專利名稱：使定向凝固液固界面平直化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種定向凝固的下拉裝置，適用于晶體生長方式的調(diào)控，用于定向凝固，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
定向凝固是在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和未凝固熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，以獲得具有特定取向晶體的技術(shù)。定向凝固技術(shù)最突出的貢獻在于制備高溫合金鑄件，目前幾乎所有先進航空發(fā)動機都以采用單晶葉片為特色，采用定向凝固技術(shù)可以生產(chǎn)具有優(yōu)良的抗熱沖擊性能，較長的疲勞壽命，較好的蠕變抗力和中溫塑性的薄壁空心渦輪葉片，從而提高發(fā)動機的推力和可靠性，并延長使用壽命。定向凝固技術(shù)在制備高溫超導體材料、功能材料、復合材料及多孔材料等方面也應用廣泛，有很好的發(fā)展前景。但是由于合金成分設(shè)計以及工藝參數(shù)的控制問題，定向凝固鑄件可能出現(xiàn)雀斑、 小角度晶界、亞晶粒、枝晶發(fā)散、再結(jié)晶晶粒和縮松等多種缺陷，降低了其成品率，嚴重影響了其使用性能。定向凝固過程中彎曲的液固界面能夠加劇這些缺陷的形成。當凝固界面為凸界面時，鑄件吸收側(cè)向熱流，定向組織向外發(fā)散，枝晶干偏離鑄件幾何中心程度增大，雜晶形成幾率增加；當界面為凹狀時，鑄件將有側(cè)向熱流排除，組織向內(nèi)收縮，不僅導致晶軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而且引起枝晶間自然對流增強，雀斑形成幾率增大，邊緣的枝晶間縮松性增強。 平直固液界面能使合金熔體的熱量能夠從單一方向垂直于界面導出，減少了缺陷的形成。定向凝固中溫度梯度和凝固速率處于動態(tài)的變化，使得液固界面難以維持平直形狀，而且鑄件形狀復雜尤其是渦輪葉片，在形狀突變的部位，更加劇了凸或凹界面的形成， 也成為眾多缺陷產(chǎn)生之處。為生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品以滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求，近年來研究者開發(fā)了液態(tài)金屬冷卻、電子束區(qū)熔等技術(shù)來提高定向凝固中溫度梯度和冷卻速率，以消除這些缺陷?，F(xiàn)有的控制晶體生長方式的裝置大都結(jié)構(gòu)復雜，不易控制，效果也不夠理想。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并提供一種使定向凝固液固界面平直化的裝置，在不改變原有縱向溫度梯度和凝固速率的情況下，保證拉桿在豎直下拉的同時，還使整個下拉裝置水平平動，這樣凝固界面平直化趨勢加強，減少了缺陷的形成。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種使定向凝固液固界面平直化的裝置，包括裝置支撐架，裝置支撐架包括至少有四根互相平行且豎直設(shè)置的導向桿，導向桿的頂端支撐并固定連接一個上部固定板，導向桿的底端固定連接于一個底部固定板，上部固定板和底部固定板互相平行設(shè)置。在導向桿上安裝一個移動塊，移動塊沿導向桿上下移動，下拉凝固鑄坯的定向凝固拉桿也與導向桿平行設(shè)置，定向凝固拉桿的下部穿過上部固定板和移動塊，定向凝固拉桿與移動塊連接，移動塊沿定向凝固拉桿的軸向無相對滑動，即移動塊沿導向桿向下移動即牽引定向凝固拉桿下拉鑄錠，與導向桿平行的一根絲桿也穿過上部固定板和移動塊，絲桿與移動塊通過螺紋副連接，絲桿的底端尾部通過支撐軸承與底部固定板轉(zhuǎn)動連接，絲桿還通過另一個支撐軸承與上部固定板轉(zhuǎn)動連接，絲桿的上端頭部與拉桿牽引電機的傳動主軸固定連接，拉桿牽引電機固定在上部固定板上。上部固定板上方和底部固定板的下方分別設(shè)有互相平行的水平導軌，上部固定板和底部固定板通過滑動輪分別與相對應的水平導軌形成滑動機構(gòu)， 通過裝置水平移動電機驅(qū)動使得上部固定板和底部固定板相對于水平導軌進行同步水平平動。上述裝置水平移動電機固定在底部固定板的下方的水平導軌上，底部固定板的下表面設(shè)置一條與水平導軌平行的齒條，裝置水平移動電機的傳動主軸固定連接一個與齒條相嚙合的齒輪。上述定向凝固的拉桿的下部與移動塊之間通過螺紋固定相連。