一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置
技术领域
本实用新型涉及三室真空精密铸造炉定向凝固技术领域，具体涉及一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置。
背景技术
定向凝固是指在凝固过程中采用强制手段，使铸件在整个凝固过程中的固-液界面上的热流应保持从一个方向扩散，即定向散热，同时结晶前沿区域内必须维持正向温度梯度，以阻止新晶核形成，在金属结晶过程中提供单一方向上的温度梯度，消除结晶过程中生成的横向晶界，显著提高了铸件在高温下的工作能力，使晶体尽可能沿此方向生长，使铸件具有单一方向的柱状晶或单晶组织结构。
定向凝固是铸造中一项具有重大意义的技术，它主要用于制造燃气轮机热端部件的高温合金零件，尤其是航空航天发动机的涡轮叶片。这类叶片工作在承受温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的环境下，被视为发动机关键材料中最重要的零件。涡轮转子叶片的性能水平特别是承温能力是航空发动机性能的重要标志，定向凝固铸造正是为提高发动机涡轮叶片承温能力而出现的一项先进技术，其应用显著提高了合金的性能水平，而单晶/定向精密铸造炉生产的铸件可以满足该类铸件在极高温的工作环境下有非常优异的机械性能，即在浇铸过程中需要严格控制金属的凝固过程。
定向凝固精密铸造炉是利用电磁感应和电流热效应的原理对坩埚中材料进行熔炼，并通过保温炉保温及控制拉晶速率等实现铸件定向结晶冶炼的设备。定向凝固精密铸造炉采用三室真空结构，包括熔炼室、铸锭室、加料室。熔炼室中坩埚完成金属母材通过感应线圈加热熔化成成分均匀及纯净的液态金属，铸锭室内将预热至一定温度的膜壳通过升降机构送至熔炼室预热至要求温度，在熔炼室中将坩埚中具有一定过热度液态金属浇注到膜壳中在保温炉内维持一定的温度要求，通过拉晶机构实现铸件的定向凝固结晶。
要满足上述的定向凝固要求，对定向凝固精密铸造炉的拉晶机构提出高要求，现有技术中通过齿轮啮合的方式实现拉杆升降，配合慢速电极和快速电极实现拉杆的快慢升降，整套拉锭机构设备复杂，且通过齿轮啮合控制拉杆移动，精度低，过程稳定性差，这样会无法调整浇铸过程的偏差，也无法保证凝固过程中温度梯度，从而导致同一母材熔炼浇铸而成的金属材料的物理性质不稳定，铸件成材率低，废品率高，同时也提高了厂家的生产成本。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，提供一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置，该装置主要解决下述技术问题：①实现拉晶精确和升降杆平滑的升降；②实现远程自动控制升降杆速度，确保工艺质量；③简化设备，通过伺服电机可以实现升降杆以0.2-2000mm/min的速度区间升降。
本实用新型的技术方案：一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置，其特征是：包括铸锭室、升降杆、直行导轨、伺服电机和伺服驱动器，所述铸锭室一侧安装有炉门，铸锭室通过锭模支撑腿固定在地基平面上，所述升降杆上端面置于铸锭室内，升降杆与铸锭室连接处安有密封套筒实现铸锭室与升降杆间动密封，在升降杆上端面安装有水冷盘，所述水冷盘盘面放置有生产铸件所需的膜壳，升降杆通过滚珠丝杆安装在直行导轨上，所述直行导轨下端固定安装于地坑，直行导轨侧面安装于支撑架上，所述伺服电机一端固定于支撑架上，通过减速机、联轴器与滚珠丝杆连接，带动滚珠丝杆转动，实现升降杆在垂直方向上的快、慢移动；伺服电机另一端通过电缆线连接伺服驱动器。
所述的升降杆的升降速度为0.2-2000mm/min。
所述的伺服驱动器与PLC控制器、人机界面依次连接，所述人机界面用来输入速度、位置参数及显示实时升降速度及位置信息，所述PLC控制器，通过人机界面参数设定使PLC控制器控制伺服电机实现自动升降。
