一種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種鑄造設(shè)備，尤其是一種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] -般的鑄造技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)大比表面積構(gòu)件時(shí)遇到的問(wèn)題是烙體溫度降低快，引起 不能完全成形的缺陷。如果采用提高誘注溫度和鑄型預(yù)熱溫度等方法，可W解決運(yùn)個(gè)矛盾， 但隨之而來(lái)的是構(gòu)件組織性能的惡化。
[0003] 為了從根本上解決大比表面積構(gòu)件鑄造問(wèn)題必須從"熱"和"力"兩方面共同考慮， 在保證金屬烙體溫度降低緩慢的同時(shí)，還要提高金屬流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。提高金屬烙體驅(qū)動(dòng)力 的方式有多種，如機(jī)械壓力、氣體壓力和電磁力等。比較而言，機(jī)械壓力和氣體壓力所需設(shè) 備龐大、操作繁瑣，而采用電磁力相對(duì)較簡(jiǎn)單。采用電磁力還會(huì)帶來(lái)其它好處，如凈化金屬 烙體、在金屬烙體內(nèi)產(chǎn)生熱量(降低烙體溫度降低速度）、細(xì)化金屬凝固組織(提高性能)等。 而對(duì)于板類件的充型過(guò)程必須在平面形行波磁場(chǎng)中才能產(chǎn)生促進(jìn)烙體正向充填的作用。
[0004] 雖然從原理上容易理解平面行波磁場(chǎng)鑄造的可行性，但在進(jìn)行實(shí)際工作過(guò)程中遇 到了很大的難度，如充型過(guò)程中烙體流動(dòng)的穩(wěn)定性、烙體凝固過(guò)程中表面凹陷現(xiàn)象等，運(yùn)成 為平面形行波磁場(chǎng)鑄造技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:在對(duì)行波磁場(chǎng)分布規(guī)律深入分析基礎(chǔ)上，進(jìn)一 步研究金屬在行波磁場(chǎng)作用下的充型特點(diǎn)，得出行波磁場(chǎng)的垂直方向分量By是鑄造成型的 推進(jìn)力，而水平方向分量Bx會(huì)產(chǎn)生引起鑄件表面質(zhì)量變差的脈動(dòng)力。因此提出一種雙邊行 波磁場(chǎng)鑄造裝置，可W在提高行波磁場(chǎng)的垂直方向分量By的同時(shí)，大幅度的減小產(chǎn)生引起 鑄件表面質(zhì)量變差的脈動(dòng)力Bx。
[0006] -種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置，包括支架、設(shè)置于支架上的下鐵忍和上鐵忍;所述的 上鐵忍與下鐵忍之間設(shè)置有上半鑄型和下半鑄型;所述的上半鑄型與下半鑄型上下疊放并 形成型腔;上半鑄型與下半鑄型通過(guò)夾持裝置緊固；所述的上鐵忍與下鐵忍均纏繞有繞組 線圈；所述的繞組線圈電路連接調(diào)壓器;所述的繞組線圈分別與上鐵忍和下鐵忍形成行波 磁場(chǎng);所述的行波磁場(chǎng)在型腔的兩側(cè)上、下對(duì)稱分布;所述的上半鑄型上設(shè)置有誘口杯;所 述的誘口杯中注入誘注用的金屬烙體。
[0007] 進(jìn)一步的說(shuō)，為了避免金屬烙體因受強(qiáng)大電磁感應(yīng)力作用而產(chǎn)生的炮火現(xiàn)象，本 實(shí)用新型上半鑄型與下半鑄型通過(guò)夾持裝置緊固，并且為了進(jìn)一步的本實(shí)用新型所述的夾 持裝置左右對(duì)稱設(shè)置在上半鑄型和下半鑄型的兩端。
[000引本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型所夾磁場(chǎng)空間存在著上下對(duì)稱的行波磁場(chǎng) 分布，從而可W在抵消產(chǎn)生脈動(dòng)電磁力的磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量Bx的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高 對(duì)合金烙體有推進(jìn)作用的磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量By,有效地控制了該鑄造用行波磁場(chǎng)的分 布，可W有效的提高行波磁場(chǎng)鑄造的生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本實(shí)用新型行波磁場(chǎng)平面感應(yīng)器及各相繞組分布圖；
[0012] 圖3是本實(shí)用新型行波磁場(chǎng)激發(fā)原理圖；
[OOK] 圖4是y = 35mm磁感應(yīng)強(qiáng)度分量Bx和By在X向的分布圖；
[0014] 圖中：1-支架；2-下鐵忍；3-夾持裝置;4-誘日杯；5-上鐵忍；6-上半鑄型；7-龍口 架;8-繞組線圈；9-金屬烙體;10-下半鑄型；11-調(diào)壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。運(yùn)些附圖均為簡(jiǎn) 化的示意圖，僅W示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān) 的構(gòu)成。