上述裝置支撐架優(yōu)選包括四根導向桿。上述上部固定板和底部固定板分別優(yōu)選固定設(shè)置四個滑動輪，每兩個滑動輪和與之相配合的同一根水平導軌形成一組滑動機構(gòu)單元。上述裝置水平移動電機優(yōu)選采用直流伺服電機。所有的上述支撐軸承均優(yōu)選采用無間隙軸承。上述齒條優(yōu)選采用矩形齒條。上述支撐軸承優(yōu)選采用圓柱滾子軸承。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下實質(zhì)性特點和優(yōu)點1.本實用新型使定向凝固液固界面平直化裝置的裝置水平移動電機固定在水平導軌上，在底部固定板上固定住齒條，電機帶動的齒輪與固定住的齒條相互咬合，這樣只要調(diào)控好裝置水平移動電機的旋轉(zhuǎn)方式就能實現(xiàn)底部固定板的平動，從而帶動拉桿水平平動。2.本實用新型在上部固定板和底部固定板上各固定四個滑動輪，這四個滑動輪尺寸與水平導軌相匹配，這樣不僅在實現(xiàn)水平運動時滑動輪是沿著直線運動的，另外，由于上下都裝上了滑動輪，這樣只要在較好的潤滑條件下，就能保證上下隔板的運動很平穩(wěn)，運動的一致性。3.本實用新型包括兩個獨立的電機，開啟與絲桿連接的拉桿牽引電機，調(diào)節(jié)其速率，就可以帶動絲桿的轉(zhuǎn)動，此時移動塊就會向下移動；開啟并調(diào)節(jié)固定在水平導軌上的裝置水平移動電機，整個下拉裝置就能實現(xiàn)水平平動，兩者之間實現(xiàn)了獨立操作。4.本實用新型能夠獨立實現(xiàn)拉桿水平平動和豎直下拉兩個動作，使合金的定向凝固時液固界面平界化，減少缺陷，使試樣在較高的拉速下也能實現(xiàn)平界面生長，提高了生產(chǎn)效率。另外，裝置簡單，拆卸方便，操作簡單。

圖1是本實用新型使定向凝固液固界面平直化的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的裝置側(cè)面視圖。
具體實施方式
本實用新型的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖說明如下實施例一參見圖1和圖2，一種使定向凝固液固界面平直化的裝置，包括裝置支撐架，裝置支撐架包括至少有四根互相平行且豎直設(shè)置的導向桿5，導向桿5的頂端支撐并固定連接一個上部固定板3，導向桿5的底端固定連接于一個底部固定板6，上部固定板3和底部固定板6互相平行設(shè)置。在導向桿5上安裝一個移動塊4，移動塊4沿導向桿5上下移動，下拉金屬凝固鑄坯的定向凝固拉桿1也與導向桿5平行設(shè)置，定向凝固拉桿1的下部穿過上部固定板3和移動塊4，定向凝固拉桿1與移動塊4連接，移動塊4沿定向凝固拉桿1的軸向無相對滑動，即移動塊4沿導向桿5向下移動即牽引定向凝固拉桿1下拉鑄錠，與導向桿 5平行的一根絲桿11也穿過上部固定板3和移動塊4，絲桿11與移動塊4通過螺紋副連接， 絲桿11的底端尾部通過支撐軸承13與底部固定板6)轉(zhuǎn)動連接，絲桿11還通過另一個支撐軸承13與上部固定板3轉(zhuǎn)動連接，絲桿11的上端頭部與拉桿牽引電機8的傳動主軸固定連接，拉桿牽引電機8固定在上部固定板3上。上部固定板3上方和底部固定板6的下方分別設(shè)有互相平行的水平導軌9，上部固定板3和底部固定板6通過滑動輪2分別與相對應的水平導軌9形成滑動機構(gòu)，通過裝置水平移動電機12驅(qū)動上部固定板3和底部固定板 6相對于水平導軌9進行同步水平平動。在本實施例中，安裝在上部固定板3上的拉桿牽引電機8將旋轉(zhuǎn)運動傳遞至絲杠11，定向凝固拉桿1與移動塊4通過螺紋10連接，在隨移動塊4下降的同時，定向凝固拉桿1也能隨整個下拉裝置水平運動。為了得到高度可靠、 平穩(wěn)的運動，采用了抽拉用拉桿牽引電機8與絲杠11直聯(lián)方式。本裝置能夠使定向凝固過程中在原有下拉的同時實現(xiàn)水平平動，通過小尺度的水平平動帶動鑄坯沿著水平方向進行振動，使凝固界面處的液相與固相發(fā)生位移摩擦，消除徑向的溫度梯度，形成沿著鑄流方向的單一溫度梯度，使得彎曲液固界面平直化，減少缺陷的形成，提高效率。在本實施例中，上述裝置水平移動電機12固定在底部固定板6的下方的水平導軌 9上，底部固定板6的下表面設(shè)置一條與水平導軌9平行的齒條7，裝置水平移動電機12的傳動主軸固定連接一個與齒條7相嚙合的齒輪。進行定向凝固時，組裝定向凝固的下拉裝置，使整個下拉裝置套上水平導軌9，水平導軌9對滑動輪2起到導向作用，保證隔板上面的滑動輪2與水平導軌9上下的凹槽匹配，另外的一個裝置水平移動電機12固定在水平導軌 9上，并通過齒輪與固定在底部固定板6上的齒條7相互咬合。