大型薄壁铝合金件多功能移动磁场铸造装置制造方法及图纸

大型薄壁铝合金件多功能移动磁场铸造装置，它涉及一种利用电磁压力来铸造大型薄壁铝合金件的装置。传统的金属铸造技术很难一次实现大型整体和薄壁零件的成形，当铸件壁厚非常薄时，大的金属液与铸型壁界面粘滞阻力，导致充填不足，实际铸件质量较低。它包括由铸型（１）和与铸型（１）相固接的浇口杯（２）组成的铸型系统（Ａ），由线圈（３）和磁厄（４）组成的磁场发生系统（Ｂ），磁厄（４）为外表面带槽的矩形体，在磁厄（４）的槽内镶嵌有线圈（３），线圈（３）与电源连接。磁流铸造法被用于大型铝合金铸件的生产上，效益是非常明显的，铸件的壁厚可最低减至３ｍｍ，质量也得到相应的提高，而且铸件的截面结构不只是简单的板状，圆筒、方框、角状、槽状等不同形状都能实现。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用电磁压力来铸造大型薄壁铝合金件的装置。
技术介绍
为了满足当前经济和社会动态和可持续发展的需求，各项民用和军事装备系统正在向高速迅捷和灵活机动的方向发展，因此各类零部件的轻量、薄壁和高强化已成必然，这在许多国民经济的重要领域表现的尤为明显，如航空、航天、造船、汽车、化工、电子信息、家用电器和体育运动等诸多领域，这些领域的装备系统对能够使其零部件接近最后形状和尺寸，并且质量优化，制造周期短程化和生产成本低廉化的制造方法需求迫切，而这也正是许多零部件的加工制造技术向整体化、精密化、高效化迈进的根源所在。金属的铸造技术可以由液态金属直接成形复杂形状的零件，在各类金属的加工方法中具有独特的技术优势，始终在零部件的加工领域处于重要地位。但传统的金属铸造技术很难一次实现大型整体和薄壁零件的成形，根本的原因在于金属液充填铸型过程温度降低很快，金属液流动不顺畅，当铸件壁厚非常薄时，大的金属液与铸型壁界面粘滞阻力，严重削弱了金属液的流动过程，导致充填不足等铸造缺陷，这是薄壁铸件生产的典型难题，实际铸件质量较低。铝合金由于密度小、比强度高、耐腐蚀性好、材质稳定和加工性能好等优点，目前已成为航空、航天和电子通讯等领域的主体用材，约占总用材量的一半以上，同时铝合金可以满足如下几方面的需求(1)产品构件的减重和轻量化需求；(2)产品的功能性需求，如电阻材料、磁性材料和减摩耐磨材料等；(3)产品的装饰性需求。产品的减重和轻量化是推动铝合金不断扩大应用的源动力，而对于产品的功能性和装饰性的需求则是当前铝合金应用的基础。由于在产品设计时更多地是考虑如何减低结构重量，其给铝合金等轻量合金零部件的应用提供了机遇，当前对铝合金等结构件的市场需求是极为明显的。据统计从1970年至1995年的25年间，铝合金结构件的产量以每年4％的速度递增，目前已达到年产量6800万吨左右，其中在以汽车工业为代表的交通运输业表现尤为突出，约占整体铝构件产量的60％以上。如果采用铸造方法加工铝合金，可以使材料利用率提高70-80％，减少机械加工工时60-70％，尤其可以一次成形具有复杂结构的零件，避免因机械加工和再组装所带来的结构变形、尺寸精度下降和整体可靠性低等问题，这对于缩短生产周期、降低研制成本和提高各类装备系统的经济和社会效益非常重要。因此当前发展复杂、精密、整体铝合金构件的铸造成形已经是本相关领域的技术发展趋势，但零部件的复杂结构要求、薄小的壁厚组成、致密均匀的内部质量和完整精确的外形尺寸要求，使得在采用铸造方法生产这类零件时的难度很大，迫切需求有关新型的铸造方法作保证和奠定基础。当前轻质、高强、整体和薄壁铝合金构件的铸造技术呈现四个方面的显著特点(1)新型铸造铝合金材料不断涌现；(2)特种铸造工艺运用加强；(3)铸件的结构集成化提高；(4)强调铸件的一次成形质量的优异性。经过多年的实际努力和发展，很多铸造铝合金已经实用化和标准化，如Al-Si、Al-Cu、Al-Mg等多体系多牌号铸造铝合金，它们为解决高强、耐热和轻质等方面都起到了很好的作用，但随着对铸件的刚性、耐磨性和耐热能力要求的加强，对各种铸造新型铝合金和铝基复合材料的研究和开发工作也得到了快速发展，如Al-Li、Al-Sc和陶瓷相增强铝基复合材料(如SiC颗粒或短纤维增强复合材料)，采用这些特殊的铝合金材料，虽然可以大大提高铸件的使用性能，但与传统合金相比，其物理化学性能，如化学活性、熔点、粘性和表面张力等也在发生大的改观，总的趋势是合金的铸造性能变差，工艺难度加大。