專利名稱：電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制造優(yōu)良性能材料和工件的定向凝固裝置。
定向凝固技術(shù)是本世紀五十年代發(fā)展起來的，現(xiàn)已廣泛用于制造各種優(yōu)良性能材料和零部件，如飛機發(fā)動機上渦輪葉片等。在該項技術(shù)中，為了更好的控制材料和工件的性能，深入分析定向凝固的微觀機制，常需要采用液淬的手段，保留在定向凝固條件下結(jié)晶前沿形態(tài)。這就需要在定向凝固裝置中具備兩種運動機制一是勻速的定向運動；二是液淬急冷所需的快速運動。而目前的定向凝固技術(shù)中采用的液淬方法主要是用手直接抽拉或通過手動機械裝置間接抽拉，其結(jié)果使得連續(xù)勻速運動和快速抽拉運動不能夠相互獨立，從而存在以下弊端一是操作時間不能夠精確控制，這是受控制方式和入的反應速度所限，一般需要3-5秒；二是液淬位置不易精確控制，因為不同的人或同一個人不同的時間抽拉的幅度不可能完全一致；三是操作不具有重復性；四是很難在真空條件下實現(xiàn)液淬。
本實用新型發(fā)明創(chuàng)造的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述問題，而發(fā)明創(chuàng)造一種電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，它能夠使勻速定向運動和液淬快速運動有機地結(jié)合起來，通過電機和減速部件實現(xiàn)勻速定向運動，通過電磁驅(qū)動電磁鐵而實現(xiàn)液淬快速運動，而且這兩種運動可以相互獨立的控制。
為了實現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的目的，本實用新型主要技術(shù)方案如下
本實用新型由加熱與冷卻機構(gòu)，電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)和定向勻速運動機構(gòu)三部分組成。電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)位于加熱與冷卻機構(gòu)，定向勻速運動機構(gòu)兩者之間，它由銜鐵，銜鐵隔離層，線圈，鐵芯，彈簧和線圈框組成。銜鐵上端與結(jié)晶器相連，下端與彈簧相接，彈簧位于鐵芯中間空處，其下端與鐵芯固接，在鐵芯外面有線圈框和線圈，鐵芯下端與絲桿相連。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較其優(yōu)點有1、液淬時間可以精確控制，基本上是線圈上電源開關(guān)閉合時間，反應時間小于0.1秒，比手動操作要快的多；2、液淬位置可以精確控制；3、操作極其容易且具有重復性；4、可以方便的將電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器除減速器和電機外，其余部分可全部置于真空室內(nèi)，而真空條件又是提高材料和工件性能的有利措施；5、本實用新型可使連續(xù)勻速定向運動和液淬快速運動有機地結(jié)合起來，而且這兩種運動可以相互獨立地控制。
附圖

圖1、電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合圖1，圖2詳細說明本實用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理。
本實用新型電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，它由加熱與冷卻機構(gòu)，電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)，定向勻速運動機構(gòu)三部分組成(見圖1)1、加熱與冷卻機構(gòu)是由坩堝1，爐子2，液態(tài)金屬3，冷卻器4和結(jié)晶器5組成。坩堝1位于爐子2內(nèi)，并裝有液態(tài)金屬3，其下端與結(jié)晶器5連接，用循環(huán)水進行冷卻。
2、電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)位于加熱與冷卻機構(gòu)，定向勻速運動機構(gòu)兩者之間，它由銜鐵6，銜鐵隔離層7，線圈8，鐵芯9，彈簧10和線圈框17組成(見圖2)。銜鐵6上端與結(jié)晶器5相連，下端與彈簧10相連，彈簧10位于鐵芯9中間空處，其下端固定在鐵芯9上，在鐵芯9外面有線圈框17和線圈8。其中銜鐵6和鐵芯9均為軟磁性材料，線圈框17和銜鐵隔離層7均采用非磁材料制成。而液淬距離L的選取由以下公式確定L=Lo-GK]]>其中Lo是銜鐵6的長度，G 是銜鐵6，銜鐵隔離層7，結(jié)晶器5，坩堝1，液態(tài)金屬3的總重量，K 是彈簧10的彈性系數(shù)。應使線圈8允許通過的電流I和線圈匝數(shù)密度n滿足以下公式(In)2>>8π×10-7Soμ2(KL+G)]]>其中So為線圈截面積，μ為材料的磁導率。
