专利名称：高温合金复杂薄壁铸件调压精密铸造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种高温合金复杂薄壁铸件的调压精密铸造装置，特别是一种利用调压工艺进行高温合金薄壁铸件熔模精密铸造装置，属于铸造专业领域。
背景技术：
随着航空，航天，航海，汽车，医疗及石油化工事业的高速发展，高性能，特殊材质，高尺寸精密度及高质量铸件的需求日渐增加，高端精密铸造是满足这种需求的重要手段，铸件薄壁化是现代铸造技术的发展方向。超常规的重量要求和高尺寸精确度的高温合金高端铸造材料，都对国内现有的精密铸造装备和技术提出挑战。 例如，英国AE公司在新型航天飞行器上应用了一系列复杂薄壁精铸件，这些精铸件的外形尺寸一般在300 600mm，最小壁厚达到O. 8 I. 5mm，而且可以对晶粒尺寸进行控制，辅以热等静压技术，使铸件的疲劳寿命大幅度改善。美国Hitchiner公司、PCC公司和Howmet公司为美国GE发动机铸造了一系列的大型薄壁整体铸件,其中最小壁厚远低于国内同类铸件。国外在大型复杂结构件的精密成型装备方面有较好的基础，但始终对中国实行严格的技术封锁，所以自主创新是我国发展大型铸件精密铸造技术的必由之路。在国内，调压铸造作为一种先进的铸造工艺已经在铝合金大型铸件和镁合金大型铸件上获得了成功应用。但铝合金与镁合金都属于轻金属，采用重力铸造时需要的压力较低比较容易实现。高温合金密度较大，调压铸造需要的压力大，设备制造难度较大。目前国内尚无此类装置。利用该装置可以得到调压条件下浇注系统、浇注工艺和调压参数等对熔体流态、充填行为和补缩能力的影响规律，探索高温合金复杂薄壁铸件调压精密铸造浇注系统设计原理与方法，实现高温合金复杂薄壁铸件调压精密成型技术的突破，提升我国航天航空工业领域大量使用的复杂薄壁铸件精密铸造装备水平。经对现有技术的文献检索发现申请号为01209399. 8的中国发明专利涉及到一种真空和保护气体循环加压铸造装置，该装置基于镁合金铸造，克服了氧化的问题、夹渣和气孔等问题。装置的设计思路仍然是基于申请号88106919. I专利提出的，加热方式和结构设计也无法满足高温合金熔模精密铸造的要求。因为在高温合金反重力调压铸造装置中，升液管材质选择及高温密封是两大难题。升液管是连接调压铸造装置下罐中的液态金属和上罐中铸型的通道，使金属液在外加压力作用下沿升液管充入铸型。升液管材质的选择至关重要。专利号为200820232358. 7的实用新型专利涉及到一种准调压铸造机，该专利提到所设计的调压铸造装置成本较低，适用于铝合金薄壁件的铸造。但该专利在充型和凝固中的压力控制不能在瞬间达到所要的压差，未能实现真正意义上的压力瞬时调节，因此命名为准调压铸造机。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高温合金复杂薄壁铸件调压铸造装置，以满足高温合金熔模精密铸造的要求。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是本发明所述的高温合金复杂薄壁铸件调压铸造装置包括中频感应加热电源，调压炉、调压炉罐体提升系统、调压气路控制系统、真空系统和气体罐；其中调压炉中的上下罐体通过中隔板隔开，上、下罐体及中间隔板之间采用活节螺丝杆夹紧；中频感应加热电源用于熔化合金，连接到调压炉的下罐体；调压炉罐体提升系统设置在调压炉上方，用于提升上罐体；调压炉设有通气孔，该通气孔连接到调压气路控制系统；调压气路控制系统与真空系统、气体罐依次相连接，实现调压炉内的真空度和压力调节。本发明中，上罐体为拱顶结构，其中法兰 隔板边缘装有与下罐体上定位销相对应的定位销孔。拱顶上焊有供吊运用的吊耳，并配有吊具。上罐体侧部壳体上开有一个抽气或充气孔。本发明中，上罐体内安装铸型和升液管，升液管穿过中隔板进入下罐体的氧化铝坩埚内。本发明中，在铸型和上罐体的内壳中间安装一砂网。铸型上端安放压铁用来压固铸型。本发明中，下罐体内安装中频感应线圈，中频感应线圈内放置熔化合金用的氧化铝坩埚，中频感应线圈经过下罐体与中频感应加热电源连接。