一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统的制作方法

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1.本实用新型涉及液态金属冷却定向凝固铸造技术领域，具体涉及一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统。

背景技术：

2.定向凝固过程的主要工艺参数是控制固液界面处的温度梯度g。高的温度梯度可以显著细化枝晶间距、降低溶质偏析等，提高叶片的高温性能和使用寿命。目前，工艺上用于生产定向高温叶片的常见方法为快速凝固法(hrs)，该方法结构可分为三部分：加热区、中间隔热挡板、冷却区。其中，中间隔热挡板将铸模加热区和下部冷却区隔离开而减少两区间的热量辐射散热，并在隔热挡板处产生较大的温度梯度，实现定向凝固，向凝固技术可以获得择优晶粒定向生长的柱状/单晶组织，可以消除垂直于主应力轴的横向晶界，并减少了成分偏析、缩松等缺陷。
3.目前，定向凝固过程使用的隔热挡板主要为刚玉环、钼片、硬质石墨毡等。但是大多数隔热挡板都是直接固定在加热区和冷却区之间，其形状和尺寸均以确定并大于型壳最大直径尺寸。因此在定向凝固过程中存在较大的空隙通道，尤其在晶体生长的抽拉过程中，造成加热区向冷却区热量辐射严重，降低隔热挡板处的温度梯度，从而影响定向凝固组织。在浇铸尺寸较小的铸型时无法形成有效的温度梯度，导致定向组织无法实现。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，能够针对不同型壳在加热区和冷却区之间设置不同尺寸的隔热挡板，能够有效地提高定向凝固过程的温度梯度，获得高质量柱晶/单晶组织，具体方案如下。
5.一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，包括加热炉壳、结晶器、型壳、隔热挡板、托举机构、传动机构；
6.所述加热炉壳为圆柱形槽体结构，型壳的上部位于加热炉壳内，结晶器设置于型壳下底端，所述隔热挡板为环形结构，其外径大于加热炉壳的下方开口的内径，隔热挡板套设于型壳外且位于结晶器上方；
7.所述隔热挡板通过托举机构托举使隔热挡板与加热炉壳的下缘相抵靠，所述托举机构包括支撑杆、导向圈，所述导向圈为上下开口的环形筒状结构且导向圈的内径大于隔热挡板的外径，其侧壁上开设有朝向导向圈轴心方向的导向通孔，导向圈固设于加热炉壳的下方，所述支撑杆为杆状结构，支撑杆的一端穿过导向圈侧壁上的导向通孔，支撑杆的另一端连接有传动机构；
8.所述传动机构包括驱动部、传动部，所述传动部与支撑杆连接，驱动部与传动部连接，驱动部对传动部施加力使传动部推动支撑杆向导向圈的轴心方向运动，使支撑杆托起隔热挡板。
9.作为技术方案的补充，所述传动机构的传动部包括固定平台、同步圈、固定圈、立
柱、第一螺栓、第二螺栓、传动连接件；所述固定圈、同步圈均为圆环状结构，所述固定圈通过立柱固设于固定平台上方，所述立柱为柱状结构，其竖向设置于固定平台上，固定圈位于立柱的上端，第一螺栓穿过固定圈螺接于立柱内，同步圈套设于固定圈外，同步圈与固定圈之间通过轴承结构连接；
10.传动机构的传动连接件包括第一连接部、第二连接部，第一连接部与第二连接部均为长条状结构，第一连接部长度方向的首端与第二连接部长度方向的尾端交错连接，第一连接部的长度方向上的首端开设有圆孔，第一连接部上延其长度方向开设有第一长条状通孔，位于第一连接部长度方向的首端连接有第二连接部，第二连接部的长度方向与第一连接部的长度方向的夹角为锐角，第二连接部上延其长度方向开设有第二长条状通孔；
