一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备及方法技术

本发明专利技术属于精密铸造技术领域，并具体公开了一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备及方法，其包括模具、连续进粉挤压组件、电极滑环、坩埚和铸型，模具中开设有竖直通孔，通孔下部的横截面积由上至下逐渐缩减；连续进粉挤压组件用于将金属粉末连续送入所述模具的通孔中，并将通孔中的金属粉末压实为粉坯，形成自耗熔炼电极；自耗熔炼电极穿过电极滑环，电极滑环与自耗熔炼电极滑动接触；坩埚位于自耗熔炼电极下部；供电电源的阴极和阳极分别与电极滑环和坩埚连通；铸型安装在坩埚下端。本发明专利技术一体化实现电极制备与铸件熔化浇铸，革新了现有钛合金铸造方法，在降低生产成本、制造流程与周期的同时，显著提升铸件的均质性与纯净度。净度。净度。

【技术实现步骤摘要】
一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备及方法


[0001]本专利技术属于精密铸造
，更具体地，涉及一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备及方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金性能优异，储量丰富，在航天航空、海洋工程、石油化工、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。目前，通常大量采用真空自耗电弧熔炼熔模精密铸造的方式制备钛及钛合金薄壁精密构件。然而，自耗电极熔炼技术熔化时间短，铸锭偏析严重，需要反复多次熔炼实现高均质熔模铸造用自耗电极的制备。这主要是由于自耗电极初始往往采用海绵钛颗粒与金属中间合金混合压制而成，成分均匀性较差，而熔模铸造用自耗电极的成分均匀性则会极大地遗传至利用其所制备的精密铸件，必须反复重熔，才能得到高均质铸锭作为熔模铸造用自耗电极，该过程不仅流程长、工序繁琐、能源损耗巨大，同时反复重熔过程中为保证自耗电极质量还需将表面氧化皮通过机加工方式去除，这样一来会大幅降低材料利用率，也进一步提升了制造成本与周期。并且，自耗电极密度一般要大于3.2g/cm3，才能确保自耗电极熔化过程中不掉块。因此，大规格自耗电极对设备要求较高，生产成本大。目前国内通常采用分段压制小块电极，然后通过在氩气保护下的等离子弧焊焊接成整体自耗电极。然而焊接过程中极易出现夹杂、虚焊等质量问题，影响最终产品铸件的冶金质量。
[0003]专利CN201820351365.2公布了一种高效制备钛合金真空自耗电极的挤压成型设备，简化了相关操作步骤，提高了加工效率，但仍然不适合压制大规格自耗电极。专利CN201711017448.4、CN201710805800.4公布了制造大规格自耗电极的制备方法，然而其操作步骤繁琐、工艺流程长，电极均质性差，仍然需要反复重熔，才能得到高均质成品铸锭。
[0004]由此可见，不仅钛及钛合金真空自耗熔炼用电极制备技术尚未成熟，同时也缺乏一种将连续化电极制备与熔炼铸造合而为一的一体化短流程高效钛合金铸件生产技术，大规格、高均质钛合金精密铸件的短流程、低成本、一体化制备仍是该领域长期未能解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备及方法，其目的在于，实现大规格、高均质精密铸件的连续、一体化制备。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，包括模具、连续进粉挤压组件、电极滑环、坩埚、供电电源和铸型，其中：
[0007]所述模具中开设有竖直通孔，该通孔下部的横截面积由上至下逐渐缩减；所述连续进粉挤压组件用于将金属粉末从上方连续送入所述模具的通孔中，并将通孔中的金属粉末压实为粉坯，形成自耗熔炼电极；
[0008]所述自耗熔炼电极穿过所述电极滑环，该电极滑环与自耗熔炼电极滑动接触；所
述坩埚位于自耗熔炼电极下部；所述供电电源的阴极和阳极分别与所述电极滑环和坩埚连通；所述铸型安装在所述坩埚下端。
[0009]作为进一步优选的，所述连续进粉挤压组件包括主轴驱动系统、十字形主轴、粉末输送装置，其中：
[0010]所述十字形主轴安装在机架框架上，且分为上、中、下三部分，其中，上部为实心棒，与所述主轴驱动系统连接；中部加工有轴肩，该轴肩紧靠在固定于机架框架上端横梁下侧的重载推力轴承组件上；下部为实心棒，且其上加工有螺旋槽，用于推送金属粉末连续进入模具通孔中；所述螺旋槽周围设有储粉腔，该储粉腔与所述粉末输送装置连接。
[0011]作为进一步优选的，所述粉末输送装置的送粉形式为传送带铺送、螺旋推送、重力传送或正负压输送；所述粉末输送装置与储粉罐连接，从而将储粉罐中的金属粉末输送至储粉腔；
[0012]所述储粉罐上装有加热装置，该加热装置的对储粉罐的预热方式为射频等离子加热、等离子电弧喷枪加热、高中频感应加热、钼带热场加热、电阻丝加热、硅钼棒加热或硅碳棒加热。
[0013]作为进一步优选的，所述模具和十字形主轴与自耗熔炼电极相接处部分使用不导电材料制造。
[0014]作为进一步优选的，所述坩埚材料为铜、陶瓷或复合材料；所述坩埚材料为铜时，坩埚为水冷坩埚，坩埚上连接有加装冷水进出控制装置的冷水轴，由冷水轴向坩埚通入冷却水。
[0015]作为进一步优选的，所述坩埚上装有加热装置，用于保持坩埚内熔融金属液温度；该加热装置的加热方式为射频等离子加热、等离子电弧喷枪加热、高中频感应加热、钼带热场加热、电阻丝加热、硅钼棒加热或硅碳棒加热；