這樣定向凝固的拉桿1不僅可以實現(xiàn)豎直下拉，整個下拉裝置還可以水平平動。在本實施例中，上述定向凝固的拉桿1的下部與移動塊4之間通過螺紋10固定相連。螺紋緊固連接方式結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，便于維護，方便定向凝固拉桿1的更換和維修。在本實施例中，上述裝置支撐架包括四根導向桿5。采用四根導向桿3形成矩形框架，結(jié)構(gòu)簡單，安裝更加方便。組裝時，首先將裝置支撐架水平固定，定向凝固拉桿1與移動塊4通過螺紋10緊固連接，開啟拉桿牽弓丨電機8，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速率帶動絲桿11轉(zhuǎn)動，移動塊4整體上下移動。水平放置水平導軌9，將整個裝置支撐架放置在水平導軌9上，并保證上下固定板上的滑動輪正好在水平導軌9上，如圖2所示。開啟裝置水平移動電機12，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動的方式，通過齒輪與固定在底部固定板6上的齒條7咬合，從而帶動底部固定板6水平來回地平動，這樣就可以實現(xiàn)定向凝固拉桿1邊水平平動邊豎直下拉的動作。從而使徑向溫度與濃度重新耦合均勻化，液固界面趨近于平界面，使試樣在較高的拉速下也能實現(xiàn)平界面生長，提高了生產(chǎn)效率。實施例二本實施例與實施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于在本實施例中，上部固定板3和底部固定板6上分別固定設(shè)置四個滑動輪2，每兩個滑動輪2和與之相配合的同一根水平導軌9形成一組滑動機構(gòu)單元?；瑒訖C構(gòu)單元結(jié)構(gòu)簡單，能夠保證整個裝置平穩(wěn)運動的要求，安裝維護方便。實施例三本實施例與實施例一和實施例二的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于在本實施例中，裝置水平移動電機12優(yōu)選采用直流伺服電機。直流伺服電機低速運行更平穩(wěn)，在極低速下也能保證平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速和恒定扭矩輸出，轉(zhuǎn)速控制精確，并能周期性改變旋轉(zhuǎn)的方向。使定向凝固拉桿1實現(xiàn)邊向下拉邊平穩(wěn)水平移動的動作，使得凝固界面平直化，使對晶體生長方式的控制更加溫和，減少缺陷。在承載較重物體情況下，直流伺服電機轉(zhuǎn)速也可在一定范圍內(nèi)適當調(diào)節(jié)。實施例四本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于在本實施例中，齒條7優(yōu)選采用矩形齒條。矩形齒條并固定于底部固定板上，安裝方便，便于維護。實施例五本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于在本實施例中，所有的支撐軸承13均為無間隙軸承。所有旋轉(zhuǎn)部件都采用的是無間隙軸承，可減小裝置工作時的震動與誤差。實施例六本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于在本實施例中，支撐軸承13均優(yōu)選采用圓柱滾子軸承。使絲桿11轉(zhuǎn)動時采用的軸承件更加便于使用和維護，降低設(shè)備零件成本。在本實施例中，定向凝固拉桿1穿過上部固定板3與移動塊4 一起向下運動；絲桿11通過上部固定板3并穿過移動塊4，與移動塊 4通過螺紋10連接，尾部通過圓柱滾子支撐軸承13固定在底部固定板6)；拉桿牽引電機 8固定在上部固定板3上頂部，帶動絲桿11轉(zhuǎn)動；齒條7固定在底部固定板6上，并與固定在水平導軌9下部中間位置的裝置水平移動電機12所帶動的齒輪相互咬合。