本发明中，上罐体和下罐体分别开有通气孔，并在下罐体中装有测温热电偶。本发明中，调压炉外部布置有真空系统和调压气路控制系统。调压气路控制系统由计算机软件控制，实现调压过程中的压力变化。本发明具有实质性特点和显著进步，本发明具有以下优点(I)高温合金调压熔模精密铸造装置利用真空预处理、负压充型、调压凝固，正压补缩等手段实现平稳高效充型，实现铸件顺序凝固，可有效提升材料利用效率，实现近终净形铸造提供空间。(2)调压铸造装置可以采用负压充型，并在最小压差原则下实现正压补缩，因而降低了对铸型透气性及强度的要求，可生产出用其他成型方法难以浇注的复杂、薄壁、整体金属铸件，解决复杂薄壁铸件浇注中的充填问题。特别是对壁厚小于3mm的薄壁铸件的充填能力有很大提升。(3)利用高温合金复杂薄壁调压精密铸造装置可以得到尺寸精度高的精密铸件，铸造精度可以达到CT4-CT6之间。
图I为高温合金调压铸造装置平面布置图。图2为高温合金调压铸造炉结构图。图中中频感应加热电源I，调压炉2、电葫芦3、调压气路控制系统4、真空系统5，气体罐6，铸型7，中隔板8，上罐体9，下罐体10，活节螺丝杆11，中频感应线圈12，坩埚13，升液管14，砂网15，压铁16，通气孔17和18，测温热电偶19。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图I和图2所示，本发明的调压铸造装置包括六个主要部分中频感应加热电源1，调压炉2、调压炉罐体提升系统、调压气路控制系统4、真空系统5和气体罐6。其中调压炉2中的上下罐体通过中隔板隔开，上、下罐体及中间隔板之间采用活节螺丝杆夹紧；中频感应加热电源I用于熔化合金，连接到调压炉2的下罐体；调压炉罐体提升系统设置在调压炉2上方，用于提升上罐体；调压炉2设有通气孔，该通气孔连接到调压气路控制系统4 ;调压气路控制系统4与真空系统5、气体罐6依次相连接，实现调压炉内的真空度和压力调节。本实施例中，中频感应加热电源感应加热装置由感应圈、固定电极、水冷电缆、中频电源、坩埚等组成。感应线圈和坩埚置于调压炉2下罐体10内部。本实施例中，调压炉罐体提升系统采用电葫芦3实现。上罐体9升降由位于调压炉2正上方的电葫芦控制。本实施例利用中频感应加热电源I熔化合金，中隔板8隔开上下两个罐体9、10，在安装铸型7和升液管14时，利用电葫芦提升上罐体9。安装完毕，利用调压气路控制系统
4、真空系统5和气体罐6实现调压炉内的真空度和压力调节。本发明的具体实施方案如下电葫芦3置于调压炉2正上方，中隔板8将调压炉2的上罐体9和下罐体10分隔开。上罐体9、下罐体10及中间隔板8之间采用8个活节螺丝杆11夹紧。上罐体9为拱顶结构，内壁材料选用lCrl8Ni9Ti不锈钢板，法兰采用16MnR压力容器专用钢，结构压力均按I. OMPa压力设计制造。法兰隔板边缘装有2个与下罐体10上2个定位销相对应的定位销孔。拱顶上焊有3个供吊运用的吊耳，并配有吊具。侧部壳体上开有一个0 25抽气(充气)孔，与外部管路采用拉杆式搬把快接金属软管连接。下罐体10内安装中频感应线圈12，中频感应线圈12内置熔化合金用的氧化铝坩埚13，中频感应线圈12经过下罐体10与中频感应加热电源I连接。上罐体9内安装铸型7和升液管14，升液管14穿过中隔板8进入下罐体10的氧化铝坩埚13内。在铸型7和上罐体9的内壳中间安装一砂网15。铸型7上端安放压铁16用来压固铸型。上罐体9和下罐体10分别开有通气孔17和18，并在下罐体10中装有测温热电偶19。调压炉2炉体外部布置有真空系统5(2XZ_15真空泵、阀门、管道、过滤器、真空罐，球阀等组成)和调压气路控制系统4。调压气路控制系统4由计算机软件控制，实现调压过程中的压力变化。本实施例上述装置用于高温合金复杂薄壁铸件调压铸造时，先根据不同的模壳材料，将铸型和升液管在外置电阻炉中预热至400°C ^900oC ;利用电葫芦打开调压炉上罐，同时将升液管穿过中隔板放好，然后在升液管的斜法兰面上涂好脱脂棉，将铸型放在升液管上固定好，向砂网内倒入砂子，放上压铁将铸型稳固后盖上上罐；将升液管插入下罐中的合金熔体中，立即将上下罐之间锁紧，同时对上下罐及坩埚抽真空；当真空度达到要求时，向下罐内充入氩气，防止合金氧化，并使熔融合金在压差的作用下沿着升液管压入铸型型腔；当充型完成后，在保持上下罐真空度不变的条件下，对上下罐压力进行调节，即充氩气，使其压力从负压迅速转变为正压，并根据工艺需要，维持在设定的正压值；当铸件凝固完成后，立即对坩埚及真空罩卸压，打开上盖，将铸型及砂子倒出，并分离。