为此，需要运用一系列特种铸造方法来实现不同合金材质的铸造成形，其中以调节金属液充型压力变化为特征的各类压力铸造方法是当前生产各类轻质、高强、整体和薄壁铝合金构件的主要方法，这些方法的主要组成成员为低压铸造、差压铸造、挤压铸造、压力铸造，它们与调节铸造过程热量分布为特征的顺序凝固铸造和金属型铸造等工艺共同构成了区别于传统普通重力浇注铝合金的成形方法。这些方法虽然在一定程度上可以解决铝合金铸件的成形问题，但各有优缺点，分析这几种比较适合大型薄壁铝合金铸件的成形方法，可以发现从铸件的质量和生产能力方面看，压铸具有较强的优势，这主要是压铸过程金属液以高速度充填铸型，实现了铸件的完整性充填，同时金属液在压力下结晶，保证了组织的致密，由于高度的机械化和自动化生产，从而保证了铸件的批量生产能力，但由于受压铸过程铸件投影面积的限制，实际生产过程不能生产薄大铸件，即使生产，也需要大吨位压力装置做保证，又由于压铸件易产生气孔，不能进行热处理及凹角部位取件困难，难以生产具有大尺寸封闭腔和具有厚大热节的铸件，因此只适用于简单合金牌号的中小铸件。低压铸造是另一种发展较快的薄壁大型铝合金铸件的铸造工艺，该工艺综合优越性较好，具有适当的成形能力，但是低压铸造的工艺原理表明，低压铸造是通过调整金属液沿重力充填方向的压力差实现的，一方面金属液的充填有方向性，即只能逆着重力方向，其次要求充型的压力差随金属液充填高度而做出自动调整，这给过程的控制造成相当的困难，工艺操作难度很大，目前只适于特别大型的筒体类铸件。哈尔滨工业大学从20世纪80年代便开始了磁流铸造技术的研究，目前的磁流器，磁场发生装置处于单边工作方式，磁场存在较为明显的横向边缘效应，即磁场强度量沿磁流器横向衰减很大，造成金属液在充填过程受到的电磁推力不均匀，同时磁场强度从磁流器表面向空间高度上很快减弱，其气隙效应很大，因此这种方法的优势在于大型薄壁板类件的铸造，而不适于铸造三维框架类和筒体类等具有更复杂形状的结构件。
技术实现思路
为了能在复杂薄壁大型铝合金铸件铸造过程中，既实现外力调节又考虑热量的分布，以获得铸件的外部完整性和内部质量的优异性，本专利技术提供了一种大型薄壁铝合金件多功能移动磁场铸造装置，它是基于磁流体力学原理，利用交变电磁场对导电金属产生的洛仑兹力效应和焦耳热效应，从而产生对液态金属的加热保温和推动作用，使金属液快速充填铸型型腔，以达到成形大型薄壁铝合金铸件的目的。它包括由铸型1和与铸型1相固接的浇口杯2组成的铸型系统A，由线圈3和磁厄4组成的磁场发生系统B，其特征在于所述磁厄4为外表面带槽的矩形体，在磁厄4的槽内镶嵌有线圈3，线圈3与电源连接。电磁场在铸造过程的应用已经有几十年的历史，最初是利用电磁搅拌作用细化晶粒组织，提高力学性能，后来发展到电磁连铸和约束成形，将电磁场与特殊凝固技术相结合的电磁复合铸造技术也得到了快速发展，如电磁离心铸造、正交电磁场模拟微重力铸造等方法，而液态金属的电磁净化和电磁雾化等技术手段，由于在铸造及金属材料的加工过程能对金属液起到无接触除气、去渣和破碎的功能也受到了人们的广泛关注。电磁场之所以能在包括铸造在内的各种冶金过程中得到广泛应用，主要是由于熔融金属是电的良导体，因此能因磁束和电流的作用而在金属熔体内产生电磁力，利用电磁力就可以对熔融金属进行非接触性搅拌、传输和形状控制，而这与采用机械手段是不同的。磁流铸造法被用于大型铝合金铸件的生产上，效益是非常明显的，铸件的壁厚可最低减至3mm，质量也得到相应的提高。尤其值得注意的是磁流铸造所需要的设备简单，只不过是与铸型大小相近的直线型感应电动机。它既可以使用金属型，也可使用非金属型(壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型薄壁铝合金件多功能移动磁场铸造装置，它包括由铸型（１）和与铸型（１）相固接的浇口杯（２）组成的铸型系统（Ａ），由线圈（３）和磁厄（４）组成的磁场发生系统（Ｂ），其特征在于所述磁厄（４）为外表面带槽的矩形体，在磁厄（４）的槽内镶嵌有线圈（３），线圈（３）与电源连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭景杰，丁宏升，毕维生，贾均，苏彦庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]