本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種多功能反重力鑄造物理模擬裝置，包括下罐壓力系統(tǒng)、上罐壓力系統(tǒng)、水浴加熱系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)，所述的裝置的配料為有機(jī)玻璃、聚碳酸酯或玻璃。本發(fā)明專利技術(shù)選用類金屬有機(jī)物，如丁二腈作為模型合金，實現(xiàn)模型合金的低壓鑄造、差壓鑄造、調(diào)壓鑄造或真空吸鑄過程，可直觀地觀測模型合金在反重力條件下的充型規(guī)律，最終獲得反重力鑄造過程中，鑄件澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和反重力鑄造設(shè)備工藝參數(shù)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
多功能反重力鑄造物理模擬裝置
本專利技術(shù)涉及一種模擬裝置，尤其是一種多功能反重力鑄造物理模擬裝置。
技術(shù)介紹
進(jìn)入新世紀(jì)，我國航空、航天、航海等應(yīng)用領(lǐng)域，對傳動系統(tǒng)和武器裝備的使用要求越來越高，這些裝備的關(guān)鍵支撐件，如航空發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)主減機(jī)匣，對復(fù)雜薄壁鋁合金構(gòu)件的需求越來越明顯。復(fù)雜薄壁件的鑄造技術(shù)已成為國防現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于這些復(fù)雜薄壁、多油路的鎂、鋁合金結(jié)構(gòu)件，利用反重力鑄造可以增強(qiáng)合金液的補(bǔ)縮能力，減少冷隔、欠鑄等鑄造缺陷。反重力鑄造興起于20世紀(jì)50年代，它是指通過控制坩堝所在熔煉室內(nèi)外的壓強(qiáng)，在坩堝內(nèi)的合金液上方形成一定的壓強(qiáng)差(壓差)，迫使合金液在壓差的作用下，沿升液管自下而上克服重力及其它阻力充填鑄型，并在一定壓力下獲得鑄件的一種方法。根據(jù)反重力鑄造壓差的不同形成方式，將其分為低壓鑄造、差壓鑄造、調(diào)壓鑄造及真空吸鑄。低壓鑄造是將鑄型置于大氣壓下，合金液所在坩堝置于下罐中，通過實時控制下罐的壓強(qiáng)，迫使合金液沿升液管以一定的速度充型，當(dāng)合金液充滿鑄型并完全凝固后，對下罐卸壓，使得剩余的合金液從升液管倒回至坩堝，節(jié)省合金原材料。與低壓不同的是，差壓鑄造是將鑄型也置于壓力釜，即上罐內(nèi)，通過控制上下罐的壓強(qiáng)，產(chǎn)生壓差，壓差不但驅(qū)動合金液充型，而且合金液的凝固過程也是在一定壓差作用下完成的。調(diào)壓鑄造，是指合金液在負(fù)壓下充型，在正壓下凝固，設(shè)備結(jié)構(gòu)非常接近于差壓鑄造。真空吸鑄過程是指，合金液在較大的負(fù)壓下充型，因 此充型速度往往很快。在反重力鑄造的實驗與生產(chǎn)探索研究中，王忠等基于鑄件/鑄型的傳熱學(xué)理論(王忠，牛曉峰，侯華.低壓鑄造下凝固過程縮孔縮松的預(yù)測方法研究.鑄造.2011,60(10):983-987)，研究了低壓鑄造下鑄件縮孔、縮松缺陷的形態(tài)，考慮到低壓鑄造補(bǔ)縮具有重力補(bǔ)縮和壓力補(bǔ)縮雙重性質(zhì)的規(guī)律，以及壓力對臨界固相率的影響，提出了一種新的預(yù)測低壓鑄造下縮孔縮松預(yù)測的方法，并其進(jìn)行了數(shù)值模擬計算。后進(jìn)行驗證，結(jié)果顯示與實際吻合度較高。米國發(fā)等研究了差壓鑄造不同工藝參數(shù)對A357合金二次枝晶間距的影響(米國發(fā)，文濤，王狂飛等.差壓鑄造凝固條件對A357合金二次枝晶的影響.