專利名稱：大型整體鋁合金件電磁壓力鑄造裝置及方法
技術領域：
本發明提出一種大型整體鋁合金件電磁壓力鑄造裝置及方法。
研究電磁和流體流動間相互關系的科學，稱為電磁流體力學。這一領域包括經典電動力學、磁動力學和流體力學。磁流體力學之所以能在各種冶金過程中得到廣泛應用，主要是由于熔融金屬是電的良導體，因此能因磁束和電流的作用而在金屬熔體內產生電磁力，利用電磁力就可以對熔融金屬進行非接觸性攪拌、傳輸和形狀控制，而這與采用機械手段是不同的。在采用電磁力的冶金過程中，作為電磁場的時間和場所的變化而引起熔融金屬流動的工藝及其裝置有連鑄中的電磁攪拌，ASEA-SKF裝置和電磁泵以及磁流鑄造等。鑄造鋁合金由于其密度小、比強度高等特點，被廣泛地應用于汽車、機械制造等行業。隨著現代工業及鑄造新技術的發展，對鑄造鋁合金的需求量不斷增大。特別是近年來，為了滿足船舶、汽車、電子等行業對零件結構合理，減輕重量，以實現少切削或無切削加工，降低成本和提高生產率的要求，鋁合金鑄件朝著大型、薄壁、整體方向發展。其鑄造成形方法主要包括順序結晶鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造、擠壓鑄造、壓力鑄造、金屬型鑄造等。這些方法雖然在一定程度上可以解決鋁合金鑄件的成形問題，但仍存在許多缺點，如順序結晶鑄造1.需要嚴格控制工藝因素，否則極易產生各種鑄造缺陷；2.澆注后期進入型腔上部的金屬液溫度下降極快，會造成鑄件上部澆不足和冷隔等缺陷；3.對于有些結構較復雜，薄厚不均勻的鑄件會出現嚴重的疏松和裂紋；4.對于運載鑄型升降的機構有著特殊的要求運動平衡，無沖擊，并且能夠在較大范圍內實現無極調速。低壓鑄造1.低壓鑄造所用的儔型，不易排氣，如充型時出現憋氣，會使充型時金屬液上升速度出現波動，嚴重時甚至澆不成鑄件；2.型腔內氣體給金屬液的反壓力不易調節，難準確控制充型速度。差壓鑄造差壓鑄造的工作壓力受氣源壓力和設備條件的限制，一般生產中工作壓力只有(5.5-6.0)×10-1Mpa，不能充分利用鑄件在高壓下凝固的優點。擠壓鑄造1。由于沒有澆冒系統，澆注到鑄型型腔內的金屬流中的氧化夾雜物無法排除，因而對金屬液的要求比較嚴格；2.擠壓鑄造不能鑄造結構很復雜的鑄件。壓力鑄造1.普通壓鑄法壓鑄的鑄件易產生氣孔，不能進行熱處理；2.壓鑄某些內凹件，高熔點合金鑄件還比較困難，難以生產具有大尺寸封閉腔和具有厚大熱節的鑄件；3.壓鑄設備投資高，壓鑄模制造復雜，周期長，費用高。一般不宜用于小批量生產。金屬型鑄造1.不能生產長的大型薄壁復雜件；2.金屬型排氣條件差，工藝設計難度較大，生產的鑄件不能太大，壁不能太薄。
本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提出一種1.可以生產出在砂型和金屬型等傳統鑄造技術中不能獲得的大型薄壁鑄件，從而使鑄件的最小壁厚受技術條件的限制大大減小；2.可以使用非金屬型(殼型、石膏型等)，當生產鑄件的批量不大時，有特別重要的意義，并且可以用不太貴的金屬型來取代昂貴的壓鑄型；3.電磁壓力鑄造所使用的設備十分簡單，與壓力鑄造等特種鑄造相比較，它不需要龐大的、結構復雜的機器或機構來形成壓力或大的壓型鎖緊力。
