一種大型真空增壓鑄造設(shè)備氣控裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大型真空增壓鑄造設(shè)備氣控裝置，還涉及利用這種氣控裝置控制大型真空增壓鑄造設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真空增壓鑄造是一種在真空條件下將金屬液澆入鑄型并使金屬液在正壓環(huán)境下凝固成形的鑄造方法，該方法具有充型效果好、凝固組織致密、鑄件力學(xué)性能好的特點(diǎn)。近些年來，航空航天領(lǐng)域內(nèi)的大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件采用真空增壓鑄造方法生產(chǎn)也越來越普遍。由于大型構(gòu)件真空增壓鑄造的澆注及凝固時(shí)間較長，該過程中的工藝參數(shù)控制對(duì)鑄件最終組織與性能有著重要的影響，如澆注完成后增壓速度過快，會(huì)對(duì)鑄件表面質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響；增壓速度過慢，不利于提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量及最終力學(xué)性能，使該工藝不能充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)。而目前國內(nèi)鑄造企業(yè)對(duì)真空增壓凝固過程的工藝參數(shù)控制重視不夠，在裝備技術(shù)上多采用單一的氣動(dòng)薄膜閥或氣動(dòng)(電動(dòng))截止閥實(shí)現(xiàn)對(duì)快速增壓過程的粗略控制，不能實(shí)現(xiàn)精確化控制。
[0003]文獻(xiàn)“授權(quán)公告號(hào)是CN100464899C的中國發(fā)明專利”公開了一種鋁合金真空澆注裝置，該裝置包括高壓釜罐上部開設(shè)第一澆注窗口和第二澆注窗口，第一澆注窗口與第二饒注窗口安裝第一氣缸，第一氣缸的活塞桿與第一連桿連接，第一連桿與饒注窗口蓋連接，高壓釜罐底部安裝固定導(dǎo)軌和活動(dòng)導(dǎo)軌，高壓釜罐一端安裝活動(dòng)門，門連桿一端與高壓釜罐連接，活動(dòng)門與第三氣缸連接，高壓釜罐一側(cè)安裝排氣電動(dòng)球閥。盡管該裝置通過機(jī)械設(shè)計(jì)及增加控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)真空澆注過程的自動(dòng)化控制，但是對(duì)于澆注過程中壓差控制上僅采用了單個(gè)電動(dòng)球閥，無法實(shí)現(xiàn)不同增壓速度的精確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有真空澆注裝置控制精度差的不足，本發(fā)明提供一種大型真空增壓鑄造設(shè)備氣控裝置。該氣控裝置包括真空緩沖罐、真空栗、儲(chǔ)氣罐、空壓站、PLC控制模塊、壓差變送器、第一氣控截止閥、第二氣控截止閥、第三氣控截止閥、第四氣控截止閥和第五氣控截止閥。所述第五氣控截止閥的一端通過真空管路與設(shè)備主體連接，第五氣控截止閥的另一端通過真空管路與真空緩沖罐連接，真空緩沖罐還連接有真空栗。所述第一氣控截止閥、第二氣控截止閥、第三氣控截止閥和第四氣控截止閥并聯(lián)后，一端通過壓縮氣體管路與設(shè)備主體連接，另一端與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐還與空壓站連接。所述壓差變送器的一端通過壓差信號(hào)采集管路與設(shè)備主體連接，壓差變送器的另一端與PLC控制模塊電連接，由PLC控制模塊根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)完成對(duì)不同氣控截止閥的打開與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)真空增壓鑄造設(shè)備內(nèi)壓差的精確控制。
[0005]本發(fā)明還提供利用這種氣控裝置控制大型真空增壓鑄造設(shè)備的方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種大型真空增壓鑄造設(shè)備氣控裝置，其特點(diǎn)是:包括真空緩沖罐1、真空栗2、儲(chǔ)氣罐3、空壓站4、PLC控制模塊5、壓差變送器6、第一氣控截止閥7、第二氣控截止閥8、第三氣控截止閥9、第四氣控截止閥10和第五氣控截止閥11。所述第五氣控截止閥11的一端通過真空管路與設(shè)備主體12連接，第五氣控截止閥11的另一端通過真空管路與真空緩沖罐1連接，真空緩沖罐1還連接有真空栗2。所述第一氣控截止閥7、第二氣控截止閥8、第三氣控截止閥9和第四氣控截止閥10并聯(lián)后，一端通過壓縮氣體管路與設(shè)備主體12連接，另一端與儲(chǔ)氣罐3連接，儲(chǔ)氣罐3還與空壓站4連接。所述壓差變送器6通過壓力信號(hào)采集管路與設(shè)備主體12連接，壓差變送器6的輸出信號(hào)線與PLC控制模塊5電連接。
[0007]還包括第六氣控截止閥13，所述第六氣控截止閥13 —端與設(shè)備主體12連接，另一端與大氣相通。
[0008]所述第一氣控截止閥7的管徑是DN15或者DN50任一種。
[0009]所述第二氣控截止閥8的管徑是DN25或者DN40任一種。
[0010]所述第三氣控截止閥9的管徑是DN40或者DN25任一種。
[0011]所述第四氣控截止閥10的管徑是DN50或者DN20任一種。
[0012]—種利用上述氣控裝置控制大型真空增壓鑄造設(shè)備的方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟:
