專利名稱：魚雷艙體鑄件電磁成型鑄造設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種鑄造設備，特別是涉及到魚雷艙體鑄件的鑄造設備。
技術背景魚雷艙體鑄件，其外表面為光滑圓柱面，內表面上分布有橫豎加強筋、圓臺、棋子 等。通常為了安裝與加工方便，把它分成若干段，稱為艙段，其外徑為300-800mm，厚度為 3-8mm，長度為300-3000mm。導彈艙也屬同類鑄件。這類鑄件通常由輕合金制成，要求高機 械性能及高冶金質量，一般鑄造方法均不能勝任。目前國內外均采用砂型差壓鑄造法來生 產，生產時先用手工制作一個中心砂芯，然后再制作外砂型，套裝在中心砂芯之外使兩者之 間形成8mm寬的型腔，再用壓力把液態(tài)輕合金從底部壓入型腔中，壓力保持一定時間，使鑄 件在壓力下結晶凝固。由上所述可見，其生產方式是比較原始的，在力學性能及冶金質量方 面與國外均有較大差距。本工作擬用電磁成型鑄造技術改善魚雷艙體鑄造質量，電磁成型鑄造技術是前蘇 聯(lián)發(fā)明的，已有40多年的歷史，目前世界各國用此新技術進行大規(guī)模工業(yè)生產，除圓柱形 鑄錠外生產了如汽輪機葉片、管件、薄壁板件等，但在武器方面還未見報道。在生產管材方 面有美國專利No. 4567936Issued Feb4. 1986、英國專利GB2275634、蘇聯(lián)專利SU537694。對 于制管專利來說主要的是感應器和中心型芯，前者是形成外表面的部件，后者是形成內表 面的部件。上述美國專利的電磁感應器是簡單的單匝感應器，英國專利GB2275634的電磁 感應器比較復雜，它們是在原來的高頻電磁感應器的基礎上又加上一個圓筒狀直線電機， 前者起成型作用，后者提供一個向上的電磁場起懸浮作用，所以GB2275634專利的名稱是 金屬電磁懸浮鑄造(Metal casting employ electromagneticlevitation)。另夕卜還有水 冷銅坩堝電磁感應器。由上可見能鑄出圓柱形鑄件的電磁感應器種類繁多、作用相同，都 是對液體金屬施加電磁力，維持其液體圓柱面。以上各種電磁感應器均能適用于本工作。 但是以上各種圓管形專利的中心型芯與本工作的中心型芯是迥然不同的，如上述美國專 利(No4567936IssuedFeb. 4. 1986)的中心型芯是一個固定的光滑金屬短管。GB2275634與 SU537694的中心型芯是固定而短的電磁型芯，所謂短是指它與生產的產品相比是極短的。 本工作的中心型芯(5)是完全不同的，原因在于管材是型材，其表面都是規(guī)則的光滑的圓 柱面及內圓柱面，而本工作的產品是異型鑄件，其外表面是規(guī)則光滑的圓柱面，而內表面上 有凸起的加強筋及圓臺、棋子等不規(guī)則形狀，因而本工作的型芯外表面上有橫豎溝槽及園 坑以便形成鑄件上的加強筋、圓臺及棋子等。型芯與鑄件是鑲嵌在一起的，它必須是一次性 使用的非金屬材料制成，它必須稍長于鑄件。
發(fā)明內容為了克服上述手工砂型差壓鑄造法產品質量不高的缺點，本實用新型提出一種鑄 造設備，本設備能取消砂型，實現(xiàn)無鑄模鑄造且實現(xiàn)定向凝固。依靠電磁力來約束液體金 屬，使之成型為鑄件的外圓柱面。電磁力來源于圍繞在液態(tài)金屬之外的電磁感應器上的一次電流L和液態(tài)金屬表面上的渦流12的相互作用。艙體的內表面仍用原來的中心型芯成型。本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是一、提出魚雷艙體電磁鑄造設備。