下面結合附圖詳細闡述本發明的裝置及方法，本發明的裝置具體結構是通過支架1將裝置主體固定于地面之上，聯接墊塊2通過螺栓聯結方式將線圈鐵芯3和裝置的支架聯接起來，線圈鐵芯3一方面是線圈6的載體，同時又增強了磁場的強度，緊固夾4將上半鑄型9和下半鑄型8緊緊地夾持在一起，以避免金屬液10因受強大電磁感應力作用而產生的跑火現象，澆口杯5固定于上半鑄型9之上，以用于導入金屬液體，12組線圈6被分成四個部分，且每部分均通入三相電，線圈采用兩兩串聯，然后并聯。線圈采用Y型聯接，電源轉換器13采用△聯接，13塊磁厄7將12組線圈隔開，用于阻擋磁力線的滲漏，下半鑄型8采用非鐵磁質材料制造，本裝置應用了兩種材質陶瓷質材料和石膏材料；上半鑄型9采用鐵磁質材料制造，本裝置應用的材質為普通碳素鋼；金屬液10通過澆口杯被澆注入鑄型的型腔中，其做為復合次極的組成部分起到導電的作用；型腔11由上半鑄型和下半鑄型圍成，用于呈接金屬液而最終形成鑄件；排氣孔12開于上半鑄型，其作用為在金屬液澆注入型腔時排除氣體；電源轉換器13作為三相電源輸出，供應所需的電能，其輸出電壓在零到500伏特變化，輸出頻率為50赫茲。由鐵芯、線圈和磁厄共同組成了本裝置的核心部分--感應器，其實質為一直線電機，本裝置感應器為卷筒型。本發明的方法具體步驟是1.將鑄型整體預先加熱到100-150℃；2.將預熱完成的鑄型安放在電磁增壓器(感應器)上；3.打開電源開關，通過電源轉換器調節電磁增壓器(感應器)的輸入電壓，使其調整到150V以上；4.將鋁合金在坩堝電阻爐中熔化，并進行去氣和變質處理，合金的澆注溫度控制在稍高于所澆注合金的液相線溫度之上；5.將合金液澆注到鑄型中，由于受到強大的電磁體積推力作用，合金液會迅速由鑄型的注入端而到達鑄型的末端，從而充滿整個型腔；6.保持輸入電壓30-50秒后，切斷電源，待鑄件全部凝固后，等待10-15分鐘，然后打開鑄型，取出鑄件。
本發明具有的優點是能極大提高金屬液壓頭和充填鑄型能力，生產出高質量的薄壁鋁合金鑄件，具有極其重要的經濟價值和社會效益。
圖1為本發明裝置的原理結構圖。
權利要求
1.一種大型整體鋁合金件電磁壓力鑄造方法，其特征在于它包括下列步驟1.)將鑄型整體預先加熱到100-150℃；2.)將預熱完成的鑄型安放在電磁增壓器(感應器)上；3.)打開電源開關，通過電源轉換器調節電磁增壓器(感應器)的輸入電壓，使其調整到150V以上；4.)將鋁合金在坩堝電阻爐中熔化，并進行去氣和變質處理，合金的澆注溫度控制在稍高于所澆注合金的液相線溫度之上；5.)將合金液澆注到鑄型中，由于受到強大的電磁體積推力作用，合金液會迅速由鑄型的注入端而到達鑄型的末端，從而充滿整個型腔；6.)保持輸入電壓30-50秒后，切斷電源，待鑄件全部凝固后，等待10-15分鐘，然后打開鑄型，取出鑄件。
2.一種使用權利要求1所述方法而專門設計的鑄造裝置，其特征在于通過支架[1]將裝置主體固定于地面之上，聯接墊塊[2]通過螺栓聯結方式將線圈鐵芯[3]和裝置的支架聯接起來，緊固夾[4]將上半鑄型[9]和下半鑄型[8]緊緊地夾持在一起，澆口杯[5]固定于上半鑄型[9]之上，12組線圈[6]被分成四個部分，且每部分均通入三相電，線圈采用兩兩串聯，然后并聯，線圈采用Y型聯接，電源轉換器[13]采用△聯接，13塊磁厄[7]將12組線圈隔開，金屬液[10]通過澆口杯被澆注入鑄型的型腔中，型腔[11]由上半鑄型和下半鑄型圍成，排氣孔[12]開于上半鑄型。
3.根據權利要求2所述的鑄造裝置，其特征在于下半鑄型[8]采用非鐵磁質材料制造。
4.根據權利要求2所述的鑄造裝置，其特征在于上半鑄型[9]采用鐵磁質材料制造。
全文摘要
本發明提出一種大型整體鋁合金件電磁壓力鑄造裝置及方法,利用該方法及裝置可以生產出在砂型和金屬型等傳統鑄造技術中不能獲得的大型薄壁鑄件,從而使鑄件的最小壁厚受技術條件的限制大大減小,也可以使用非金屬型(殼型、石膏型),當生產鑄件的批量不大時,有特別重要意義,并且可以用不太貴的金屬型來取代昂貴的壓鑄型。
文檔編號B22D18/00GK1334157SQ00122109
公開日2002年2月6日 申請日期2000年7月17日 優先權日2000年7月17日
發明者賈均, 丁宏升, 郭景杰, 陳利軍, 蘇彥慶 申請人:哈爾濱工業大學