鑄造.2007, 56 (2): 137-140)，實驗結(jié)果表明，安放冷鐵的石英砂型減小二次枝晶間距的能力最強(qiáng)；由于端部的激冷效應(yīng)，離冷端越近，二次枝晶間距越小；壓力對二次枝晶間距沒有明顯的影響；為了獲得Obmax(最大抗拉強(qiáng)度)≤320MPa的鑄件，二次枝晶間距應(yīng)控制在55 μ m以下，即Vl(局部凝固速度)≤0.23°C/s。利用反重力鑄造方法，澆鑄尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件時，如要求較高的充型速度，往往采用帶吸鑄室的真空吸鑄工藝，即CLA(Counter-gravity Low-pressureCasting)法(陳善賢，郝啟堂，李強(qiáng)等.真空吸鑄設(shè)備的發(fā)展與展望.鑄造技術(shù).2012, 33 (12): 1478-1481.)，將鑄型置于吸鑄室內(nèi)，密封室下降，直澆道浸入液態(tài)金屬中，啟動真空泵將吸鑄室抽成負(fù)壓狀態(tài)，液態(tài)金屬同時被吸入鑄型。鑄型內(nèi)合金液凝固后，解除吸鑄室的真空狀態(tài)，澆道及升液管內(nèi)尚未凝固的金屬液回流至坩堝，取出鑄型，清理后得到鑄件。應(yīng)用真空吸鑄工藝時，有學(xué)者認(rèn)為充型速度過快，對于復(fù)雜薄壁件而言，會在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生大量氣孔缺陷。為證明此觀點，根據(jù)相似原理設(shè)計制作了真空吸鑄葉輪鑄件的水力模擬實驗裝置(孫遜，王君卿.真空吸鑄葉輪鑄件水力模擬試驗研究.特種鑄造及有色合金.1998，(6): 18-21)，研究了水充填模型型腔過程中型內(nèi)壓力和充型速度變化規(guī)律，通過實驗確定了合理的充型工藝參數(shù)，并將其應(yīng)用于實際葉輪吸鑄試驗中，消除了鑄件內(nèi)的大面積氣孔缺陷。目前反重力鑄造工藝，應(yīng)用于復(fù)雜薄壁鋁、鎂合金鑄件方面，仍有一些問題急待解決: 1).充型過程中，型內(nèi)具有較高的氣體反壓力(真空吸鑄除外)，影響了液態(tài)合金的充型能力，導(dǎo)致反重力鑄造在壓強(qiáng)精確控制方面難度很大； 2).低壓、差壓鑄造時，型內(nèi)殘余氣體，極易與鋁、鎂合金液表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化膜，導(dǎo)致卷入合金液形成夾渣和氣孔，形成鑄造缺陷，這類缺陷在型腔內(nèi)的分布與充型速度間的關(guān)系沒有摸清； 3).關(guān)于液態(tài)金屬的充填形態(tài)對復(fù)雜薄壁鑄件凝固過程的影響，文獻(xiàn)研究較少，尤其是金屬液回流規(guī)律與壓差間的關(guān)系方面，科技工作者仍然缺乏對反重力鑄造充型規(guī)律的認(rèn)識； 4).現(xiàn)有的水力學(xué)物理模擬實驗裝置功能單一，不能涵蓋低壓、差壓、調(diào)壓和真空吸鑄等反重力鑄造過程；現(xiàn)有的物理模擬裝置中，模型介質(zhì)多為水，無法模擬金屬的凝固過程。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對以上問題，利用相似準(zhǔn)則，自行研制一種多功能反重力鑄造物理模擬裝置，利用該裝置:可定量地研究反重力鑄造過程中，液面上升速率與壓差間的函數(shù)關(guān)系，有助于實現(xiàn)反重力鑄造的精確壓差控制；可研究夾渣和卷氣隨充型流動的分布規(guī)律，有助于工藝人員避免和消除這類缺陷在反重力鑄造過程中產(chǎn)生；可實現(xiàn)多次模型液態(tài)介質(zhì)沿升液管的回流實驗，有助于摸清真實合金液的回流規(guī)律；該裝置如選用低熔點的類金屬有機(jī)物(丁二靜)，則可以實現(xiàn)反重力鑄造的凝固過程實驗，用于研究真實合金液在反重力鑄造過程中，充型完畢后的凝固規(guī)律。