超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，包括金属型、边部电磁脉冲装置、顶部电磁脉冲装置，所述金属型的内腔用于放置熔体，所述金属型的侧壁包括外层及内层，所述外层和内层之间形成水冷空腔，所述水冷空腔底部设有冷却水入口、顶部设有冷却水出口，所述边部电磁脉冲装置设置于所述金属型外壁，所述顶部电磁脉冲装置位于所述金属型的内腔正上方。本实用新型专利技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，使熔体内电磁能渗入最大化，在达到均匀预热金属型，提高铸坯凝固过冷度的同时，电磁能促使特厚铸件心部组织细化更均匀。

Super hard aluminum casting composite electromagnetic pulse solidification organization processing device

The utility model discloses an aluminum casting composite electromagnetic pulse solidification processing device, including metal type, edge device, electromagnetic pulse top electromagnetic pulse device, the cavity for placing metal melt, the side wall of the metal type including the outer layer and the inner layer, water cooling cavity is formed between the outer and inner layers. The bottom of the water cooling cavity is provided with a cooling water and cooling water outlet is arranged at the top of the entrance, the edge of the EMP device is arranged on the outer wall of the metal type, is located within the device cavity above the top of the metal type electromagnetic pulse. The utility model has the advantages of super hard aluminum casting composite electromagnetic pulse solidification processing device, melt in electromagnetic can penetrate the maximization, to achieve uniform preheating in metal mold, improve the billet solidification undercooling at the same time, can promote the refinement of electromagnetic core structure of thick castings is more uniform.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种铸造装置，特别是涉及一种可预热金属型及改善铸造组织性能的超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置。
技术介绍
超硬铝是目前发展潜力最大的铝合金之一，由于其具有强度相当于超强度钢(高达680Mpa)，并且重量轻等特点，广泛应用于制作飞机蒙皮、翼肋、起落架等。但是由于超硬铝的铸造原始组织稳定性不高，低周疲劳强度差等缺点，大大限制了其在特种设备中的使用。超硬铝件通常通过铸造获得，铸造方法和工艺是否恰当直接关系到铸锭质量的优劣。金属型铸造在整体构件生产中具有不需造型、导热及蓄热性好、精度高、光洁度高、金属利用率高等特点，但其激冷作用大、气孔率较大、复杂铸型组织不均匀、无退让性、透气性、易产生冷隔及浇不足等缺陷是目前亟待解决的难题。由于铸铁的热阻比铜大很多，所以一般连铸结晶器用铜结晶器，使金属液快速冷却，同时铜结晶器可使铝铸件尺寸更加精细化。在保证精密铸造的同时，工件内部组织、成分也是影响其力学性能稳定性的重要因素。过冷度增加可有效细化晶粒，增加形核率。在金属型内通入循环水来保证强制冷却，可以显著提升铸锭质量，若未经预热，浇铸时铸型受到强烈热冲击，内应力增倍，同时薄铸件容易出现冷隔现象。为改善上述状况通常先将金属型预热，传统金属型预热方法有：燃气预热、电加热、加热炉预热等，上述方法易出现加热后温降大、加热不均匀、预热温度难以稳恒控制等情况，并且加热不均匀造成的铸件薄带的冷隔现象通过补热方法改善过程很复杂，还有厚度过大的铸件心部与边部质量变化较大，存在组织疏松、气孔严重等问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，以解决上述现有技术存在的问题，其可以使熔体内的电磁能渗入最大化，在均匀预热金属型，提高铸坯凝固过冷度的同时，通过电磁能对熔体心部组织进行补偿式处理，促使特厚铸件心部组织细化更均匀，获得高质量、高精度铸锭。为实现上述目的，本技术提供了如下方案：一种超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，包括金属型、边部电磁脉冲装置、顶部电磁脉冲装置，所述金属型的内腔用于放置熔体，所述金属型的侧壁包括外层及内层，所述外层和内层之间形成水冷空腔，所述水冷空腔底部设有冷却水入口、顶部设有冷却水出口，所述边部电磁脉冲装置设置于所述金属型外壁，所述顶部电磁脉冲装置位于所述金属型的内腔正上方。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述边部电磁脉冲装置包括边部线圈、外置铁芯，所述边部线圈绕在所述金属型侧壁的外层，并且相邻两匝边部线圈之间相互绝缘，所述外置铁芯套在所述边部线圈外，每匝边部线圈与所述金属型侧壁的外层之间及每匝边部线圈与所述外置铁芯之间均相互绝缘。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述金属型的侧壁的外层、边部线圈、冷却水入口、冷却水出口上分别连接有温度传感器。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述金属型工作壁厚度H＝D/50，D为所述金属型内铸锭熔体的直径(cm)。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述金属型侧壁的内层上设置有固定有若干个散热片，所述金属型及所述散热片均由铜制成。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述每匝边部线圈与所述金属型侧壁的外层之间设置绝缘陶瓷纤维。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述顶部电磁脉冲装置包括内置铁芯、顶部线圈、外壳，所述顶部线圈绕在所述内置铁芯上，所述顶部线圈、内置铁芯均位于所述外壳内，相邻两匝所述顶部线圈之间相互绝缘，所述顶部线圈与所述内置铁芯及所述外壳之间均相互绝缘。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述边部线圈、顶部线圈均为由高温漆包线绕制成的螺线管形中空铜线圈，所述中空铜线圈的中空腔内通冷却水，所述边部线圈、顶部线圈由相同频率的脉冲电源驱动。本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其中，所述内置铁芯的直径较小端靠近熔体，所述内置铁芯直径较小端的端部距熔体表面10～20mm。由于本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的金属型的侧壁包括外层及内层，外层和内层之间形成水冷空腔，并且边部电磁脉冲装置设于金属型外壁，顶部电磁脉冲装置位于金属型的内腔正上方，边部电磁脉冲装置既用于加热金属型又用于脉冲处理金属液凝固组织，有效降低金属型预热成本并使金属型预热更均匀，减少因金属型预热不均匀带来的铸件缺陷，并延长金属型使用寿命，采用边部电磁脉冲装置、顶部电磁脉冲装置组成的复合脉冲作用于熔体，复合脉冲装置的电磁能对熔体心部组织进行补偿式处理，使熔体心部组织达到晶粒均匀细化的效果，获得高质量、高精度铸锭。另外，电磁脉冲作用于金属型，使金属型内部自身产生涡电流，从而达到加热的效果，使金属型加热均匀，补温效果好，并可随用随加热，使用方便。还有，金属型内设置散热片，可增加金属型的散热面积，增加金属熔体过冷度，再结合电磁脉冲处理，可以获得晶粒更细小均匀的组织，金属型、散热片均由铜制成，一方面可以保证精密铸造要求，另一方面，由于铜的材料特性为良好导电性、低导磁性，其良好导电性保证在金属型内形成涡流，进而对其进行感应加热，又对磁场渗入熔体中干扰较小，保证脉冲磁场对金属液体的磁能作用，增加磁场对熔体的渗透深度，达到均匀细化晶粒的作用。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的整体剖视图；图2为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的金属型的俯视图；图3为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置所产生的电磁脉冲波形图；图4为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的金属型中感应电流数值模拟计算矢量图；图5为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置中的熔体中产生的感应磁场矢量图；图6为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的熔体中产生的电磁力矢量图；图7为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置中金属型对磁感应强度的影响曲线；图8为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的熔体内磁场分布情况；图9为本技术超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置的不同电流激励下对溶体分度分布的影响；图10为电磁能对临界吉布斯自由能的影响；图11为不同电流下溶体内瞬时磁能产生情况；图12为采用电磁预热金属型与未预热金属型得到的铸锭质量对比；图13为经脉冲磁场处理与未经脉冲磁场处理的超硬铝7A04合金晶粒细化效果对比。附图标记说明：金属型11、边部电磁脉冲装置12、顶部电磁脉冲装置13、冷却水入口113、冷却水出口114、边部线圈121、外置铁芯122、散热片115、内置铁芯131、顶部线圈132、外壳133。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其特征在于：包括金属型(11)、边部电磁脉冲装置(12)、顶部电磁脉冲装置(13)，所述金属型(11)的内腔(111)用于放置熔体，所述金属型(11)的侧壁包括外层及内层，所述外层和内层之间形成水冷空腔(112)，所述水冷空腔(112)底部设有冷却水入口(113)、顶部设有冷却水出口(114)，所述边部电磁脉冲装置(12)设置于所述金属型(11)外壁，所述顶部电磁脉冲装置(13)位于所述金属型(11)的内腔(111)正上方。