魚雷艙體電磁鑄造設備由引出底摸、外噴水環(huán)、 一種電磁感應器、澆口盤、中心型芯、內噴水環(huán)、給料電磁泵及液面?zhèn)鞲衅鹘M成。其特征在于 中心型芯之外表面上有橫豎溝槽及圓坑，以形成魚雷艙段內表面上的加強筋及圓臺、棋子寸。二、其中心型芯是一個精密鑄造空心薄殼型芯，是一次性使用的非金屬型芯。三、中心型芯是安插在引出底模上的，當金屬澆入澆口盤中時，同時進入感應器 中，并圍繞在中心型芯之外。當感應器中通入中頻或高頻電流時(100KHZ、100KW)，液態(tài)合金 在電磁力的作用下離開電磁感應器一定距離，形成一小段圓管狀電磁成型艙段。四、中心型芯內安裝有內噴水環(huán)，其外有外噴水環(huán)。當上述艙段形成時，內外噴水 環(huán)同時噴水，首先冷卻了引出底模，當引出底模向下方引出時，液態(tài)金屬艙段被逐層冷卻形 成鑄件，實現(xiàn)了電磁成型連續(xù)定向凝固鑄造。這樣，就徹底的改變了原工藝的砂型鑄造法及 其凝固方式。五、中心型芯與鑄件是鑲嵌在一起的，它必須稍長于鑄件。六、圖1所繪電磁感應器為單匝電磁感應器。對用于圓柱形鑄錠的電磁感應器除 上述之外，尚有水冷銅坩堝電磁感應器及軟接觸電磁感應器等等對本工作同樣可以采用， 見圖2、圖3。七、把圖1中之單匝電磁感應器用軟接觸電磁感應器代替，其余部件不變組成軟 接觸電磁成型鑄造設備，見圖2。八、把圖1中的電磁感應器用水冷銅坩堝電磁感應器代替，其余部件不變，組成水 冷銅坩堝電磁成型鑄造設備，見圖3。本工作將取得如下積極成果①鑄件凝固前后其外表面不與任何固體物質相接 觸，只接觸空氣和水等流體，故當其凝固后表面很光潔，可達▽ 7 ；②鑄件晶粒由于電磁力的 攪拌作用及快速定向冷卻而成為超細柱晶組織，同時也細化了枝晶間距，減少了化學成分 的偏析；③由于組織的改善也使其機械性能得到大幅度的提高；④連續(xù)定向凝固完全杜絕 了各種鑄造缺陷，如氣孔、縮松、縮孔、夾雜等；⑤在厚度為8mm條件下，可滿足各種設計長 度要求；⑥省去了砂型，因而省去型砂原材料的準備工序、模具制備工序、造型工序等等。而 代之以永久性的電磁感應器[即一個電磁感應器可以生產很多個鑄件]，因而簡化了工藝 過程，降低了成本。


以下結合附圖和實施例對本工作進一步的說明圖1是第1實施例，其特點在于采用了普通的單匝電磁感應器。圖2是第2實施例，其特點是采用軟接觸電磁成型鑄造法。圖3是第3實施例，其特點在于采用了水冷銅坩堝電磁成型鑄造法。圖中1.引出底模，2.外噴水環(huán)，3. —種電磁感應器，4.澆口盤，5.中心型芯，6.絕 熱保溫層，7.液態(tài)合金，8.內噴水環(huán)，9.排水孔，10.液態(tài)金屬給料電磁泵末端導管，11.液面感傳器。
具體實施方式
在圖1中引出底模(1)為鑄鋁件再經(jīng)機械加工而成，其下面的圓錐插裝在引出機 構上，后者可帶動它做上下直線勻速運動。外噴水環(huán)(2)為紫銅管制成的圓環(huán)，其內側鉆有 小孔以便向內部的引出底模及艙體鑄件上噴灑冷卻液，冷卻液可采用-20°C之鹽水或其他 冷卻介質，以便強制鑄件下部冷卻。單匝電磁感應器(3)為紫銅板焊接的矩形截面中空圓 環(huán)，工作時通入高頻電流(100KHZ、100KW)，為了避免發(fā)熱在其管內通入室溫冷卻水。澆口盤 (4)為澆鑄液態(tài)金屬裝置，是耐火纖維與耐火材料制成。中心型芯(5)為形成艙段內表面的 模型，其外表面上有橫豎溝槽及園坑以便形成艙段內表面上的加強筋、圓臺及棋子等，是精 密鑄造中空薄殼型芯，用硅酸乙酯水解液及高鋁細粉調制的漿料及氧化鋁骨料制成。絕熱 保溫層(6)由硅酸鋁耐火纖維板及精密鑄造漿料制成，粘在感應器(3)上，以避免液態(tài)金屬 凝固于其上。