[0013]對(duì)金屬液除氣精煉完后處理，將金屬液放入設(shè)備主體12的旋轉(zhuǎn)澆包內(nèi)，然后將烘焙好后的鑄型送入設(shè)備主體12內(nèi)，并密封鎖緊設(shè)備主體12。啟動(dòng)PLC控制模塊5，輸入工藝參數(shù):澆注真空度0.002?0.003MPa、澆注時(shí)間30?45秒，破真空時(shí)間5?10秒，常壓下保持時(shí)間3?5秒，增壓凝固速度0.02?0.025MPa/s，增壓壓力0.5?0.6MPa，保壓時(shí)間900?5400秒。PLC控制模塊5根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)輸出控制信號(hào)對(duì)不同氣控截止閥打開與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備主體12內(nèi)的壓差實(shí)時(shí)控制。澆注開始時(shí)，打開第五氣控截止閥11，真空栗2通過真空緩沖罐1對(duì)設(shè)備主體12快速抽取真空，使設(shè)備主體12的真空度達(dá)到0.002?0.003MPa，傾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)澆包進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間為30?45秒。澆注結(jié)束后，PLC控制模塊5關(guān)閉第五氣控截止閥11，并按照設(shè)定的工藝參數(shù)曲線和壓差變送器6反饋回來的壓差信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，輸出控制信號(hào)打開與關(guān)閉壓縮氣體管路上并聯(lián)的第一氣控截止閥7、第二氣控截止閥8、第三氣控截止閥9和第四氣控截止閥10，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備主體12內(nèi)壓差建立速度的精確控制；使得設(shè)備主體12內(nèi)壓差在5?10秒內(nèi)由負(fù)壓變?yōu)槌?，并保持常壓壓??5秒，然后采用增壓凝固速度0.02?0.025MPa/s，使設(shè)備主體內(nèi)的壓差增至0.5?0.6MPa，保壓時(shí)間維持900?5400秒，保壓階段完成后，打開氣控截止閥13泄壓，完成鑄件澆注及凝固過程。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:該氣控裝置包括真空緩沖罐、真空栗、儲(chǔ)氣罐、空壓站、PLC控制模塊、壓差變送器、第一氣控截止閥、第二氣控截止閥、第三氣控截止閥、第四氣控截止閥和第五氣控截止閥。所述第五氣控截止閥的一端通過真空管路與設(shè)備主體連接，第五氣控截止閥的另一端通過真空管路與真空緩沖罐連接，真空緩沖罐還連接有真空栗。所述第一氣控截止閥、第二氣控截止閥、第三氣控截止閥和第四氣控截止閥并聯(lián)后，一端通過壓縮氣體管路與設(shè)備主體連接，另一端與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐還與空壓站連接。所述壓差變送器的一端通過壓差信號(hào)采集管路與設(shè)備主體連接，壓差變送器的另一端與PLC控制模塊電連接，由PLC控制模塊根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)完成對(duì)不同氣控截止閥的打開與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)真空增壓鑄造設(shè)備內(nèi)壓差的精確控制。由于采用四個(gè)不同口徑氣控截止閥并聯(lián)組合控制，與單一閥門控制相比，提高了壓差控制精度；可滿足大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件真空增壓凝固成形過程對(duì)工藝參數(shù)如增壓速度、保壓時(shí)間等的控制要求；在可控工藝參數(shù)下實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬凝固過程的動(dòng)態(tài)控制，增強(qiáng)了鑄件凝固補(bǔ)縮能力、減少鑄造缺陷，提高了鑄件的致密度及力學(xué)性能；本發(fā)明裝置提供的方法適合于鋁合金、鎂合金、銅合金以及其它常見金屬材料構(gòu)件的真空增壓鑄造成形，鑄型材料可選用砂型、石膏型、石墨型、精鑄模殼、金屬型等。
[0015]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明大型真空增壓鑄造設(shè)備氣控裝置的示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例2某大型構(gòu)件真空增壓鑄造時(shí)的壓差控制曲線。
[0018]圖中，1-真空緩沖罐，2-真空栗，3-儲(chǔ)氣罐，4-空壓站，5-PLC控制模塊，6_壓差變送器，7-第一氣控截止閥，8-第二氣控截止閥，9-第三氣控截止閥，10-第四氣控截止閥，11-第五氣控截止閥，12-設(shè)備主體，13-第六氣控截止閥。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下實(shí)施例參照?qǐng)D1 一 2。
[0020]實(shí)施例1。本發(fā)明大型真空增壓鑄造設(shè)備氣控裝置包括真空緩沖罐1、真空栗2、儲(chǔ)氣罐3、空壓站4、PLC控制模塊5、壓差變送器6、第一氣控截止閥7、第二氣控截止閥8、第三氣控截止閥9、第四氣控截止閥10和第五氣控截止閥11。所述第五氣控截止閥11的一端通過真空管路與設(shè)備主體12連接，第五氣控截止閥11的另一端通過真空管路與真空緩沖罐1連接，真空緩沖罐1還連接有真空栗2。所述第一氣控截止閥7、第二氣控截止閥8、第三氣控截止閥9和第四氣控截止閥10并聯(lián)后，一端通過壓縮氣體管路與設(shè)備主體12連接，另一端與儲(chǔ)氣罐3連接，儲(chǔ)氣罐3還與空壓站4連接。所述壓差變送器6通過壓力信號(hào)采集線與設(shè)備主體12連接，壓差變送器6的輸出信號(hào)線與PLC控制模塊5電連接。第六氣控截止閥13 —端與設(shè)備主體12連接，另一端與大氣相通。所述第一氣控截止閥7、第二氣控截止閥8、第三氣控截止閥9和第四氣控截止閥10的管徑分別為DN20、DN25、DN32、DN40，或者分別為DN50、DN40、DN25、DN20。這四個(gè)并聯(lián)閥門的不同打開與關(guān)閉狀態(tài)組合，可提供16種不同流量