凝固发生在电磁感应器之上部，导致工艺失败。但在一般条件下是没有必要的。
图6是本实用新型的第6个实施例的纵剖面的结构图。它是在第一个实施例(即
图1)的基础上，更换了一个新的感应器而构成的。此新感应器(24)(如图6上)是根据水冷坩埚悬浮熔炼的原理制成的[见《中国有色金属学报)》1997年3月，水冷坩埚悬浮熔炼过程电磁场数值分析(I)]。在其最外面是一个缠绕数匝的紫铜管水冷感应圈(24A)，其内是由18个(横截面为扇形的)长方立柱(24B)构成的圆形的感应器，每个长方立柱(24B)之间的间隙约为0.1-2.2MM，每个长方立柱(24B)都是紫铜板制成的，中间通水冷却。这样的分瓣感应器，其优越性在于电磁场能透过瓣间的缝隙作用于内部液态段(10)，另一方面减少了感应器(24)内的感生电动势，从而降低感应器(24)自身的能量消耗，因而，在这样的感应器中液态段(10)能站立得又垂直表面又光洁。
由上可见，本实用新型提出6个导弹舱体电磁成型铸造设备实施例，其共同点在于，无铸造模型，导弹铸件外表面由电磁感应器发出的电磁场约束成圆柱状，铸件内表面由随动型芯成型。
权利要求1 导弹舱体电磁成型铸造设备，由形成铸件外表面的电磁感应器、形成铸件内表面的型芯(3)、浇口盘(7)、环状喷水冷却器、引出机构等构成，其特征在于是一种无铸模铸造设备，导弹铸件外表面由电磁场约束成形，铸件内表面由随动型芯成形。
2 根据权利要求1所述的设备，其特征在于型芯(3)定位安装在引出圆盘(1)上。
3 根据权利要求1所述的设备，其特征在于连续定向凝固。
4 根据权利要求1所述的设备，其特征在于型芯(3)是一个空心壳芯。
5 根据权利要求1所述的设备，其特征在于型芯(3)是一个空心薄壁陶瓷型芯。
6 根据权利要求1所述的设备，其特征在于型芯(3)内安装有内喷水环(16)。
7 根据权利要求1所述的设备，其特征在于有缝隙式喷嘴向气隙内喷水冷却。
8 根据权利要求1所述的设备，其特征在于型芯(3)内安装有芯内加热炉。
9 根据权利要求1所述的设备，其特征在于型芯(3)内不安装芯内加热炉。
专利摘要本实用新型涉及到一种铸造设备，特别是涉及到导弹舱体的铸造设备。笔者认为在砂型中铸造导弹舱体，其冷却与凝固方式，是其冶金质量与力学性能长期不能得到提高的根本原因。本工作的主要特征在于它是一种无铸模铸造设备，导弹铸件外表面由电磁场约束成形，铸件内表面由随动型芯成形，实现了连续定向凝固铸造。
文档编号B22D23/00GK2637040SQ0320750
公开日2004年9月1日 申请日期2003年8月11日 优先权日2003年8月11日
发明者李忠炎 申请人:李忠炎