液態(tài)合金(7)是鑄造合金，必須平穩(wěn)地澆鑄于澆口杯(4)中，要避免沖擊，而 且必須控制在一定的水平高度。內噴水環(huán)(8)是紫銅管制成的圓環(huán)，安裝在型芯(5)內部， 其外側鉆有數(shù)排小孔以便向薄殼型芯上噴灑冷卻液(-20°C鹽水)以加速液態(tài)金屬冷卻，其 安裝水平高度，相當于外噴水環(huán)(2)的高度。液態(tài)金屬給料電磁泵末端導管(10)安插入液 態(tài)金屬水平面之下，當鑄件被向下不斷以l_3mm/秒速度拉出時，水平面不斷下降，電磁泵 (10)不斷給料，以維持液態(tài)金屬(7)水平面保持在一定高度。液面感傳器(11)安裝在液面 之上的某一位置，其目的在于控制液面的高度。當電磁泵不斷給料使液面上漲到接近于感 傳器(11) 一定距離時，它便發(fā)出信號至電磁泵，使其停止給料，當停止給料指令發(fā)出后一 定延時后，當液面下降到某一高度后，它便發(fā)出信號讓電磁泵恢復給料。電磁泵及傳感器就 是這樣持續(xù)操作達到保持金屬液面動態(tài)穩(wěn)定在一定高度的目的。設備操作過程一、把設備安裝如圖1所示，即把中心型芯(5)安插于引出底模 (1)之上，然后再開動引出底模(1)由下而上插入單匝感應器(3) —定深度，并使之密封 (即不漏液態(tài)合金)。二、通過電磁泵末端導管(10)及液面感傳器(11)把液態(tài)金屬合金澆 入澆口盤(4)中并使之保持在一定深度，則液態(tài)金屬進入感應器(3)與中心型芯(5)組成 的型腔中。三、向電磁感應器⑶輸入高頻電流(或中頻電流)，則液態(tài)金屬(7)受到電磁 推力，脫離絕熱保溫層(6)，形成一小段電磁成型的艙段。四、開動外噴水環(huán)(2)與內噴水 環(huán)(8)噴出-20°C冷卻鹽水，使鋁制引出底模被冷卻并進一步冷卻了液態(tài)合金，結果液態(tài)合 金之底部凝固一層“固態(tài)金屬”。五、開動引出機構把引出底模(1)以l_3mm/秒速度向下 方牽引，則內外噴水環(huán)噴出的冷卻液逐漸冷卻到上部的液態(tài)金屬，使引出底座上的“固態(tài)金 屬”逐漸向上成長為艙段，實現(xiàn)了電磁成型連續(xù)定向凝固。在圖2 (第2實施例)中，采用了軟接觸電磁感應器取代了圖1中(實施例1中) 之單匝電磁感應器，其目的是為了拓寬專利的應用范圍。因為如前所述“凡是管件及圓柱 狀鑄錠的電磁感應器都是和中心鑄件產生勞倫斯力，借以維持中心鑄件呈圓柱形站立，均 能適用于本專利”。更何況軟接觸電磁感應器常被用于鑄鋼錠的電磁鑄造(見文獻[1])。 故而它完全可以被用來代替單匝電磁感應器。然而所謂軟接觸電磁感應器與單匝電磁感應 器的主要區(qū)別在于感應器的里面還有一個鑄型，液體金屬在鑄型及感應器的電磁力的雙重 約束下成型，因而它比單純的電磁感應器的電磁力的約束下成型更穩(wěn)定，比只有鑄型約束
5下成型更光潔。然而對鑄型的要求是既透磁又導熱性強，本工作采用低電導率石墨作為鑄 型材料，見文獻[2]。把低電導率石墨鑄型(23)用精車加工好，如圖2粘結在感應器之內壁 上。圖1中其他部件一律不變。設備操作過程一、把設備如圖2安裝好，澆入液態(tài)合金。二、開動內外噴水環(huán)(2、8)。三、開動引出機構帶動引出底模(1)向下方以l_3mm/秒速度引出。在圖3(第3實施例)中，把圖1中之普通單匝感應器(3)更換為水冷銅坩堝電磁 感應器(24)，其他一律不變，就形成了圖3所示的設備。水冷銅坩堝電磁感應器的結構由 兩部分組成，即感應圈(24A)與圈內的分瓣水冷銅坩堝(24B)組成。