本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案是，多功能反重力鑄造物理模擬裝置包括下罐壓力系統(tǒng)、上罐壓力系統(tǒng)、水浴加熱系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)，下罐壓力系統(tǒng)包括下罐、承力蓋板、承力底板、下罐加壓閥，所述的下罐罐口通過密封形式安裝有承力蓋板，內(nèi)部設(shè)置有安裝水浴系統(tǒng)的下承力板，罐體上設(shè)置有下罐卸壓閥、與加壓裝置相連接的下罐加壓閥、下罐壓力表；上罐壓力系統(tǒng)包括上罐、上罐加壓閥、上罐抽氣閥，所述的上罐的罐口向下，可密封安裝在所述下罐罐口上，上罐罐體上設(shè)置有上罐卸壓閥、與加壓裝置連接的上罐加壓閥、與抽氣裝置連接的上罐抽氣閥、上罐壓力表及測溫設(shè)備；水浴加熱系統(tǒng)包括設(shè)置在下罐體內(nèi)的下承力底板上的水浴容器、設(shè)置在水浴容器內(nèi)的水浴坩堝、測量水浴容器內(nèi)液體溫度的測溫設(shè)備及加熱液體的加熱設(shè)備；澆注系統(tǒng)包括升液管，所述的升液管的下端浸沒在水浴坩堝內(nèi)液體的液面以下、上端穿過承力蓋板與鑄型的型腔相連，所述的升液管與承力蓋板密封。所述的上罐、下罐、承力蓋板的材料為有機(jī)玻璃或聚碳酸酯；水浴坩堝、水浴容器、升液管的材料為玻璃；下罐體上還可以設(shè)置有玻璃觀察窗；水浴容器內(nèi)的介質(zhì)體為水，水浴坩堝內(nèi)的介質(zhì)為水或溶點低于水的沸點的類金屬有機(jī)物，如丁二腈，在水浴坩堝內(nèi)的介質(zhì)里還可以包括可溶的示蹤粒子(如有機(jī)溴化物等)；下罐的罐口設(shè)置有法蘭邊，在法蘭邊上設(shè)置有梯形槽，槽內(nèi)安裝有密封膠圈，上罐的罐口配合的安裝，在密封膠圈的上部；所述的下罐的罐口設(shè)置有上寬下窄的臺階，承力蓋板配合的安裝在臺階上，在所述的配合處設(shè)置有密封膠圈，在下罐和承力蓋板之間設(shè)置有由兩個連桿連接的活鉸鏈，所述的活鉸鏈一端固定在下罐罐體上，另一端設(shè)置在承力蓋板上，且至少一個所述的連桿具有彈性，所述的承力蓋板上固定安裝有鎖緊墊圈，活鉸鏈的一端固定在鎖緊墊圈上；所述的升液管上設(shè)置有凸起，承力蓋板上設(shè)置有與 凸起相配合的槽，所述的凸起配合的安裝在槽內(nèi)，與所述的槽配合的一面設(shè)置有膠圈，另一面可以通過設(shè)置在承力蓋板上的滑動檔片將膠圈壓緊；所述的抽氣裝置包括與抽氣電機(jī)連接的真本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征是，所述的裝置包括下罐壓力系統(tǒng)、上罐壓力系統(tǒng)、水浴加熱系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)，下罐壓力系統(tǒng)包括下罐[1]、承力板[21]、下承力底板[2]、下罐加壓閥[6]，所述的下罐[1]的罐口通過密封形式安裝有承力蓋板[21]，內(nèi)部設(shè)置有安裝水浴系統(tǒng)的下承力板[2]，罐體上設(shè)置有下罐卸壓閥[5]、與加壓裝置相連接的下罐加壓閥[6]、下罐壓力表[22]；上罐壓力系統(tǒng)罐口向下，可密封安裝在所述下罐[1]罐口上的上罐[17]，上罐[17]罐體上設(shè)置有上罐卸壓閥[15]、與加壓裝置連接的上罐加壓閥[13]、與抽氣裝置連接的上罐抽氣閥[14]、上罐壓力表[18]及測溫設(shè)備[19]；水浴加熱系統(tǒng)包括設(shè)置在下罐[1]罐體內(nèi)的下承力底板[2]上的水浴容器[4]、設(shè)置在水浴容器[4]內(nèi)的水浴坩堝[3]、測量水浴容器[4]內(nèi)液體溫度的測溫設(shè)備[24]及加熱液體的加熱設(shè)備[23]；澆注系統(tǒng)包括升液管[26]，所述的升液管[26]的下端浸沒在水浴坩堝[3]內(nèi)液體的液面以下、上端穿過承力蓋板[21]與鑄型[16]的型腔相連，所述的升液管[26]與承力蓋板[21]密封，所述的上罐[17]、下罐[1]、承力蓋板[21]的材料為有機(jī)玻璃或聚碳酸酯；水浴坩堝[3]、水浴容器[4]、升液管[26]的材料為玻璃。...