[0016] 如圖1所示，一種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置，包括支架1、設(shè)置于支架1上的下鐵忍2和 上鐵忍5;上鐵忍與下鐵忍之間設(shè)置有上半鑄型6和下半鑄型10;上半鑄型與下半鑄型上下 疊放并形成型腔;為了避免金屬烙體因受強(qiáng)大電磁感應(yīng)力作用而產(chǎn)生的炮火現(xiàn)象，上半鑄 型與下半鑄型通過(guò)夾持裝置3緊固；夾持裝置左右對(duì)稱設(shè)置在上半鑄型和下半鑄型的兩端。 上鐵忍與下鐵忍均纏繞有繞組線圈；繞組線圈分別與上鐵忍和下鐵忍形成行波磁場(chǎng)；行波 磁場(chǎng)在型腔的兩側(cè)上、下對(duì)稱分布;上半鑄型上設(shè)置有誘口杯4;誘口杯4中注入誘注用的金 屬烙體9;繞組線圈8連接調(diào)壓器11。
[0017] 行波磁場(chǎng)的激發(fā)原理見(jiàn)圖2。圖2表示平面感應(yīng)器及各相繞組分布；圖3的左面表示 時(shí)間上從
開(kāi)始，每移轉(zhuǎn)
周期即
時(shí)，感應(yīng)器繞組各相電流的相量圖，而其右面表示 相應(yīng)于運(yùn)些相量圖的處于不同槽中導(dǎo)線的電流方向及其激發(fā)的磁場(chǎng)圖案。圖3上小圓表示 導(dǎo)線位置，其中表示導(dǎo)線中電流方向從紙面指向讀者，而表示導(dǎo)線中電流方向指向 紙面。當(dāng)確定每一時(shí)刻的所有導(dǎo)線中的電流方向之后，不難按電流和磁場(chǎng)的右手螺旋法則， 表示出感應(yīng)器上運(yùn)些電流激發(fā)的磁場(chǎng)圖案。
[0018] 從第一個(gè)相量圖開(kāi)始，此時(shí)I 各相導(dǎo)線中的電流方向分別為A、z、y指向紙 面，而B(niǎo)、x、巧旨向讀者，按右手螺旋法則，可W確定相應(yīng)的合成磁力線和合成磁勢(shì)曲線，分別 見(jiàn)圖3右面的細(xì)實(shí)線和粗實(shí)線。理論分析表明，在理想情況下，此曲線是一條正弦曲線。此

后，電流相量每逆時(shí)針?lè)较蛞妻D(zhuǎn)周期，可分別繪出相應(yīng)的電流相量圖、各相導(dǎo)線中的電流
方向、合成磁力線和合成磁勢(shì)曲線。由圖3可見(jiàn)，電流相量在時(shí)間上每移轉(zhuǎn)
周期相應(yīng)的磁 勢(shì)曲線在空間上就向右移動(dòng)其峰值也向右移動(dòng)即電流相量從一個(gè)瞬間過(guò)渡到另一 J f. 個(gè)瞬間，磁勢(shì)曲線像波浪一樣向右起伏移動(dòng)，即咐及和S即向右移動(dòng)，從而構(gòu)成行波磁場(chǎng)。
[0019]電流相量在時(shí)間上每移動(dòng)一個(gè)周期，磁勢(shì)曲線在空間上向右移轉(zhuǎn)一個(gè)周期，磁勢(shì) 曲線在空間上向右移動(dòng)兩個(gè)極距，由此可得行波磁場(chǎng)的的運(yùn)動(dòng)速度：
[0021] 式中U-一行波磁場(chǎng)速度，m/s;
[0022] T--極距，m;
[0023] T--周期，S;
[0024] f--電源頻率，Hz;
[0025] 行波磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向和感應(yīng)器繞組的相序有關(guān)，和普通異步電機(jī)一樣，將饋給感 應(yīng)器電流的兩相交換位置，行波磁場(chǎng)也隨之反向。
[0026] 靠行波磁場(chǎng)同鑄型中的金屬烙體相互作用就是運(yùn)種鑄造方法的工作原理，鑄型被 放置在鑄造裝置上，誘入鑄型的金屬烙體被行波磁場(chǎng)激發(fā)的電磁體積力推動(dòng)，并且在沿行 波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向上的壓力作用下充填型腔。
[0027] 鑄造用行波磁場(chǎng)作用于合金烙體時(shí)將會(huì)產(chǎn)生水平電磁力Fx(由磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分 量By決定)和脈動(dòng)電磁力巧（由磁感應(yīng)強(qiáng)度水平分量Bx決定）。在合金烙體的充型過(guò)程中，水 平電磁力是推進(jìn)合金烙體充型的主要?jiǎng)恿?。而?duì)于脈動(dòng)電磁力，它的存在，一方面能有效消 除宏觀縮松及顯微縮松，增大合金密度，細(xì)化晶粒，有利于等軸晶凝固組織的形成。另一方 面，由于薄壁件凝固時(shí)間短，烙體受垂直脈動(dòng)電磁力的作用使即將凝固界面變得不穩(wěn)定，導(dǎo) 致凝固后表面粗糖度大，尤其是靠近感應(yīng)器的鑄件下表面粗糖度更大。
[0028] 從上述分析可知，脈動(dòng)電磁力是造成行波磁場(chǎng)鑄造表面質(zhì)量差的重要原因。所W 要想改善鑄件表面粗糖的缺陷，就要從消弱引起脈動(dòng)電磁力的磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量Bx入 手。