[0016]所述坩埚上装有温度监测控制装置，用于闭环反馈调节所述坩埚内熔融金属液温度。
[0017]作为进一步优选的，所述铸型下方装有通过离心盘驱动装置驱动的离心盘。
[0018]作为进一步优选的，所述坩埚下端安装有金属液导出装置，所述金属液导出装置由金属液导出控制装置控制，用于将坩埚中的熔融金属液导出至坩埚下方的铸型内凝固为铸件。
[0019]作为进一步优选的，还包括真空系统，该真空系统包括依次连接的真空腔、真空管道和真空泵组，所述模具、连续进粉挤压组件、电极滑环、坩埚和铸型均位于所述真空腔内。
[0020]按照本专利技术的另一方面，提供了一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的方法，其采用上述装备实现，包括如下步骤：
[0021]S1、将与待制备构件同成分的引锭电极置于模具通孔中，该引锭电极穿过电极滑环，并与电极滑环连接；
[0022]S2、开启供电电源，引锭电极与坩埚之间形成电弧，使引锭电极下端熔化，熔化后的金属液滴滴入坩埚内，同时引锭电极下端的温度向上传导，使引锭电极下部一定区域加热，具备热塑性；
[0023]S3、通过连续进粉挤压组件将金属粉末不断送入模具通孔中，并向下推送；金属粉末推动引锭电极向通孔下端移动，具备热塑性的引锭电极被挤压变形缩径，同时在引锭电
极挤压变形产生的反作用力与金属粉末持续补充造成的压力双重作用下，金属粉末被压实为粉坯；
[0024]S4、粉坯持续向下移动，接收到引锭电极传导的热，使粉坯发生一定程度的合金化转变并具备塑性，形成与引锭电极上端连接为一体的自耗熔炼电极；随着引锭电极持续消耗，自耗熔炼电极逐步下移取代引锭电极；
[0025]S5、自耗熔炼电极下端不断熔化为金属液滴落入坩埚内，过程中产生的热量使附近粉坯发生一定程度的合金化转变并具备塑性，从而补充自耗熔炼电极，并使其能够在下移过程中被通孔挤压变形缩径；不断新加入的金属粉末在自耗熔炼电极挤压变形产生的反作用力与金属粉末持续补充造成的压力双重作用下，被压实为粉坯；
[0026]S6、重复步骤S5，直至金属液量满足构件要求；并在自耗熔炼电极熔炼过程中或结束熔炼后，将坩埚内的金属液注入铸型，完成构件制备。
[0027]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0028]1、本专利技术装置可连续进行粉末冶金电极和电极熔炼铸造，省去了原有自耗熔炼电极制备所需的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，其特征在于，包括模具、连续进粉挤压组件、电极滑环(8)、坩埚(10)、供电电源和铸型(25)，其中：所述模具中开设有竖直通孔，该通孔下部的横截面积由上至下逐渐缩减；所述连续进粉挤压组件用于将金属粉末从上方连续送入所述模具的通孔中，并将通孔中的金属粉末压实为粉坯，形成自耗熔炼电极(18)；所述自耗熔炼电极(18)穿过所述电极滑环(8)，该电极滑环(8)与自耗熔炼电极(18)滑动接触；所述坩埚(10)位于自耗熔炼电极(18)下部；所述供电电源的阴极和阳极分别与所述电极滑环(8)和坩埚(10)连通；所述铸型(25)安装在所述坩埚(10)下端。2.如权利要求1所述的连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，其特征在于，所述连续进粉挤压组件包括主轴驱动系统(1)、十字形主轴(3)、粉末输送装置(14)，其中：所述十字形主轴(3)安装在机架框架(17)上，且分为上、中、下三部分，其中，上部为实心棒，与所述主轴驱动系统(1)连接；中部加工有轴肩(6)，该轴肩(6)紧靠在固定于机架框架(17)上端横梁下侧的重载推力轴承组件(5)上；下部为实心棒，且其上加工有螺旋槽(15)，用于推送金属粉末连续进入模具通孔中；所述螺旋槽(15)周围设有储粉腔(16)，该储粉腔(16)与所述粉末输送装置(14)连接。3.如权利要求2所述的连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，其特征在于，所述粉末输送装置(14)的送粉形式为传送带铺送、螺旋推送、重力传送或正负压输送；所述粉末输送装置(14)与储粉罐(7)连接，从而将储粉罐(7)中的金属粉末输送至储粉腔(16)；所述储粉罐(7)上装有加热装置，该加热装置的对储粉罐(7)的预热方式为射频等离子加热、等离子电弧喷枪加热、高中频感应加热、钼带热场加热、电阻丝加热、硅钼棒加热或硅碳棒加热。4.如权利要求2所述的连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，其特征在于，所述模具和十字形主轴(3)与自耗熔炼电极(18)相接处部分使用不导电材料制造。5.如权利要求1所述的连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，其特征在于，所述坩埚(10)材料为铜、陶瓷或复合材料；所述坩埚(10)材料为铜时，坩埚(10)为水冷坩埚，坩埚(10)上连接有加装冷水进出控制装置(23)的冷水轴(22)，由冷水轴(22)向坩埚(10)通入冷却水。6.如权利要求1所述的连续压制粉末冶金电极耦合精密铸造的装备，其特征在于，所述坩埚(10)上装有加热装置，用于保持坩埚内熔融金属液温度；该加热装置的加热方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元元，李宁，孙明翰，赵超，王如愿，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：