真空熔炼炉的制作方法

本发明涉及3d打印增材制造和冶金技术领域，具体涉及一种真空熔炼炉。

背景技术：

金属材料历来是社会和经济发展所需的重要材料，在材料产业中一直占有主导地位。19世纪中叶，平炉和转炉炼钢技术出现后，人类真正步入了钢铁时代。20世纪40年代，真空熔炼技术问世，该技术适用于熔炼高质量、高纯度、难熔的金属。金属粉末是材料产业的重要分支，利用金属粉末，可以制备出性能优异的工件。近年来，随着3d打印技术的革新，工业领域对金属粉末的需求更为迫切，而适用于3d打印的金属粉末，必须具备高纯度、低氧含量等特点。因此，采用真空熔炼技术成为3d打印金属粉末制备工序环节的首选。

目前，高压气雾化法是制备3d打印金属粉末的常规方法之一，带有坩埚的高压气雾化法设备投入小、生产成本相对较低，适用于生产大部分金属粉末。现行的该方法的金属熔炼工序，在金属液熔化均匀后，由人工操作转动熔炼坩埚形成浇注液，操作者在转动坩埚过程中还要同时观察熔炼室内金属液的浇注情况，一旦钢液泄露或被浇至加热部件，部件或腔体将会被烧坏，需紧急停止操作。

因此，现行的方法存在以下不足：一是工序人工劳动强度大，大的坩埚浇注时间在15～30分钟之间，这段时间内，操作者要一直扳转手柄，劳动强度比较大；二是长时间的人工高强度工作，操作者无法一直维持浇注液流的角度，不能实现稳定控制；三是在紧急情况下，操作者因同时进行两项工作，很难按规定处理，容易引发安全事故。

虽然现技术中也存在一些能够实现坩埚自动翻转的真空熔炼炉，但由于真空熔炼炉的熔炼室内温度较高，且还需要保证熔炼室具有足够的密闭性，这样如果将用于驱动坩埚翻转的电机等驱动机构设置在熔炼室内，那么电机、各个连接线路和管路等都很容易受到高温的影响而发生故障；而若将用于驱动坩埚翻转的电机设置在熔炼室外，那么又不能很好的保证熔炼室的密封性，所以现有技术中的一些具有坩埚自动翻转功能的真空熔炼炉在使用上都存在一定的缺陷。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种能够实现坩埚自动翻转的真空熔炼炉。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种真空熔炼炉，该真空熔炼炉包括控制器、液压缸、连杆、主轴、熔炼室和设置在所述熔炼室内的坩埚；所述主轴的一端与所述坩埚连接，另一端穿过所述熔炼室的侧壁、并与所述连杆的一端连接，所述连杆的另一端沿所述主轴的径向延伸、并与所述液压缸的活塞杆铰接，所述液压缸的缸体的尾端铰接于固定基座，所述坩埚上设有加热部件，所述加热部件和液压缸均与所述控制器连接，所述主轴的内部具有将所述加热部件的电源线路引至所述熔炼室外的通道。

优选的，所述主轴上设有环形密封件，所述环形密封件用于在所述主轴与所述熔炼室的侧壁之间形成密封。

优选的，所述环形密封件位于所述熔炼室的外侧。

优选的，所述连杆与所述主轴可拆卸连接；所述主轴上设有手柄。

优选的，所述手柄具有配重。

优选的，所述熔炼室内设有支架，所述支架用于将所述加热部件固定于所述坩埚，所述主轴通过所述支架与所述坩埚连接。

优选的，所述感应线圈设有水冷结构，所述电源线路包括至少两根水冷铜管，两根所述水冷铜管分别作为所述水冷结构的进水管路和回水管路。

优选的，所述加热部件为电阻。

优选的，所述控制器具有踩踏式按键。

优选的，所述主轴与所述坩埚的中上部连接。

(三)有益效果

本发明提供的一种真空熔炼炉，通过液压缸和主轴的配合实现坩埚的自动翻转，不仅解决了人力操作不便的问题，而且还采用了具有内部通道的主轴，利用主轴的外侧与熔炼室形成密封，而主轴内部的通道还可以将加热部件的连接线路隔绝在其内，由此既可以将用于驱动坩埚翻转的机构设置在熔炼室外，避免受到高温的影响，又可以做到良好的密封。