11.传动连接件位于固定圈的下方且通过其第一连接部上的圆孔套设于所述立柱上，传动连接件的第一连接部位于靠近同步圈的一侧，第二螺栓竖向穿过同步圈且其螺杆穿过传动连接件的第一连接部上的第一长条状通孔，使第二螺栓通过同步圈的转动带动传动连接件以立柱为轴旋转；
12.传动连接件的第二连接部位于靠近导向圈的一侧，所述托举机构还包括竖向杆，竖向杆竖向设置，其上端与支撑杆远离导向圈轴心的一端连接，竖向杆的下部穿过传动连接件的第二连接部上的第二长条状通孔，随传动连接件顺时针或逆时针转动，竖向杆在传动连接件的第二连接部的第二长条状通孔内滑动，通过第二连接部上的第二长条状通孔位置处的侧壁推动，使竖向杆推动支撑杆朝向或远离导向圈轴心方向运动。
13.作为技术方案的补充，所述传动机构的驱动部包括气缸、传动杆、连接块、第三螺栓，所述连接块上开设有第三长条状通孔，第三螺栓穿过连接块上的第三长条状通孔螺接于所述传动部的同步圈上，所述传动杆的一端与气缸的活塞杆连接，传动杆的另一端与连接块连接。
14.作为技术方案的补充，所述隔热挡板的侧缘为上窄下宽的阶梯状结构，相应的加热炉壳的下方开口处的侧缘为与隔热挡板的侧缘相配合的阶梯状结构。
15.作为技术方案的补充，所述隔热挡板内圈上延其周向排布有多个朝向隔热挡板中心的凸起部。
16.作为技术方案的补充，所述托举机构的竖向杆、支撑杆设有六组，相应的传动机构的立柱、第一螺栓、第二螺栓、传动连接件设有六组。
17.有益效果：本实用新型公开的隔热挡板控制系统，能够针对不同尺寸大小的型壳，选取尺寸最契合的隔热挡板，并将其可拆卸的设置于加热区与冷却区之间，极大的减小了加热区内热量向下部的冷却区辐射散热量，使得隔热挡板处的温度梯度得到了很大的提高，从而获得高质量的柱晶/单晶铸件。由于隔热挡板可拆卸、替换，在实际浇铸时隔热挡板可根据不同的型壳进行相应的制备，以便获得最大的温度梯度。兼容不同大小尺寸型壳在较高的温度梯度下实现定向凝固过程，获得高质量的柱晶/单晶组织制备。此外，本实用新型公开的托举机构以及传动机构操纵简易，并同时提高隔热挡板的更换效率。
附图说明
18.图1为本实用新型立体结构示意图。
19.图2为本实用新型隔热挡板俯视结构示意图。
20.图3为本实用新型热挡板主视结构示意图。
21.图4为本实用新型隔热挡板与型壳结构示意图。
22.图5为本实用新型托举机构与传动机构结构示意图。
23.图6为本实用新型传动机构结构示意图。
24.图7为本实用新型传动机构示意图。
25.图8为本实用新型托举机构示意图。
26.图9为图5中a处放大结构示意图。
27.图10为本实用新型传动连接件结构示意图。
28.图中：1.加热炉壳、2.结晶器、3.型壳、4.隔热挡板、5.凸起部、6托举机构、7.支撑杆、8.导向圈、9.竖向杆、10.传动机构、11.固定平台、12.同步圈、13.固定圈、14.立柱、15.第一螺栓、16.第二螺栓、17.传动连接件、18.第一连接部、19.第一长条状通孔、20.圆孔、21.第二连接部、22.第二长条状通孔、23.气缸、24.传动杆、25.连接块、26.第三螺栓、27.第三长条状通孔。
具体实施方式
29.如图1至图10所示，为实现提高定向凝固温度梯度，替代现有技术中将隔热挡板4固设于加热炉壳1底部的技术手段，提供一种定向凝固温度梯度的可拆卸的隔热挡板4控制系统，包括加热炉壳1、结晶器2、型壳3、隔热挡板4、托举机构6、传动机构10。