[0029] 如前所述，鑄件產(chǎn)生表面粗糖現(xiàn)象的主要原因?yàn)槊}動(dòng)電磁力，而脈動(dòng)電磁力的產(chǎn) 生則是由磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量Bx所引發(fā)的，所W抑制磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量Bx的大小成 為本控制方案的關(guān)鍵。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置，并對(duì)其磁場(chǎng)空間分布進(jìn) 行ANSYS有限元分析計(jì)算，找出有利于消除表面粗糖缺陷的磁場(chǎng)分布。
[0030] 在加載電流為1860At，加載頻率為50化下，對(duì)雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置的磁場(chǎng)空間 進(jìn)行模擬計(jì)算。由計(jì)算結(jié)果可W看出，在雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置間所夾磁場(chǎng)空間存在著上 下對(duì)稱的行波磁場(chǎng)分布，從而可W在抵消產(chǎn)生脈動(dòng)電磁力的磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量Bx的基 礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高對(duì)合金烙體有推進(jìn)作用的磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量By,有效地控制了該鑄造 用行波磁場(chǎng)的分布。為了進(jìn)一步證實(shí)該分析的正確性，現(xiàn)對(duì)雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置的水平 對(duì)稱線（即距下齒槽35mm處)進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)果如圖4所示?？蒞看出該位置的磁感 應(yīng)強(qiáng)度水平分量的數(shù)量級(jí)由10-3降到10-4，而磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的數(shù)量級(jí)由10-3增到 10-2，由此證明了該控制方案的正確性。
[0031] W上說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本實(shí)用 新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后可W對(duì)W前所 述的【具體實(shí)施方式】做修改或變形，而不背離實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置，其特征在于:包括支架、設(shè)置于支架上的下鐵芯和上鐵 芯；所述的上鐵芯與下鐵芯之間設(shè)置有上半鑄型和下半鑄型；所述的上半鑄型與下半鑄型 上下疊放并形成型腔;上半鑄型與下半鑄型通過(guò)夾持裝置緊固；所述的上鐵芯與下鐵芯均 纏繞有繞組線圈；所述的繞組線圈電路連接調(diào)壓器;所述的繞組線圈分別與上鐵芯和下鐵 芯形成行波磁場(chǎng);所述的行波磁場(chǎng)在型腔的兩側(cè)上、下對(duì)稱分布;所述的上半鑄型上設(shè)置有 澆口杯;所述的澆口杯中注入澆注用的金屬熔體。2. 如權(quán)利要求1所述的一種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置，其特征在于:所述的夾持裝置左右 對(duì)稱設(shè)置在上半鑄型和下半鑄型的兩端。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種雙邊行波磁場(chǎng)鑄造裝置，包括支架、設(shè)置于支架上的下鐵芯和上鐵芯；上鐵芯與下鐵芯之間設(shè)置有上半鑄型和下半鑄型；上半鑄型與下半鑄型通過(guò)夾持裝置緊固；上鐵芯與下鐵芯均纏繞有繞組線圈；繞組線圈分別與上鐵芯和下鐵芯形成行波磁場(chǎng)；行波磁場(chǎng)在型腔的兩側(cè)上、下對(duì)稱分布；上半鑄型上設(shè)置有澆口杯；澆口杯中注入澆注用的金屬熔體；繞組線圈電路連接調(diào)壓器。本實(shí)用新型所夾磁場(chǎng)空間存在著上下對(duì)稱的行波磁場(chǎng)分布，從而可以在抵消產(chǎn)生脈動(dòng)電磁力的磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量Bx的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高對(duì)合金熔體有推進(jìn)作用的磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量By,有效地控制了該鑄造用行波磁場(chǎng)的分布，可以有效的提高行波磁場(chǎng)鑄造的生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。
【IPC分類】B22D27/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205309273
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521055534
【發(fā)明人】呂國(guó)偉, 張俊銳, 丁濤
【申請(qǐng)人】常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日