附图说明

图1是本发明实施例的一种真空熔炼炉的示意图；

图2是本发明实施例的液压缸的液压系统图；

图3是本发明实施例的真空熔炼炉在坩埚翻转前的示意图；

图4是本发明实施例的真空熔炼炉在坩埚翻转后的示意图。

图中：

1、熔炼室；2、支架；3、坩埚；4、保温层；5、加热部件；6、环形密封件；7、主轴；8、手柄；9、液压缸；10、连杆；11、控制器；9-1、缸体；9-2、活塞杆；9-3、电动机；9-4、齿轮泵；9-5、单向阀；9-6、无杆腔；9-7、有杆腔；9-8、手控限位阀；9-9、溢流阀；9-10、油箱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种真空熔炼炉，包括控制器11、液压缸9、连杆10、主轴7、熔炼室1和设置在熔炼室1内的坩埚；坩埚上设有用于对坩埚内的金属料坯形成加热的加热部件5，该加热部件5既可以是感应线圈，也可以是电阻，本实施例采用的是感应线圈，因为电磁感应的加热方式不仅热效率高，而且在感应线圈与坩埚之间还可以增设保温层4，利用保温层4将坩埚的四周及底部包裹，可以进一步提高热效率；液压缸9位于熔炼室1外，液压缸9的缸体9-1的尾端铰接于固定基座，该固定基座是与熔炼室1的相对位置固定的基座，液压缸9的活塞杆9-2与连杆10的一端铰接，连杆10的另一端与主轴7的一端连接、并整体沿主轴7的径向延伸，主轴7的另一端穿过熔炼室1的侧壁、并通过感应线圈与坩埚连接，如此便通过活塞杆9-2的伸缩而实现坩埚的翻转动作。

如图2所示，本实施例的液压缸9为油缸，其液压系统包括电动机9-3、齿轮泵9-4、单向阀9-5、手控限位阀9-8、溢流阀9-9和油箱9-10；液压缸9的缸体9-1分别通过进油管路和回油管路与邮箱连通；齿轮泵9-4设置在进油管路上、并通过电动机9-3带动运行，以将油箱9-10中的油泵入到液压缸9中；单向阀9-5设置在齿轮泵9-4的出油端与液压缸9之间的进油管路上；手控限位阀9-8设置在回油管路上，用于通过手动控制回油，以实现液压缸9的泄压和限位等操作；溢流阀9-9的一端通过管路连接到单向阀9-5与液压缸9之间的进油管路上，另一端通过管路连接到手控限位阀9-8与油箱9-10之间的回油管路上，以实现液压缸9压力的过高保护。

控制器11可以是plc控制系统，分别与液压缸9和加热部件5连接，通过对液压缸9的顶进和缩回控制而实现坩埚的自动翻转；主轴7的端部与加热部件5密封连接；控制器11可集成电源模块，电源模块通过电路与加热部件5连接，这样控制器11只需通过对电源模块的控制而实现加热部件的启停。

本实施例的真空熔炼炉通过液压缸9与主轴7之间的配合而实现坩埚的自动翻转，不仅解决了人力操作不便的问题，而且还采用了内部具有通道的主轴7，利用主轴7的外侧与熔炼室1形成密封，而主轴7内部的通道还可以将加热部件5的电源线路隔绝在其内，由此既可以将用于驱动坩埚翻转的机构设置在熔炼室1外，避免受到高温的影响，又可以做到良好的密封。

上述主轴7上还可以设置环形密封件6，该环形密封件6可以是密封连接盘，用于在主轴7与熔炼室1的侧壁之间形成密封；且该环形密封件6优选为位于熔炼室1的外侧，这样对于处于低压环境下的熔炼室1来说，环形密封件6由于受到负压的作用，密封效果会更好。

