电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置及成型方法与流程

本发明涉及叶片制造技术领域，尤其涉及一种电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置及成型方法。

背景技术：

目前公知的叶片、螺旋叶片是采用砂模熔铸成型，即先制造工件模型，然后制造砂模，将液体钢(或其它金属合金浇入砂模)，待金属冷却后去除砂模，获得工件。此法铸造的叶片、螺旋叶片在铸造过程中叶片内部组织疏松、容易产生气孔、裂纹等内部缺陷，整体质量不高，使用寿命短。

电渣熔铸是一种使金属精炼和铸造成型一次完成，生产优质合金铸件的电渣冶金工艺，其基本设备包括电渣炉、结晶器、电源变压器，结晶器内设置铸件成型的异型型腔，并配有冷却装置，在铸造时，自耗电极插入型腔内的液渣中，利用电流通过液渣所产生的电阻热，不断地将自耗电极熔化，熔化的金属汇聚成滴，穿过渣层滴入金属熔池，同时在异型型腔内凝固成铸件。该工艺获得的铸件具有金属纯洁、金属组织致密、成分和组织均匀、结晶细化、铸件表面光洁等优点，是理想的叶片铸造技术。

但在实际应用时，因叶片(如发电机叶轮、螺旋叶片等)都是具有较复杂曲面形状的零件，所以异型型腔也成为与其匹配的较复杂形状；另外腔壁多为导电金属材料，自耗电极不但需要做成与异型型腔相类似的结构以便于形成均匀的熔滴，而且自耗电极要保持不能接触腔壁而发生短路，因此自耗电极难以顺利地伸入异型型腔内形成良好的熔化滴入，这使得电渣熔铸技术在叶片铸造行业难以进行应用，目前还没有可解决上述问题的相关技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置及成型方法，可解决叶片和异型型腔形状复杂造成的自耗电极不易伸入异型型腔且易触壁发生短路的问题，使电渣熔铸技术可应用于叶片铸造领域。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置，包括底座，所述底座上设有底水箱，所述底水箱上设有分体结晶器，所述底水箱与所述底座之间设有结晶器随型随动装置；所述底座的一侧相对固定设有电极支撑架，所述电极支撑架上滑动安装有电极支撑座，所述电极支撑座与所述电极支撑架之间设有升降驱动装置；所述电极支撑座上设有电极夹持器，所述电极夹持器上固定夹持有自耗电极，所述电极夹持器与所述电极支撑座之间设有电极随型随动装置；所述分体结晶器包括若干由下到上依次固定连接的结晶器层模，各所述结晶器层模上设有结晶器层腔，若干所述结晶器层腔上下连通构成与叶片形状相适配的异型型腔。

作为优选的技术方案，所述结晶器随型随动装置包括结晶器横向调节装置、结晶器倾角调节装置和结晶器转角调节装置。

作为优选的技术方案，所述结晶器横向调节装置包括横向滑动安装在所述底座上的结晶器第一横调座，所述结晶器第一横调座与所述底座之间连接有结晶器第一横调驱动器，所述结晶器第一横调座上横向滑动安装有结晶器第二横调座，所述结晶器第二横调座与所述结晶器第一横调座的滑动方向交叉设置，所述结晶器第二横调座与所述结晶器第一横调座之间连接有结晶器第二横调驱动器。

作为优选的技术方案，所述结晶器倾角调节装置包括铰接安装在所述结晶器第二横调座上的结晶器摆动座，所述结晶器摆动座与所述结晶器第二横调座之间连接有结晶器摆动驱动器。

作为优选的技术方案，所述结晶器转角调节装置包括沿周向转动安装在所述结晶器摆动座上的结晶器转动座，所述结晶器转动座与所述结晶器摆动座之间设有周向转动连接装置和结晶器转动驱动器。

作为优选的技术方案，所述电极随型随动装置包括电极横向调节装置、电极倾角调节装置和电极转角调节装置。

作为优选的技术方案，所述结晶器层模包括若干横向依次连接的结晶器分模，所述结晶器分模上设有型腔分片，同一层若干所述结晶器分模上的所述型腔分片共同构成所述结晶器层腔的腔壁。

作为优选的技术方案，各所述结晶器分模连接有分模冷却装置。

电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置的成型方法，包括如下步骤：

步骤一：将最底层的所述结晶器层模置于所述底水箱上；

步骤二：驱动所述电极支撑座下降，同时驱动所述结晶器随型随动装置和所述电极随型随动装置，使所述自耗电极的下端伸入所述结晶器层腔内，开始电渣熔铸；

步骤三：最底层所述结晶器层模内电渣熔铸结束后，驱动所述电极支撑座上升，使所述自耗电极退出所述结晶器层腔，然后在最底层所述结晶器层模上固定连接上一相邻的所述结晶器层模，重复步骤二，从下层到上层按顺序依次电渣熔铸，电渣熔铸过程中通过所述结晶器随型随动装置和所述电极随型随动装置始终使所述自耗电极的位置状态与所述结晶器层腔保持一致性，避免所述自耗电极与所述结晶器层腔的腔壁接触，直至所述分体结晶器完全电渣熔铸结束；