感應圈(24A)為紫銅 螺旋管，其中通以高、中頻電流及冷卻水，分瓣水冷銅坩堝中分成若干瓣，每一瓣均通冷卻 水。水冷坩銅堝結構具有透磁和聚能的作用，它使感應電磁場的能量集中于坩堝容積空間 中，形成很高的磁流密度，產生Kg級的懸浮能力，見文獻[3]、[4]。分瓣之間隙用非金屬糊 住，當液態(tài)金屬被澆入電磁感應器之中時，液態(tài)合金落在引出底模(1)之上，圍繞在中心型 芯(5)之周圍，被四周電磁推力作用形成圓柱面，因而就形成了一小段艙體。當引出底模下 降時，電磁泵(10)不斷的供給液態(tài)金屬，下面的艙段不斷的延長，并被強制冷卻，形成連續(xù) 定向凝固鑄件。參考文獻1、軟接觸結晶器外連鑄坯施加高頻電磁場的基礎研究?！惰T造》Vol 49 No5 May 2000 P257。2、淺井滋生磁氣壓&利用t &材料處理口這八第129/130回。西山紀念技術講 座-電磁氣力全利用M〔爻手IJ 7 > 口七S 二夕’[M]，日本名古屋日本鋼鐵協(xié)會1989， 53-57。3、《電磁冶金學》冶金工業(yè)出版社P277韓志成著。4、水冷坩堝懸浮熔煉過程電磁場數(shù)值分析[I]?！吨袊猩饘賹W報》1997年3月 (第7卷增刊1)。
權利要求魚雷艙體鑄件電磁成型鑄造設備由引出底模、外噴水環(huán)、一種電磁感應器、澆口盤、中心型芯、內噴水環(huán)、給料電磁泵及液面感傳器組成，其特征在于中心型芯之外表面上有橫豎溝槽及園坑，以形成魚雷艙段內表面的加強筋及圓臺、棋子等。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于其中心型芯是個精密鑄造空心薄殼型芯， 是一次性使用的非金屬型芯。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于中心型芯安插在引出底模上。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于中心型芯內安裝有內噴水環(huán)。
5.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于其中心型芯與鑄件是鑲嵌在一起的，它必 須稍長于鑄件。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于其電磁感應器是單匝電磁感應器。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于其電磁感應器是軟接觸電磁感應器。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備其特征在于其電磁感應器是水冷銅坩堝電磁感應器。
專利摘要本實用新型涉及到一種鑄造設備，特別是涉及到魚雷艙體鑄件的鑄造設備。我國一直采用手工砂型加壓的傳統(tǒng)工藝來生產這種鑄件，目前與國外差距較大。本工作采用電磁成型鑄造法，徹底取消了砂型，徹底改變了原工藝的凝固方式，實現(xiàn)了連續(xù)定向凝固。本工作取得的主要有益效果在于提高了鑄件的機械性能及冶金質量，在于能得到超細柱晶組織。本工作的主要特征在于中心型芯上有橫豎溝槽及園坑，其外形及尺寸能形成某型號鑄件內表面特殊的幾何形狀，安裝在引出底模之上。
文檔編號B22D11/049GK201603845SQ20092015651
公開日2010年10月13日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權日2009年6月16日
發(fā)明者李忠炎 申請人:李忠炎