【技术特征摘要】
1.一种超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其特征在于：包括金属型(11)、边部电磁脉冲装置(12)、顶部电磁脉冲装置(13)，所述金属型(11)的内腔(111)用于放置熔体，所述金属型(11)的侧壁包括外层及内层，所述外层和内层之间形成水冷空腔(112)，所述水冷空腔(112)底部设有冷却水入口(113)、顶部设有冷却水出口(114)，所述边部电磁脉冲装置(12)设置于所述金属型(11)外壁，所述顶部电磁脉冲装置(13)位于所述金属型(11)的内腔(111)正上方。2.根据权利要求1所述的超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其特征在于：所述边部电磁脉冲装置(12)包括边部线圈(121)、外置铁芯(122)，所述边部线圈(121)绕在所述金属型(11)侧壁的外层，并且相邻两匝边部线圈(121)之间相互绝缘，所述外置铁芯(122)套在所述边部线圈(121)外，每匝边部线圈(121)与所述金属型(11)侧壁的外层之间及每匝边部线圈(121)与所述外置铁芯(122)之间均相互绝缘。3.根据权利要求2所述的超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其特征在于：所述金属型(11)的侧壁的外层、边部线圈(121)、冷却水入口(113)、冷却水出口(114)上分别连接有温度传感器。4.根据权利要求1所述的超硬铝铸造复合电磁脉冲凝固组织处理装置，其特征在于：所述金属型(11)工作壁厚度H＝D/50，D为所述金属型(11)内...

【专利技术属性】
技术研发人员：白庆伟，麻永林，冯艳飞，邢淑清，鲍鑫宇，于文霞，陈重毅，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15