步骤四：待铸件冷却后拆除所述分体结晶器，叶片电渣熔铸完成。

作为优选的技术方案，步骤一将底部若干层所述结晶器层模由下到上依次固定设置到所述底水箱上。

由于采用了上述技术方案，本发明利用分层结构的分体结晶器，可减少单层叶片部分熔铸时曲面的变化量，同时通过上下随型随动的配合，可使得自耗电极容易插入单层的结晶器层腔内，通过多层分别熔铸形成叶片铸件，解决了现有技术自耗电极不易伸入异型型腔且易触壁发生短路的问题，使电渣熔铸技术可应用于叶片铸造领域。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的整体结构示意图，图中示意最底层结晶器分模的电渣熔铸状态；

图2是本发明实施例最底层结晶器层模的立体结构示意图；

图3是本发明实施例最底层和第二层结晶器层模组装后的立体结构示意图；

图4是本发明实施例分体结晶器的立体结构示意图；

图5是本发明实施例单个结晶器分模的立体剖视结构示意图；

图6是本发明实施例结晶器随型随动装置的结构示意图；

图7是本发明实施例电极随型随动装置的结构示意图；

图8是本发明实施例所铸造出叶片的立体示意图。

图中：1-底座；11-底水箱；2-分体结晶器；21-结晶器层模；22-结晶器层腔；23-结晶器分模；24-型腔分片；25-分模冷却室；3-结晶器随型随动装置；31-结晶器第一横调座；32-结晶器第一横调驱动器；33-结晶器第二横调座；34-结晶器第二横调驱动器；35-结晶器摆动座；36-结晶器摆动驱动器；37-结晶器转动座；38-结晶器转动驱动器；39-周向转动连接装置；4-电极支撑架；41-升降驱动电机；5-电极支撑座；6-电极夹持器；7-电极随型随动装置；8-自耗电极；9-叶片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1至图8共同所示，电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置，包括底座1，所述底座1可以为固定式的，也可为可移动式的，当为可移动式时，所述底座1可采用台车。

所述底座1上设有底水箱11，所述底水箱11上设有分体结晶器2，所述底水箱11是冷却金属熔滴及连接底部电极的结构，是本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。所述分体结晶器2包括若干由下到上依次固定连接的结晶器层模21，各所述结晶器层模21上设有结晶器层腔22，若干所述结晶器层腔22上下连通构成与叶片9形状相适配的异型型腔。本实施例将现有结晶器改为多层所述结晶器层模21的结构，分层进行熔铸，可减少每层所述结晶器层腔22的曲面变化量，使得自耗电极8更易插入。

如图2至图5所示，本实施例所述结晶器层模21包括若干横向依次连接的结晶器分模23，所述结晶器分模23上设有型腔分片24，同一层若干所述结晶器分模23上的所述型腔分片24共同构成所述结晶器层腔22的腔壁；即每层所述结晶器层模21又分为若干所述结晶器分模23，这样一方面减小了单个所述结晶器分模23的体积，方便制作和维护更换，另一方面方便整体熔铸结束后所述分体结晶器2的拆除。各所述结晶器分模23连接有分模冷却装置，本实施例在所述底水箱11的冷却基础上，对应每个所述结晶器分模23设置一个所述分模冷却装置，所述分模冷却装置可采用靠近对应所述型腔分片24设置的分模冷却室25的结构，所述分模冷却室25连接有伸出所述结晶器分模23的冷却进水管和冷却出水管，这样若干所述分模冷却室25等于在所述异型型腔外侧形成冷却层，利于促进熔滴凝固结晶。

如图1和图6所示，所述底水箱11与所述底座1之间设有结晶器随型随动装置3，所述结晶器随型随动装置3包括结晶器横向调节装置、结晶器倾角调节装置和结晶器转角调节装置。

本实施例所述结晶器横向调节装置包括横向滑动安装在所述底座1上的结晶器第一横调座31，所述结晶器第一横调座31与所述底座1之间连接有结晶器第一横调驱动器32，所述结晶器第一横调座31上横向滑动安装有结晶器第二横调座33，所述结晶器第二横调座33与所述结晶器第一横调座31的滑动方向交叉设置，本实施例示意为垂直设置，所述结晶器第二横调座33与所述结晶器第一横调座31之间连接有结晶器第二横调驱动器34。所述结晶器第一横调驱动器32和所述结晶器第二横调驱动器34可采用油缸、气缸或者电动推杆等，所述横向滑动安装为公知常用技术，在此不再赘述且在图中未示出。通过所述结晶器第一横调座31和所述结晶器第二横调座33不同方向的横向滑动，实现所述分体结晶器2在水平面这个二维平面上任意方向的移动，并以此形成横向调节。

所述结晶器倾角调节装置包括铰接安装在所述结晶器第二横调座33上的结晶器摆动座35，所述结晶器摆动座35与所述结晶器第二横调座33之间连接有结晶器摆动驱动器36。所述结晶器摆动驱动器36可以为连接在所述结晶器摆动座35一端与所述结晶器第二横调座33之间的油缸、气缸或者电动推杆，所述铰接安装为实现所述结晶器摆动座35可摆动的安装方式，是公知常用技术，在此不再赘述。通过所述结晶器摆动驱动器36对所述结晶器摆动座35一端的抬高或者降低，使得所述分体结晶器2的倾斜角度发生变化，并以此形成倾斜角度调节。

