[发明专利]一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法

说明书

技术领域

本发明属于特种铸造装备技术领域，涉及一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，旨在低压铸造生产轻质合金、金属基复合材料等合金材料构件时，采用真空电磁搅拌除气及持续电磁搅拌方法，保障熔体成分均匀性及提高铸件的最终质量和性能。

背景技术

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，并在一定压力下凝固成形的一种方法，目前已在航空、航天、船舶、汽车、电力等工业领域内得到了广泛应用。可用于铸造方法成形生产的金属基复合材料，如铝基复合材料和镁基复合材料，具有优异的强韧性而逐渐得到重视和推广应用。但是采用低压铸造方法生产此类材料铸件时，存在较大难度：一是现有的低压铸造装置浇注前的准备工作时间较长且无法实现对熔体的持续搅拌，而金属基复合材料由于熔体内分散有众多颗粒增强相，必须对金属熔体长时间持续搅拌，否则熔体内比重较轻的成分会逐渐上浮到上层，对最终的铸件质量造成影响；二是液态金属基复合材料易氧化，且内部易存在较多气体，如不对其加强搅拌和除气的话，会在铸件中形成大量的氧化夹杂和气孔。此外，对于一些凝固温度范围较宽的合金，如铝铜类合金ZL205A等，静置时间过长的话，也会在熔体内部产生成分不均匀现象。

文献“稳恒磁场下铝合金低压铸造装置，中国实用新型专利，李传军，申请号：201520947904.5”公开了一种稳恒磁场下铝合金低压铸造装置，该方法在低压铸造过程中施加稳恒磁场，起到增大金属熔体过冷度、增加形核速率、细化凝固组织的作用。但是该方法仅利用稳恒磁场增大熔体过冷度，未对熔体施加交变磁场搅拌控制，无法进行除气处理和较难保证大粘度金属熔体的成分均匀性。文献“一种铝合金低压铸造装置，中国发明专利，刘祖川，申请号201610980436.0”公开了一种铝合金低压铸造装置，利用电磁场对铝合金熔体进行电磁搅拌，起到促进熔体内部流动、细化熔体内部组织和促进排气出渣的作用和效果。但是该装置设置在升液管与铸型之间，仅能对流过升液管的熔体施加电磁搅拌，不能对坩埚内的熔体施加搅拌，熔体的成分均匀性无法保障。

文献“一种铝合金真空提拉除气装置，中国发明专利，李强，公开号ZL201010554336.4”公开了一种可用于反重力铸造的真空提拉除气装置，该方法通过提拉真空除气机上下提拉搅动坩埚内金属液，由于负压作用，合金液溶解的气体会自动析出、扩散出来，提高合金液的品质。但是该方法在反重力铸造浇注时，需要移走提拉真空除气机，无法在准备铸型和浇注期间持续对熔体施加真空搅拌。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，克服现有低压铸造设备无法采用真空除气结合交变电磁场搅拌的不足。

技术方案

一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置，包括熔化炉1、坩埚3、密封圈5、进排气及压力信号接口6、盖板7、真空气源9和电控气动截止阀10；其特征在于还包括侧强磁体2、底部强磁体13和变频电源12；侧强磁体2位于熔化炉1的四周，底部强磁体13为熔化炉1的底部，两个强磁体与变频电源12实现电连接；所述侧强磁体2和底部强磁体13采用线圈结构。

所述侧强磁体2和底部强磁体13的尺寸使得坩埚3内的金属液被包覆。

一种利用所述熔体电磁搅拌式低压铸造装置进行铸造的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用熔化炉对铸造材料进行加热熔化形成金属液或金属，将盖板放置在坩埚上并密封，打开电控气动截止阀10，对密封的坩埚进行抽真空；

同时，启动变频电源12使得侧强磁体2和底部强磁体13通电，坩埚3内的金属液由于电磁推力产生水平旋转或螺旋运动，实现熔体的真空除气处理；

步骤2：关闭电控气动截止阀，将升液管4穿过盖板7，插入坩埚3内腔，放置铸型8并与升液管4连接；

步骤3：通过进排气及压力信号采集孔6往坩埚内通入高压惰性气体或纯净压缩空气，使坩埚内金属液在压力作用下，沿升液管流动进入铸型型腔并凝固成形，获得铸件；此过程中，变频电源12继续通电对熔体施加电磁搅拌。

有益效果