本实用新型的有益效果是：
（1）一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置配有伺服电机和减速机，这套设备可以同时实现升降杆的快速和慢速升降，伺服电机配合滚珠丝杆可以实现升降的升降速度为0.2-2000mm/min区间升降，精确控制拉晶速度，设备结构简单，升降效率高；
（2）一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置配有直行导轨，使升降杆沿垂直方向移动，更好的保证拉晶过程的稳定性，避免出现水平晃动，升降杆平滑升降，确保设备运行可靠稳定；
（3）一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置采用基于PLC控制器、伺服控制器和人机界面构成的自动控制系统，人机界面上设定速度、位置参数，显示实时的速度及位置信息，可以实现历史数据的保存、打印及查询，操作简单，易于控制，更好的提高产品质量。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为图1中I位置的放大图（放大比例为5:1）。
图3为本实用新型控制示意图。
图中：1-锭模室，2-膜壳，3-水冷盘，4-锭模支撑腿，5-地基平面，6-地坑，7-升降杆，8-密封套筒，9-伺服电机，10-减速机，11-联轴器，12-直行导轨，13-滚珠丝杠，14-支撑架，15-炉门，16-电缆线，17-伺服驱动器，18-PLC控制器，19-人机界面。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本实施例所描述的仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参照图1、图2和图3，一种定向凝固精密铸造炉自动控制拉晶装置，包括铸锭室1、升降杆7、直行导轨11、伺服电机9和伺服驱动器17，铸锭室1一侧安装有炉门15，通过锭模支撑腿4固定在地基平面5上，升降杆7上端面置于铸锭室1内，连接处安有密封套筒8实现铸锭室与升降杆间动密封，在升降杆7上端面安装有水冷盘3，水冷盘3盘面放置有生产铸件所需的膜壳2，升降杆7通过滚珠丝杆13运行安装在直行导轨12上，直行导轨12下端固定安装于地坑6，侧面安装于支撑架14上，通过联轴器11带动滚珠丝杆13转动，实现升降杆7在垂直方向上的快、慢移动；伺服电机9一端固定于支撑架14上，通过减速机10、联轴器11与滚珠丝杆13连接，另一端通过电缆线16连接伺服驱动器（德国力士乐公司的MSK系列同步伺服电机）17，升降杆7的升降速度为1.0mm/min；
伺服驱动器17 与PLC控制器（美国AB公司的Control Logic 5570系列CPU）18、人机界面19依次连接，人机界面19用来输入速度、位置参数及显示实时升降速度及位置信息， PLC控制器18，通过人机界面19参数设定使PLC控制器控制伺服电机9实现自动升降。
首先将需要熔炼的的物料装入熔炼坩埚内，启动电源，循环水打开，将熔炼室抽真空至4.2Pa，通电熔化物料，将铸锭室1抽真空10Pa，打开铸锭室1的炉门15，安装膜壳2放置水冷盘3上，打开连接熔炼室与铸锭室间的隔离阀，此时在人机界面19输入快速上升速度1500mm/min，人机界面19信号传输至伺服电机9，伺服电9带动减速机10、联轴器11和滚珠丝杆13，使升降杆7带动水冷盘3以1500mm/min向上升起直至预定位置，伺服电机9减速直至停止，此时膜壳2置于保温炉内，保温时间20min，膜壳保温温度1480℃，待熔炼坩埚内钢液体温度达到1580℃，开始浇注，浇注时间3.1min，浇注完成，膜壳注入金属液后静置5.5min，启动伺服电机9，滚珠丝杆13带动升降杆7以10mm/min的速度下降，升降杆7同时带动水冷盘3以10mm/min的速度下降，待物料完全凝固后，停止伺服电机9转动，将炉门15打开，将物料取出，操作完成。