上面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行了說明，但本實用新型不限于上述實施例，還可以根據(jù)本實用新型的實用新型創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本實用新型技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合使定向凝固液固界面平直化的裝置的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造原理，都屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種使定向凝固液固界面平直化的裝置，包括裝置支撐架，所述裝置支撐架包括至少有四根互相平行且豎直設(shè)置的導向桿(5)，所述導向桿(5)的頂端支撐并固定連接一個上部固定板(3)，所述導向桿(5)的底端固定連接于一個底部固定板(6)，所述上部固定板(3)和底部固定板(6)互相平行設(shè)置，其特征在于在所述導向桿(5)上安裝一個移動塊(4)，所述移動塊(4)沿所述導向桿(5)上下移動，下拉金屬凝固鑄坯的定向凝固拉桿(1)也與所述導向桿(5)平行設(shè)置，所述定向凝固拉桿(1)的下部穿過所述上部固定板(3)和所述移動塊(4)，所述定向凝固拉桿(1)與所述移動塊(4)連接，所述移動塊(4)沿所述定向凝固拉桿(1)的軸向無相對滑動，即所述移動塊(4)沿所述導向桿(5)向下移動即牽引所述定向凝固拉桿(1)下拉鑄錠，與所述導向桿(5)平行的一根絲桿(11)也穿過所述上部固定板(3)和所述移動塊(4)，所述絲桿(11)與所述移動塊(4)通過螺紋副連接，所述絲桿(11) 的底端尾部通過支撐軸承(13)與所述底部固定板(6)轉(zhuǎn)動連接，所述絲桿(11)還通過另一個支撐軸承(13)與所述上部固定板(3)轉(zhuǎn)動連接，所述絲桿(11)的上端頭部與拉桿牽引電機(8)的傳動主軸固定連接，所述拉桿牽引電機(8)固定在上部固定板(3)上，所述上部固定板(3)上方和底部固定板(6)的下方分別設(shè)有互相平行的水平導軌(9)，所述上部固定板 (3)和底部固定板(6)通過滑動輪(2)分別與相對應的所述水平導軌(9)形成滑動機構(gòu)，通過裝置水平移動電機(12)驅(qū)動所述上部固定板(3)和所述底部固定板(6)相對于水平導軌 (9)進行同步水平平動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述裝置水平移動電機(12)固定在所述底部固定板(6)的下方的水平導軌(9)上，所述底部固定板(6)的下表面設(shè)置一條與所述水平導軌(9)平行的齒條(7)，所述裝置水平移動電機(12)的傳動主軸固定連接一個與所述齒條(7)相嚙合的齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述定向凝固的拉桿(1)的下部與所述移動塊(4)之間通過螺紋(10)緊固連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述裝置支撐架包括四根導向桿(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述上部固定板(3)和所述底部固定板(6)上分別固定設(shè)置四個所述滑動輪(2)，每兩個所述滑動輪 (2)和與之相配合的同一根水平導軌(9)形成一組滑動機構(gòu)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述裝置水平移動電機(12)為直流伺服電機。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述齒條(7)為矩形齒條。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所有的所述支撐軸承(13)均為無間隙軸承。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的使定向凝固液固界面平直化的裝置，其特征在于所述支撐軸承(13)為圓柱滾子軸承。
專利摘要本實用新型公開了一種使定向凝固液固界面平直化的裝置，包括至少有四根互相平行且豎直設(shè)置的導向桿，其兩端分別連接上部固定板和底部固定板。移動塊沿拉桿的軸向無相對滑動，與導向桿平行的絲桿穿過上部固定板和移動塊，絲桿與移動塊通過螺紋副連接，絲桿的底端尾部通過軸承與底部固定板轉(zhuǎn)動連接，絲桿的上端頭部與拉桿牽引電機的傳動主軸固定連接，上下固定板的下方分別設(shè)有互相平行的水平導軌，通過滑動輪分別與相對應的水平導軌形成滑動機構(gòu)，通過裝置水平移動電機驅(qū)動使裝置水平平動。本實用新型可使合金定向凝固過程中拉桿在原有的下拉運動的同時實現(xiàn)水平平動，消除徑向的溫度梯度，使得彎曲液固界面平直化，減少缺陷的形成，提高效率。
文檔編號B22D27/00GK202316976SQ20112041495
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者任忠鳴, 任維麗, 余建波, 樊亞夫, 程文武, 鐘云波, 魯亮 申請人:上海大學