[发明专利]用于金属材料熔铸成型的系统及其方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及一种用于金属材料熔铸成型的系统及其方法，更具体地，涉及一种高熔点活泼有色金属材料熔铸成型的机电设备系统及其方法。

背景技术

真空中频熔炼已大量应用于冶金行业，常压精密铸造和离心铸造也已广泛应用于铸造行业。目前正在推广的技术有真空吸铸、消失模精密铸造以及真空感应熔炼。

真空吸铸技术。在负压下氧化夹杂少；负压作用使型内的背压降低，显著提高了铸件的充型能力；吸铸温度较重力铸造低100～150℃；金属利用率高、工艺出品率可达90％；与普通精铸工艺比较生产率高(提高85％～135％)。但其缺点如下：A、熔炉较大，一次熔化的材料很多，不节省能源；B、熔炉液面需有如大气气压来维持炉内压力使金属液上升至模腔；C、铸型需预热，导致铸件晶粒粗大，力学性能下降；D、铸件凝固时无补缩压力，铸件可能发生缩孔、缩松缺陷。

消失模精密铸造。上世纪80年代开始投入工业应用的新技术，因其在造型和浇铸过程中也使用了负压技术，所以其具有铸件尺寸精度高表面粗糙度低、机械加工量少、环境污染少、劳动生产率高等特点。它是一种公认的有发展前景的近净型加工技术和清洁生产技术。而其缺点为：A、泡沫塑料制模，且浇铸时泡沫受热汽化、燃烧消失；制模麻烦，且有一定的污染；B、要大量的石英型砂、砂箱及加砂和振动造型设备造型，设备和人工要求高、造型慢、落砂后型砂冷却慢、综合成本高；C、注金属液过程难用真空，浇铸型腔真空度低(-0.2MPa～-0.8MPa)不适用于活泼金属。

真空感应熔炼。目前现有的设备皆为金属冶炼、铸锭用，一般都用坩埚熔化并精炼完金属后，将坩埚翻转使金属液倾倒到铸锭模。它不是零件的最终成型加工。

现有的真空感应炉或真空负压铸造技术均为有坩埚结构。

真空中频冶炼技术已大量应用于冶金行业，常压精密铸造和离心铸造也已广泛用于铸造行业。在真空环境中采用中频加热进行金属冶炼不仅可以避免氧化和冶金缺陷、改善冶金组织、使零件质量提高，而且还可以使熔炼速度快、系统效率高、尺寸小、自动化程度高。但其一般都用坩埚熔化并精炼完金属后，将坩埚翻转使金属倾倒到铸锭模，不是零件的最终成型加工。采用离心浇铸技术可以提高充型能力，使铸件力学性能发生明显变化，可以制备高致密度、高稳定性材料。

发明内容

本发明是真空感应熔炼与真空负压铸造的集成，消除了以上技术的缺点并涵盖了它们的全部优点。除此之外，还融入了电磁搅拌、离心浇注和等静压冷却结晶技术使本发明能直接应用于精密、复杂零件的成型

本发明所要解决的技术问题是：提供一种金属材料熔铸成型的系统，该系统当一个真空熔铸室在装卸工件和冷却结晶时电源能继续供电于另一真空熔铸室的熔炼和浇铸；另外，不仅能够同时实现真空中频熔炼和真空浇铸，克服需要使用坩埚再次浇铸的过程，而且在中频熔炼和真空浇铸的同时能够对金属液进行电磁搅拌，以获得晶粒细小、组织致密、性能优良的铸件。此外，本发明另一个要解决的技术问题是还要提供一种金属材料熔铸成型的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种金属材料熔铸成型的系统，包括：中频电源，通过中频电缆来与真空装置连接；电气控制装置，通过控制和/或反馈线、动力线来与所述真空装置相连；所述真空装置，进一步包括真空泵组、真空熔铸室和转动马达，其中所述真空泵组通过真空管路来与所述真空熔铸室相连，而所述真空熔铸室则通过所述转动马达和动力线来与电气控制装置连接；以及液压启闭装置，通过控制及反馈线、动力线来与所述电气控制装置相连。

作为本发明的优选结构，其中所述的真空熔铸室和转动马达各有两套，而所述中频电源采用双供电结构。

作为本发明的另一优选结构，其中所述的真空熔铸室采用无坩埚结构以及含有用于电磁加热和/或搅拌的感应加热元件。无坩埚结构既节省了材料，同时也免除污染，减少维修保养工作量。

作为本发明的再一优选结构，其中所述的电气控制装置进一步包括：PLC内置式仪器可编程逻辑控制器；以及，具备动态图形显示功能的、带故障诊断报警装置。

本发明所述的将金属材料熔铸成型的方法，包括：在真空中对金属材料进行中频加热，采用真空浇铸法对放置在真空熔铸室中的模具进行浇铸，同时在浇铸初期对金属熔液进行电磁搅拌，并使金属液在正压下冷却、结晶、凝固。

作为本发明的优选方法，其中所述的中频加热和真空浇铸方法进一步包括如下步骤：

步骤201开启真空熔铸室，向其中放入金属棒料；

步骤202关闭真空熔铸室，对真空室抽真空；