专利名称：使定向凝固液固界面平直化的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种定向凝固的下拉装置，适用于晶体生长方式的调控，用于定向凝固，属于金属材料制备技术领域。
背景技术：
定向凝固是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，以获得具有特定取向晶体的技术。定向凝固技术最突出的贡献在于制备高温合金铸件，目前几乎所有先进航空发动机都以采用单晶叶片为特色，采用定向凝固技术可以生产具有优良的抗热冲击性能，较长的疲劳寿命，较好的蠕变抗力和中温塑性的薄壁空心涡轮叶片，从而提高发动机的推力和可靠性，并延长使用寿命。定向凝固技术在制备高温超导体材料、功能材料、复合材料及多孔材料等方面也应用广泛，有很好的发展前景。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。 平直固液界面能使合金熔体的热量能够从单一方向垂直于界面导出，减少了缺陷的形成。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使定向凝固液固界面平直化的装置，在不改变原有纵向温度梯度和凝固速率的情况下，保证拉杆在竖直下拉的同时，还使整个下拉装置水平平动，这样凝固界面平直化趋势加强，减少了缺陷的形成。为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案一种使定向凝固液固界面平直化的装置，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支撑轴承与底部固定板转动连接，丝杆还通过另一个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。上部固定板上方和底部固定板的下方分别设有互相平行的水平导轨，上部固定板和底部固定板通过滑动轮分别与相对应的水平导轨形成滑动机构， 通过装置水平移动电机驱动使得上部固定板和底部固定板相对于水平导轨进行同步水平平动。上述装置水平移动电机固定在底部固定板的下方的水平导轨上，底部固定板的下表面设置一条与水平导轨平行的齿条，装置水平移动电机的传动主轴固定连接一个与齿条相啮合的齿轮。上述定向凝固的拉杆的下部与移动块之间通过螺纹固定相连。上述装置支撑架优选包括四根导向杆。上述上部固定板和底部固定板分别优选固定设置四个滑动轮，每两个滑动轮和与之相配合的同一根水平导轨形成一组滑动机构单元。上述装置水平移动电机优选采用直流伺服电机。所有的上述支撑轴承均优选采用无间隙轴承。上述齿条优选采用矩形齿条。上述支撑轴承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.本实用新型使定向凝固液固界面平直化装置的装置水平移动电机固定在水平导轨上，在底部固定板上固定住齿条，电机带动的齿轮与固定住的齿条相互咬合，这样只要调控好装置水平移动电机的旋转方式就能实现底部固定板的平动，从而带动拉杆水平平动。2.本实用新型在上部固定板和底部固定板上各固定四个滑动轮，这四个滑动轮尺寸与水平导轨相匹配，这样不仅在实现水平运动时滑动轮是沿着直线运动的，另外，由于上下都装上了滑动轮，这样只要在较好的润滑条件下，就能保证上下隔板的运动很平稳，运动的一致性。3.本实用新型包括两个独立的电机，开启与丝杆连接的拉杆牵引电机，调节其速率，就可以带动丝杆的转动，此时移动块就会向下移动；开启并调节固定在水平导轨上的装置水平移动电机，整个下拉装置就能实现水平平动，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水平平动和竖直下拉两个动作，使合金的定向凝固时液固界面平界化，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是本实用新型使定向凝固液固界面平直化的装置结构示意图。图2是图1的装置侧面视图。
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和图2，一种使定向凝固液固界面平直化的装置，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5，导向杆5的顶端支撑并固定连接一个上部固定板3，导向杆5的底端固定连接于一个底部固定板6，上部固定板3和底部固定板6互相平行设置。在导向杆5上安装一个移动块4，移动块4沿导向杆5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5平行设置，定向凝固拉杆1的下部穿过上部固定板3和移动块4，定向凝固拉杆1与移动块4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5向下移动即牵引定向凝固拉杆1下拉铸锭，与导向杆 5平行的一根丝杆11也穿过上部固定板3和移动块4，丝杆11与移动块4通过螺纹副连接， 丝杆11的底端尾部通过支撑轴承13与底部固定板6)转动连接，丝杆11还通过另一个支撑轴承13与上部固定板3转动连接，丝杆11的上端头部与拉杆牵引电机8的传动主轴固定连接，拉杆牵引电机8固定在上部固定板3上。上部固定板3上方和底部固定板6的下方分别设有互相平行的水平导轨9，上部固定板3和底部固定板6通过滑动轮2分别与相对应的水平导轨9形成滑动机构，通过装置水平移动电机12驱动上部固定板3和底部固定板 6相对于水平导轨9进行同步水平平动。在本实施例中，安装在上部固定板3上的拉杆牵引电机8将旋转运动传递至丝杠11，定向凝固拉杆1与移动块4通过螺纹10连接，在随移动块4下降的同时，定向凝固拉杆1也能随整个下拉装置水平运动。为了得到高度可靠、 平稳的运动，采用了抽拉用拉杆牵引电机8与丝杠11直联方式。本装置能够使定向凝固过程中在原有下拉的同时实现水平平动，通过小尺度的水平平动带动铸坯沿着水平方向进行振动，使凝固界面处的液相与固相发生位移摩擦，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，上述装置水平移动电机12固定在底部固定板6的下方的水平导轨 9上，底部固定板6的下表面设置一条与水平导轨9平行的齿条7，装置水平移动电机12的传动主轴固定连接一个与齿条7相啮合的齿轮。进行定向凝固时，组装定向凝固的下拉装置，使整个下拉装置套上水平导轨9，水平导轨9对滑动轮2起到导向作用，保证隔板上面的滑动轮2与水平导轨9上下的凹槽匹配，另外的一个装置水平移动电机12固定在水平导轨 9上，并通过齿轮与固定在底部固定板6上的齿条7相互咬合。这样定向凝固的拉杆1不仅可以实现竖直下拉，整个下拉装置还可以水平平动。在本实施例中，上述定向凝固的拉杆1的下部与移动块4之间通过螺纹10固定相连。螺纹紧固连接方式结构简单，安全可靠，便于维护，方便定向凝固拉杆1的更换和维修。在本实施例中，上述装置支撑架包括四根导向杆5。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与移动块4通过螺纹10紧固连接，开启拉杆牵弓丨电机8，调节旋转速率带动丝杆11转动，移动块4整体上下移动。