【技術(shù)特征摘要】
2013.12.06 CN 201310653509.11.一種多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征是，所述的裝置包括下罐壓力系統(tǒng)、上罐壓力系統(tǒng)、水浴加熱系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)，下罐壓力系統(tǒng)包括下罐[I]、承力板[21]、下承力底板[2]、下罐加壓閥[6]，所述的下罐[I]的罐口通過密封形式安裝有承力蓋板[21]，內(nèi)部設(shè)置有安裝水浴系統(tǒng)的下承力板[2]，罐體上設(shè)置有下罐卸壓閥[5]、與加壓裝置相連接的下罐加壓閥[6]、下罐壓力表[22];上罐壓力系統(tǒng)罐口向下，可密封安裝在所述下罐[I]罐口上的上罐[17]，上罐[17]罐體上設(shè)置有上罐卸壓閥[15]、與加壓裝置連接的上罐加壓閥[13]、與抽氣裝置連接的上罐抽氣閥[14]、上罐壓力表[18]及測溫設(shè)備[19];水浴加熱系統(tǒng)包括設(shè)置在下罐[I]罐體內(nèi)的下承力底板[2]上的水浴容器[4]、設(shè)置在水浴容器[4]內(nèi)的水浴坩堝[3]、測量水浴容器[4]內(nèi)液體溫度的測溫設(shè)備[24]及加熱液體的加熱設(shè)備[23];澆注系統(tǒng)包括升液管[26]，所述的升液管[26]的下端浸沒在水浴坩堝[3]內(nèi)液體的液面以下、上端穿過承力蓋板[21]與鑄型[16]的型腔相連，所述的升液管[26]與承力蓋板[21]密封，所述的上罐[17]、下罐[I]、承力蓋板[21]的材料為有機(jī)玻璃或聚碳酸酯；水浴坩堝[3]、水浴容器[4]、升液管[26]的材料為玻璃。2.如權(quán)利要求1所述的多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征是，所述的下罐[I]體上還可以設(shè)置有玻璃觀察窗[27]。3.如權(quán)利要求1所述的多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征是，所述的水浴容器[4]內(nèi)的介質(zhì)體為水，水浴坩堝[3]內(nèi)的介質(zhì)為水或溶點低于水的沸點的類金屬有機(jī)物。4.如權(quán)利要求3所述的多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征是，所述的水浴坩堝[3]內(nèi)的介質(zhì)為丁二 腈。5.如權(quán)利要求3或4所述的多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征是，所述的在水浴坩堝[3]內(nèi)的介質(zhì)里還可以包括可溶的示蹤粒子。6.如權(quán)利要求5所述的多功能反重力鑄造物理模擬裝置，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張永，董麗波，夏峰，于忠軍，劉洪匯，解維生，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱東安發(fā)動機(jī)集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23
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