在熔炼室1内、并位于坩埚的侧方还可以设置支架2，该支架2可分布在坩埚3的两侧，用于将加热部件5固定于坩埚3，主轴7通过支架2与坩埚3的一侧连接；坩埚3另一侧的支架2还可以通过转轴与熔炼室1的侧壁转动连接，以确保主轴7能够平稳转动。

主轴7优选为与坩埚的中上部连接，这样坩埚接近于原位旋转，坩埚内的熔融金属在翻转的过程中不易发生振荡，而坩埚开口的摆动幅度也不会过大。

连杆10可与主轴7可拆卸连接，且主轴7上设有手柄8，由此可实现手动模式与电动模式之间的切换；另外，手柄8还可以配有配重，以使操作更加省力。

加热部件5可以是包括感应线圈，感应线圈设有水冷结构，感应线圈的电源线路至少包括两根水冷铜管，两根水冷铜管分别作为水冷结构的进水管路和回水管路，从而无需再单独在熔炼室1上开口，避免破坏其密封性。

本发明的整个工序过程为：①装料→②抽真空→③反充保护气体→④熔炼→⑤倾转浇注→⑥状态回复，具体实施步骤如下：

①装料：打开熔炼室1，向熔炼坩埚3内装入金属料坯。

②抽真空：启动机械泵对熔炼室1抽真空，抽至500pa；启动罗茨泵，对熔炼室1进行抽真空，抽至5pa以下；启动扩散泵对熔炼室1抽真空，真空抽至6.63×10^-3pa以下时，停泵。

③反充保护气体：向熔炼室1内充入惰性气体，充入量为0.06mpa。

④熔炼：启动加热部件，开始熔炼金属棒料至金属液熔化均匀。

⑤倾转浇注：

5.1自动倾转

如图3所示，持续踩下控制器11上的踩踏式按键，使坩埚持续倾转，单向阀9-5开启，电动机9-3带动齿轮泵9-4，从油箱9-10内吸油注入油缸的无杆腔9-6，活塞杆9-2持续伸长，从有杆腔9-7内伸出，主轴7随活塞杆9-2伸长而在连杆10带动下旋转，进而带动熔炼坩埚3完成0→90°倾转，如图4所示，金属液完成浇注；过程中，松开倾转，单向阀9-5关闭，油缸的无杆腔9-6内不再注油，手控限位阀9-8处于闭合状态，活塞杆9-2保持当前长度，坩埚3固定在当前倾转角度；再次踩下踩踏式按键，单向阀9-5开启，油缸的无杆腔9-6继续注油，活塞杆9-2继续伸长，坩埚3由当前倾转角度向90°继续倾转。过程中，溢流阀9-9仅在系统超压时启动卸压。

5.2人工倾转

连杆10与活塞杆9-2卸除，亦可通过旋转操作手柄8实现人工操作的倾转动作。

⑥状态回复：

6.1自动回复

结合图2所示，过程中，任意角度持续踩下按键，手控限位阀9-8处于开启状态，油缸的无杆腔9-6向油箱9-10卸油，活塞杆9-2收缩，主轴7随活塞杆9-2收缩在连杆10带动下回复，进而带动熔炼坩埚3回复，则熔炼坩埚3完成当前倾转角度向0°回复动作，再参考图3和图4所示，松开按键，手控限位阀9-8处于闭合状态，活塞杆9-2保持当前长度，坩埚3固定在当前回复角度。

6.2人工回复

连杆10与活塞杆9-2之间的销卸除，亦可通过旋转操作手柄8实现人工操作的回复动作。

本发明装置在金属液熔化均匀后，通过一种简易的控制方式，实现了真空熔炼过程中，熔炼坩埚3的自动翻转。因不需人工扳动旋转操作手柄8来翻转坩埚3，减轻了作业过程的人工劳动强度，同时操作者可专注观察熔炼室室内浇注液情况，从而降低了安全隐患。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。