水平放置水平导轨9，将整个装置支撑架放置在水平导轨9上，并保证上下固定板上的滑动轮正好在水平导轨9上，如图2所示。开启装置水平移动电机12，调节转动的方式，通过齿轮与固定在底部固定板6上的齿条7咬合，从而带动底部固定板6水平来回地平动，这样就可以实现定向凝固拉杆1边水平平动边竖直下拉的动作。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，不同之处在于在本实施例中，上部固定板3和底部固定板6上分别固定设置四个滑动轮2，每两个滑动轮2和与之相配合的同一根水平导轨9形成一组滑动机构单元。滑动机构单元结构简单，能够保证整个装置平稳运动的要求，安装维护方便。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，装置水平移动电机12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，并能周期性改变旋转的方向。使定向凝固拉杆1实现边向下拉边平稳水平移动的动作，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，齿条7优选采用矩形齿条。矩形齿条并固定于底部固定板上，安装方便，便于维护。实施例五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，所有的支撑轴承13均为无间隙轴承。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。实施例六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，支撑轴承13均优选采用圆柱滚子轴承。使丝杆11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。在本实施例中，定向凝固拉杆1穿过上部固定板3与移动块4 一起向下运动；丝杆11通过上部固定板3并穿过移动块4，与移动块 4通过螺纹10连接，尾部通过圆柱滚子支撑轴承13固定在底部固定板6)；拉杆牵引电机 8固定在上部固定板3上顶部，带动丝杆11转动；齿条7固定在底部固定板6上，并与固定在水平导轨9下部中间位置的装置水平移动电机12所带动的齿轮相互咬合。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，只要符合使定向凝固液固界面平直化的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1.一种使定向凝固液固界面平直化的装置，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(5)，所述导向杆(5)的顶端支撑并固定连接一个上部固定板(3)，所述导向杆(5)的底端固定连接于一个底部固定板(6)，所述上部固定板(3)和底部固定板(6)互相平行设置，其特征在于在所述导向杆(5)上安装一个移动块(4)，所述移动块(4)沿所述导向杆(5)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(5)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(3)和所述移动块(4)，所述定向凝固拉杆(1)与所述移动块(4)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(5)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(5)平行的一根丝杆(11)也穿过所述上部固定板(3)和所述移动块(4)，所述丝杆(11)与所述移动块(4)通过螺纹副连接，所述丝杆(11) 的底端尾部通过支撑轴承(13)与所述底部固定板(6)转动连接，所述丝杆(11)还通过另一个支撑轴承(13)与所述上部固定板(3)转动连接，所述丝杆(11)的上端头部与拉杆牵引电机(8)的传动主轴固定连接，所述拉杆牵引电机(8)固定在上部固定板(3)上，所述上部固定板(3)上方和底部固定板(6)的下方分别设有互相平行的水平导轨(9)，所述上部固定板 (3)和底部固定板(6)通过滑动轮(2)分别与相对应的所述水平导轨(9)形成滑动机构，通过装置水平移动电机(12)驱动所述上部固定板(3)和所述底部固定板(6)相对于水平导轨 (9)进行同步水平平动。
2.根据权利要求1所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述装置水平移动电机(12)固定在所述底部固定板(6)的下方的水平导轨(9)上，所述底部固定板(6)的下表面设置一条与所述水平导轨(9)平行的齿条(7)，所述装置水平移动电机(12)的传动主轴固定连接一个与所述齿条(7)相啮合的齿轮。
3.根据权利要求2所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述定向凝固的拉杆(1)的下部与所述移动块(4)之间通过螺纹(10)紧固连接。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述装置支撑架包括四根导向杆(5)。
5.根据权利要求4所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述上部固定板(3)和所述底部固定板(6)上分别固定设置四个所述滑动轮(2)，每两个所述滑动轮 (2)和与之相配合的同一根水平导轨(9)形成一组滑动机构单元。
6.根据权利要求4所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述装置水平移动电机(12)为直流伺服电机。
7.根据权利要求2所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述齿条(7)为矩形齿条。
8.根据权利要求4所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所有的所述支撑轴承(13)均为无间隙轴承。
9.根据权利要求8所述的使定向凝固液固界面平直化的装置，其特征在于所述支撑轴承(13)为圆柱滚子轴承。
专利摘要本实用新型公开了一种使定向凝固液固界面平直化的装置，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。移动块沿拉杆的轴向无相对滑动，与导向杆平行的丝杆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，上下固定板的下方分别设有互相平行的水平导轨，通过滑动轮分别与相对应的水平导轨形成滑动机构，通过装置水平移动电机驱动使装置水平平动。本实用新型可使合金定向凝固过程中拉杆在原有的下拉运动的同时实现水平平动，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B22D27/00GK202316976SQ20112041495
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, 鲁亮 申请人:上海大学