3、定向勻速運動機構(gòu)，它由電機16，減速器15和絲桿12螺母11，傳動部件13組成。絲桿12的上端與鐵芯9相連。
本實用新型電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，除了電機16和減速器15外，其余部分均置于真空室14內(nèi)。
本發(fā)明創(chuàng)造的定向凝固裝置中所具有的兩種運動機制連續(xù)勻速定向運動和液淬急冷所需的快速運動兩者既能有機地結(jié)合起來，而且可以相互獨立地控制。當電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器在勻速運動定向凝固時，電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)不工作，僅隨絲桿12，螺母11及坩堝1，結(jié)晶器5一起勻速運動，使液態(tài)金屬3經(jīng)冷卻定向凝固。當需要液淬時，啟動線圈電源18，使銜鐵6和鐵芯9快速吸合，同時使正在定向凝固著的液態(tài)金屬突然淬火，從而將該瞬間原來已凝固部分的金屬與仍為液態(tài)部分的金屬其界面形狀，位置固定下來，以供技術(shù)分析和科學研究，達到預期液淬目的。
本實用新型可廣泛用于廠礦，學校及科研院所，它是制造高性能材料和零部件的重要手段，也是液態(tài)金屬結(jié)晶過程研究的重要科學方法。
權(quán)利要求1.電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，它包括由坩堝1，爐子2，液態(tài)金屬3，冷卻器4和結(jié)晶器5所組成的加熱與冷卻機構(gòu)和由電機16，減速器15，傳動部件13所組成的定向勻速運動機構(gòu)，其特征在于它還包括電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)，該機構(gòu)位于加熱與冷卻機構(gòu)和定向勻速運動機構(gòu)兩者之間，它由銜鐵6，銜鐵隔離層7，線圈8，鐵芯9，彈簧10和線圈框17組成，銜鐵6上端與結(jié)晶器5相連，下端與彈簧10相接，彈簧10位于鐵芯9中間空處，其下端固定在鐵芯9上，在鐵芯9外面有線圈框17和線圈8。
2.按照權(quán)利要求1所說的電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，其特征在于所說的銜鐵6和鐵芯9均為軟磁性材料。
3.按照權(quán)利要求1所說的電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，其特征在于所說的線圈框17和銜鐵隔離層7均為非磁性材料。
4按照權(quán)利要求1所說的電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，其特征在于液淬距離L的選取由下式確定，L=Lo-GK]]>其中Lo為銜鐵6的長度，G 為銜鐵6，銜鐵隔離層7，結(jié)晶器5，坩堝1，液態(tài)金屬3的總重量，K 為彈簧10的彈性系數(shù)。
5.按照權(quán)利要求1所說的電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，其特征在于線圈8匝數(shù)密度n和允許通過的電流I由下式確定，(I)n2>>8π×10-7Soμ2(KL+G)]]>So為線圈截面積，μ為材料磁導率。
專利摘要電磁驅(qū)動液淬定向凝固結(jié)晶器，它由加熱與冷卻機構(gòu)，電磁驅(qū)動液淬快速運動機構(gòu)和定向勻速運動機構(gòu)三部分組成。它是制造優(yōu)良性能材料和工件的重要裝置，也是深入研究液態(tài)金屬結(jié)晶過程的重要科學方法。通過電機和減速器實現(xiàn)勻速定向運動，通過電磁驅(qū)動電磁鐵而實現(xiàn)液淬快速運動，這兩種運動可以有機地結(jié)合起來，而且也可以相互獨立的控制。本實用新型可以精確控制液淬位置，操作極其容易，具有重復性，可以方便的將整機置于真空室內(nèi)。
文檔編號C30B21/00GK2266604SQ9522521
公開日1997年11月5日 申請日期1995年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月7日
發(fā)明者董長星, 曹崇德, 魏炳波 申請人:西北工業(yè)大學十七系