冷却后将铸件脱模。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于包括中频感应加热电源，调压炉、调压炉罐体提升系统、调压气路控制系统、真空系统和气体罐；其中调压炉中的上下罐体通过中隔板隔开，上、下罐体及中间隔板之间采用活节螺丝杆夹紧；中频感应加热电源用于熔化合金，连接到调压炉的下罐体；调压炉罐体提升系统设置在调压炉上方，用于提升上罐体；调压炉设有通气孔，该通气孔连接到调压炉外部的调压气路控制系统；调压气路控制系统与真空系统、气体罐依次相连接，实现调压炉内的真空度和压力调节。
2.根据权利要求I所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述上罐体为拱顶结构，其中法兰隔板边缘装有与下罐体上定位销相对应的定位销孔，拱顶上焊有供吊运用的吊耳，并配有吊具。
3.根据权利要求2所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述上罐体侧部壳体上开有一个抽气或充气孔。
4.根据权利要求2所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述上罐体内安装铸型和升液管，升液管穿过中隔板进入下罐体的坩埚内。
5.根据权利要求4所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于在所述铸型和上罐体的内壳中间安装一砂网。
6.根据权利要求4所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述铸型上端安放压铁用来压固铸型。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述下罐体内安装中频感应线圈，中频感应线圈内放置熔化合金用的氧化铝坩埚，中频感应线圈经过下罐体与中频感应加热电源连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述上罐体和下罐体分别开有通气孔。
9.根据权利要求1-6任一项所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述下罐体中装有测温热电偶。
10.根据权利要求I所述的高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，其特征在于所述调压炉外部布置有真空系统和调压气路控制系统，调压气路控制系统由计算机软件控制，实现调压过程中的压力变化。
全文摘要
本发明公开一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，包括中频感应加热电源，调压炉、调压炉罐体提升系统、调压气路控制系统、真空系统和气体罐；其中调压炉中的上下罐体通过中隔板隔开；中频感应加热电源用于熔化合金，连接到调压炉的下罐体；调压炉罐体提升系统设置在调压炉上方，用于提升上罐体；调压炉设有通气孔，该通气孔连接到调压炉外部的调压气路控制系统；调压气路控制系统与真空系统、气体罐依次相连接，实现调压炉内的真空度和压力调节。本发明可有效提升材料利用效率，实现近终净形铸造提供空间；解决复杂薄壁铸件浇注中的充填问题，特别是对壁厚小于3mm的薄壁铸件的充填能力有很大提升，精度高。
文档编号B22D18/04GK102717051SQ20121021950
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者余志文, 孙宝德, 张佼, 王俊, 王国祥, 疏达, 董安平 申请人:上海交通大学