专利名称：导弹舱体电磁悬浮铸造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种铸造设备，特别是涉及到导弹舱体的铸造设备。
导弹舱体是一种铝合金异型筒状大型薄壁件，外型为光滑的圆柱面，内表面上分布有无规则的凸起物、横竖加强筋及圆台、棋子等。其总长度约7～8米不等，通常为了安装及加工方便，把它分为若干段，称为舱段。舱段外径为300～800mm，厚度为3～8mm，长度为300～3000mm。鱼雷舱也属同类铸件。由于导弹舱体的发展方向是大型化及高速化，因而要求导弹舱体应具有高机械性能及高冶金质量，加之其形状特异，所以导弹舱体铸造难度很大，一般的铸造方法均不能胜任。目前，国内外均采用国际公认最先进的差压铸造法生产导弹舱体。然而，目前我国的导弹舱体与武器大国产品的差距越来越大。本人经过多年研究认为所谓差压铸造仍是砂型铸造，而砂型是最原始的铸造工具。用最原始的铸造工具铸造最先进的武器装备，是问题的主要矛盾。
本工作的目的是提供一种铸造设备，用以铸出高质量的导弹舱体，增强国防实力，称为“导弹舱体电磁悬浮铸造设备”。
本工作的目的是这样实现的，即完全不用砂型来成型，而是依靠电磁力约束液体金属，使之成型为导弹舱体的外圆柱面。本工作的电磁力来源于电磁感应器(4)及筒型直线电动机。电磁感应器(4)被安排在离液体铝合金最近处，围绕于其外。电磁感应器(4)中的一次电流I1，在液体铝合金表面感应出涡流I2，两者产生一个共同电磁场与涡流I2相互作用，产生的洛伦茨力，使液体铝合金成型为圆柱型。其二是筒状直线电动机(以下简称直线电动机)，它的作用是能在液体铝合金柱上感应出由下而上的行波磁场，产生电磁推力与重力相反，减小了铝合金重力，从而使电磁感应器(4)的水平推力更为有效。导弹舱体的内表面是由型芯(2)成型的，它是一个一次性使用的陶瓷芯，是安插在引出底模(1)之上的。液体铝合金浇铸后，进入电磁感应器(4)中，引出底模之上，围绕在型芯(2)之周围。当电磁感应器(4)及直线电动机通电后，使液体铝合金成型为圆柱型自由表面，即所谓导弹舱体液态段(10)，此时，开动引出机构带动引出底模(1)及型芯(2)向下方运动，则导弹舱体液态段(10)在下方被逐层强制冷却为固体导弹舱体，实现了连续定向凝固。这样，就彻底的改变了原工艺的砂型铸造法及其凝固方式。
本工作将取得以下积极成果1、铸件凝固前后不与任何固体物质接触，只接触空气和水等流体，故其表面很光洁，可达7。2、铸件晶粒由于电磁搅拌作用及快速冷却而成为超细柱晶，见[1]，同时也减少了化学成分的偏析。3、由于组织的改善也使其机械性能得到大幅度的提高。4、连续定向凝固完全杜绝了各种铸造缺陷，如气孔、缩松、缩孔、夹杂等。5、由于可以杜绝缩松及缩孔等缺陷，因而可在厚度为8mm条件下满足各种设计长度要求。6、省去了导弹舱体淬火工序，因为本铸造工艺是快速凝固及快速冷却，因而铸造同时完成了淬火工序。7、省去了砂型，因而就省去了原砂储备、混砂工序、模具制备工序、造型工序、打箱工序等等，省去了繁重体力劳动，改善了劳动环境。8、以一套永久性的电磁感应器可以生产很多个舱段，因而可大幅度降低生产成本。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的第一个实施例的纵剖面的构造图。
图2是本发明的第二个实施例的纵剖面的构造图。
图3是本发明的第三个实施例的纵剖面的构造图。
在图中1、引出底模 2、型芯 3、外喷水 4、电磁感应器 5、直线电动机 6、浇口盘 7、铝液 8、漏水孔 9、(导弹舱体)固态段 10、液态段 11、内喷水环图1中引出底模(1)为铝合金制成，其下面与引出机械相连。型芯(2)为薄壁空心陶瓷芯，它是安插在引出底模(1)上的。当引出底模(1)上下运动时，可带动型芯(2)上、下运动。外喷水环(3)为紫铜管制成，内侧有小孔，可向内侧的铸件固体段(9)喷洒冷却液。电磁感应器(4)是紫铜制成单匝线圈或多匝螺旋管线圈，通入频率为2.5KH2～400KH2电流，实验电功率100千瓦，其作用是在液体铝合金上感应出涡流，与电磁感应器(4)产生相互作用的横向推力，使液体铝合金形成圆柱面。浇口盘(6)其作用和浇口杯很相似，安装于型芯(3)之外，可用耐火材料或碳化硅制成。铝液(7)上表面必须控制在一个固定的高度范围内。否则铸件的外圆柱面上将出现水平棱带，或厚薄不均，影响表面质量。液态段(10)是在电磁感应器(4)及直线电机(5)作用下形成的液体圆柱面，其垂直度及表面质量代表着本工艺的成败与质量。固态段(9)位于液态段(10)之下方，由于其接近下方的外喷水环(3)及内喷水环(11)因而是呈固体状态。内喷水环(11)也是紫铜环，其外侧有喷水孔，向其外侧的型芯(2)喷水冷却，以增加铸件冷却速度。直线电动机(5)是一种把电能转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换、传动的驱动装置，由初级和次级组成。初级由机壳、铁芯、线圈、磁厄组成，机壳端部有法兰盘，法兰盘上有安装孔，供安装使用。其同步速度为4.5m/s，堵动推力为15牛顿，负载率为25％。直线电动机(5)安装在电磁感应器(4)之外，由于其工作频率为5Hz～60Hz，具有较强的穿透力，因而能通过电磁感应器(4)作用于铝合金液态段(10)上。在本工作中铝合金液态段(10)是直线电机(5)的次级。