所述结晶器转角调节装置包括沿周向转动安装在所述结晶器摆动座35上的结晶器转动座37，所述结晶器转动座37与所述结晶器摆动座35之间设有周向转动连接装置39和结晶器转动驱动器38。所述周向转动连接装置39可采用设置在所述结晶器摆动座35上的周向导轨、以及所述结晶器转动座37上对应设置至少三个周向均布的转动轮的结构，也可采用在所述结晶器转动座37上设置周向导轨、以及在所述结晶器摆动座35上设置至少三对周向均布的导向轴承的结构。所述结晶器转动器包括固定设置在所述结晶器摆动座35上的结晶器转动驱动电机，所述结晶器转动驱动电机的输出端安装有主动齿轮，所述结晶器转动座37上同轴设置有与所述主动齿轮对应的从动齿轮，通过所述周向转动连接装置39的导向、以及所述结晶器转动驱动电机的驱动和齿轮传动，实现所述分体结晶器2的转动调节。

本实施例在所述底座1上由下到上是按横向调节、倾角调节和转动调节的顺序进行结构设计的，本领域技术人员可以认识到，上述三者任意顺序的设计都可以达到本实施例对所述分体结晶器2横向、倾角和转动的调节，因此上述三种调节的顺序并不是固定不变的，根据任意顺序进行设计的结构都应在本发明的保护范围之内，如按由下到上倾角、横向和转动调节的顺序，所述底座1上先铰接安装所述结晶器摆动座35，所述结晶器摆动座35上依次滑动安装所述结晶器第一横调座31、所述结晶器第二横调座33，所述结晶器第二横调座33上周向转动安装所述结晶器转动座37。

如图1和图7所示，所述底座1的一侧相对固定设有电极支撑架4，所述电极支撑架4可直接固定设置在所述底座1上，也可与所述底座1分体设置并形成相对固定，本实施例按后者进行示意。所述电极支撑架4上滑动安装有电极支撑座5，所述电极支撑座5与所述电极支撑架4之间设有升降驱动装置，所述升降驱动装置包括固定安装在所述电极支撑架4上的升降驱动电机41，所述升降驱动电机41的输出端与所述电极支撑座5丝杠传动。所述电极支撑座5上设有电极夹持器6，所述电极夹持器6为公知技术，在此不再赘述。所述电极夹持器6上固定夹持有自耗电极8，所述电极夹持器6与所述电极支撑座5之间设有电极随型随动装置7。所述电极随型随动装置7包括电极横向调节装置、电极倾角调节装置和电极转角调节装置。所述电极随型随动装置7的设置与所述结晶器随型随动装置3的设置相似，是本领域技术人员根据所述结晶器随型随动装置3的结构及图示可轻易理解的，在此不再赘述。

电渣熔铸叶片随型随动、分段逐级成型装置的成型方法，包括如下步骤：

步骤一：将最底层的所述结晶器层模21置于所述底水箱11上。

步骤二：驱动所述电极支撑座5下降，同时驱动所述结晶器随型随动装置3和所述电极随型随动装置7，使所述自耗电极8的下端伸入所述结晶器层腔22内，开始电渣熔铸；具体随型随动调节方式可根据该层所述结晶器层腔22的形状及对应的所述自耗电极8的形状进行调节，该调节的过程可提前输入控制器，由控制器进行，控制器为公知常用技术，在此不再赘述且在图中未示出。

步骤三：最底层所述结晶器层模21内电渣熔铸结束后，驱动所述电极支撑座5上升，使所述自耗电极8退出所述结晶器层腔22，然后在最底层所述结晶器层模21上固定连接上一相邻的所述结晶器层模21，重复步骤二，从下层到上层按顺序依次电渣熔铸，电渣熔铸过程中通过所述结晶器随型随动装置3和所述电极随型随动装置7始终使所述自耗电极8的位置状态与所述结晶器层腔22保持一致性，避免所述自耗电极8与所述结晶器层腔22的腔壁接触，直至所述分体结晶器2完全电渣熔铸结束。

步骤四：待铸件冷却后拆除所述分体结晶器2，叶片9电渣熔铸完成。

本实施例步骤一也可将底部若干层所述结晶器层模21由下到上依次固定设置到所述底水箱11上，其根据是，底部若干层所述结晶器层腔22所组成的部分异型型腔的曲面变化量不大；同理，步骤三中也可将上部若干相邻的所述结晶器层模21依次固定连接后一起进行电渣熔铸。

本实施例利用分层结构的分体结晶器2，可减少单层叶片9部分熔铸时曲面的变化量，同时通过上下随型随动的配合，可使得自耗电极8容易插入单层的结晶器层腔22内，通过多层分别熔铸形成叶片9铸件，解决了现有技术自耗电极8不易伸入异型型腔且易触壁发生短路的问题，使电渣熔铸技术可应用于叶片9铸造领域。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。