[发明专利]一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置及方法，涉及液态金属凝固成型技术领域，通过电磁悬浮技术、压力凝固成型技术、光电检测技术结合控制系统，实现熔体位置精确定位及模具运动及时响应，实现优异性能合金铸件的压力凝固成型。本发明的熔体位置探测系统可精确地捕捉熔体位置和速度，根据熔体位置信息，利用控制器对模具运动进行调节，有利于高速下落熔体的精确成型，通过压力凝固成型装置，实现大体积金属熔体的直接凝固成型，使得原材料的精炼制备、凝固过程的主动控制和材料的直接成型等加工流程一体化。

技术领域

本发明涉及液态金属凝固成型技术领域，特别涉及一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置及方法。

背景技术

目前，电磁悬浮无容器处理技术广泛应用于新材料制备、高纯金属熔炼和材料凝固等领域，具有稳定性好、悬浮力强和悬浮与加热同时进行的特点。制备熔体避免与坩埚接触而污染很小，结合多种冷却手段，可获得超常凝固条件下的微观组织。同时，电磁悬浮液滴本身处于线圈产生的高频磁场之中，所获得的洛伦兹力产生剧烈的电磁搅拌作用足以使熔体成分均匀。

材料凝固成型技术被广泛地应用于工业生产之中，以满足不同的应用需求。工业生产时，当原料是液态时，人们通过熔模铸造、压力铸造及离心铸造等方式制造铸件。人们针对成型过程中金属“易氧化”提出多种不同的设计方案：例如：把熔炼装置与模具装置均置于真空环境；增加搅拌强度，使熔体中的杂质上浮。液态金属多为坩埚盛装，通过电阻丝或者感应加热进行。在凝固过程需要长时间的持续搅拌，以避免合金中轻质合金成分的分层进一步影响铸件质量。

但是，这些典型的浇铸手段中存在较低的温度梯度，由此导致长时间的凝固过程，进而影响材料凝固组织特征，表现为低劣的服役性能。所以，就需要一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置及方法，能够制备具备优良服役性能的材料。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置及方法，用以解决现有技术中存在的问题。

一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置及方法，包括模具固定支架，所述模具固定支架两端分别固定右侧模具驱动单元和左侧模具驱动单元，所述右侧模具驱动单元靠近所述左侧模具驱动单元一侧设有右侧推拉杆，所述左侧模具驱动单元靠近所述右侧模具驱动单元一侧设有左侧推拉杆；

所述右侧模具驱动单元和所述左侧模具驱动单元之间设有真空室腔体，所述真空室腔体内部底面设有滑轨，所述右侧推拉杆水平穿过所述真空室腔体侧面并在末端设有右侧模具，所述左侧推拉杆水平穿过所述真空室腔体侧面并在末端设有左侧模具，所述右侧模具和所述左侧模具均在所述滑轨内滑动；

所述真空室腔体内设有电磁悬浮线圈，所述电磁悬浮线圈上方悬浮有熔体，所述真空室腔体侧面设有上下观察窗口，上下所述观察窗口外侧分别对应设置第一探测器和第二探测器，所述第一探测器、所述第二探测器、所述右侧模具驱动单元以及所述左侧模具驱动单元均与控制器电连接。

优选地，上下所述观察窗口均与所述熔体的下降轨迹平行。

优选地，所述模具固定支架为“U”字型。

优选地，所述第一探测器和所述第二探测器由摄像机、激光单元或者光电二极管构成。

优选地，所述右侧模具驱动单元和所述左侧模具驱动单元均为电磁驱动、高压气体驱动或者液压驱动。

优选地，所述右侧模具和所述左侧模具均为前段平面向内凹陷的铸型，所述右侧模具和所述左侧模具内部均设有冷却水循环回路。

优选地，所述熔体的轴心高度与所述第一探测器的轴心高度一致。

一种用于悬浮制造的压力凝固成型装置的方法，包括：

S1、根据实验需求选择模具类型及模具驱动方式；