操作时，①把引出底模(1)上升进入电磁感应器(4)中一段距离，则型芯(2)、电磁感应器(4)及引出底模(1)就构成了一个型腔。②浇入液态铝合金则填充于该型腔中。③启动电磁感应器(4)及直线电动机(5)，在电磁力的作用下，液体铝合金与电磁感应器(4)脱离，形成液态段(10)。④开启外喷水环(3)及内喷水环(11)，喷水冷却，则在液态段(10)下方形成一小段固态段(9)。⑤开动引出机构，把引出底模(1)以一定的速度向下方引出，则固态段(9)不断增长，直至工艺结束。
图2所示为第二个实施例，是在图一的基础上取消直线电动机(5)，增加了一个芯内直线电动机(12)而构成的，因芯内直线电动机距离其外的液态段(10)更近，且不必穿越电磁感应器(4)，因而效果更好。其安装高度相当于液态段(10)的高度。芯内直线电动机(12)与普通直线电动机(5)有些不同后者的初级在外，次极在内，反之前者的初级在内，而次极在外，所以前者能感应在它外面的液态段(10)，感应出行波磁场及电磁压力Pm，因而能取得更好的电磁悬浮成型效果。
图3所示为第三实施例，是在图1基础上，增加了一个直线电动机(12)，安装在芯内，相当于液态段(10)的高度。这样在本实施例中，在液态段(10)之外及型芯(2)之内各有一个直线电动机，两个直线电动机都重叠作用在液态段(10)上，其电磁作用力更强，因而能取得更好的电磁悬浮成型效果。
本发明的特征在于为使导弹舱体在无铸模条件下成型为垂直光洁的圆柱面，不仅采用了一个电磁感应器(4)，还增加了直线电动机，而这一点正是本发明不同于专利ZL98218195.7的地方。该专利只有一个单匝中、高频电磁感应器(2.5KHz～400KHz)，工艺比较难以稳定的实现。而本工艺的液态段(10)是在数个电磁场重叠约束成型的，因而增加了设备的可行性。本发明是综合了90年代国外电磁成型铸管法(如GB2275634A、CCCP438490、US4567936等)的先进工艺，用之于导弹舱体的生产，具有90年代以后水平。本发明也不同于上述三个专利，它们都是铸管工艺，其产品是管材及棒材，它们都是型材。管材内表面是光滑的，是由固定的电磁芯或金属芯形成的。本发明的产品是导弹舱体，外表虽是光滑的圆柱面，但内表面有横竖加强筋及无规则的凸起物，所以本发明的产品是异型铸件。为了形成其内表面，型芯(2)采用薄壁中空陶瓷芯。其外表面上有与导弹舱体内表面上加强筋及圆台相应的横竖沟槽及凹坑，所以两者是不同的。另外，本发明中的导弹舱体是在运动中形成的，型芯(2)与之同运动，两者相对静止，故名之曰随动型芯。
参考文献《定向凝固超细柱晶组织及其形成》材料工程1991年第一期。
权利要求
1.导弹舱体电磁悬浮铸造设备，由约束舱体外表面成型的电磁感应器、直线电动机及形成舱体内表面的型芯、浇口盘、环状喷水冷却器、引出机构等构成，其特征是一种无铸模铸造设备，舱体铸件外表面由一个电磁感应器及直线电动机重叠约束成型，工作时，导弹舱体铸件与型芯(2)被引出底模(1)同时引出电磁感应器(4)之外，实现连续定向凝固。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是电磁感应器(4)安装在型芯(2)之外，直线电动机(5)安装在电磁感应器(4)之外。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征是电磁感应器(4)安装在型芯(2)之外，直线电动机(12)安装在型芯(2)之内。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征是电磁感应器(4)安装在型芯(2)之外，一个直线电动机(5)安装在电磁感应器(4)之外，另一个直线电动机(12)安装在型芯(2)之内。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征是形成舱体内表面的型芯(2)是一个中空薄壁陶瓷芯。
6.根据权利要求1及权利要求5所述的型芯，其特征是型芯(2)的外表面上有横竖沟槽及圆坑，以铸出导弹舱体内表面的横竖加强筋、圆台及棋子等。
7.根据权利要求1及权利要求6所述的型芯，其特征是它是安装在引出底模上的。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征是在型芯内设有内喷水环(11)。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征是在固态段之外设有外喷水环(3)。
全文摘要
本发明涉及到一种铸造设备，特别是涉及到导弹舱体的铸造设备。其特征在于是一种无铸模铸造设备，是靠一个电磁感应器(4)与直线电动机重叠约束液体金属，使之成型为导弹舱体的外圆柱面，内表面靠随动型芯成型。本发明彻底地摆脱现行工艺的砂型铸造，实现了连续定向凝固，可以得到超细柱晶的舱体，因而能生产出高强度、高韧性、高冶金质量的舱体，并能满足各种型号的长度要求。另外，能免除繁重的体力劳动，改善劳动环境，降低生产成本。
文档编号B22D23/00GK101032748SQ20061005488
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者李忠炎 申请人:李忠炎