30.所述加热炉壳1为下方开口的圆柱形槽体结构，型壳3的上部位于加热炉壳1内，型壳3上方设有浇冒口，熔融的液态金属通过浇冒口浇入至型壳3内，结晶器2设置于型壳3下底端，结晶器2用于对加速型壳3内部的液态溶液凝固。所述隔热挡板4为环形结构，隔热挡板由硬毡材质制成，其外径大于加热炉壳1的下方开口的内径，隔热挡板4套设于型壳3外且位于结晶器2上方。在型壳3准备阶段，先将隔热挡板4套在型壳3底部，然后将隔热挡板4和型壳3一起上升，使隔热挡板4位于加热区与冷却区之间。
31.所述隔热挡板4通过托举机构6托举使隔热挡板4与加热炉壳1的下缘相抵靠，防止型壳3定向抽拉时隔热挡板4出现移动。如图8所示，所述托举机构6包括支撑杆7、导向圈8，所述导向圈8为上下开口的环形筒状结构，导向圈8的内径大于隔热挡板4的外径，使隔热挡板4在更换过程中，能够穿过导向圈8。导向圈8的侧壁上开设有朝向导向圈8轴心方向的导向通孔，导向圈8固设于加热炉壳1的下方，所述支撑杆7为杆状结构，支撑杆7长度方向与水平面相平行，支撑杆7的一端穿过导向圈8侧壁上的导向通孔，支撑杆7可沿导向通孔进行移动，支撑杆7的另一端连接有传动机构10。传动机构10用于驱动支撑杆7朝向或远离导向圈8轴心方向运动。
32.所述传动机构10包括驱动部、传动部，所述传动部与支撑杆7远离导向圈8轴心的一端连接，驱动部与传动部连接，为传动部提供动力源，驱动部对传动部施加力使传动部推动支撑杆7向导向圈8的轴心方向运动，使支撑杆7托起隔热挡板4。
33.在上述实施例中，工作时首先将隔热挡板4套设于型壳3外，然后随型壳3一同上升，隔热挡板4与加热炉壳1下缘相抵靠时，传动机构10的驱动部驱动传动部对支撑杆7施加朝向导向圈8轴心方向的力，使支撑杆7朝向导向圈8轴心方向运动，对隔热挡板4进行支撑。
34.在本实用新型的一种实施例中，如图5所示，所述传动机构10的传动部包括固定平
台11、同步圈12、固定圈13、立柱14、第一螺栓15、第二螺栓16、传动连接件17。
35.所述固定平台11为中心设有圆孔20的平板状结构，所述固定圈13、同步圈12均为圆环状结构，所述固定圈13通过立柱14固设于固定平台11上方，固定圈13的轴心与固定平台11的中心位置圆孔20的轴心处于同一条直线上。所述立柱14为柱状结构，立柱14竖向设置于固定平台11上，固定圈13位于立柱14的上端，第一螺栓15穿过固定圈13螺接于立柱14内，将固定圈13固定。同步圈12套设于固定圈13外，同步圈12与固定圈13之间通过轴承结构连接，使同步圈12可相对于固定圈13进行转动。
36.传动机构10的传动连接件17包括第一连接部18、第二连接部21，第一连接部18与第二连接部21均为长条状结构，第一连接部18与第二连接部21长度方向的端部交错连接，即第一连接部18长度方向上的首端与第二连接部21长度方向上的尾端交错连接形成“z”形结构，第一连接部18的长度方向上的首端开设有圆孔20，第一连接部18上延其长度方向开设有第一长条状通孔19，位于第一连接部18长度方向的首端连接有第二连接部21，第二连接部21的宽度方向的侧表面与第一连接部18宽度方向的侧表面连接，第二连接部21的长度方向与第一连接部18的长度方向的夹角为锐角，第二连接部21上延其长度方向开设有第二长条状通孔22；
37.传动连接件17位于固定圈13的下方，传动连接件17通过其第一连接部18上的圆孔20套设于所述立柱14上，使传动连接件17可以立柱14为轴进行转动。传动连接件17的第一连接部18位于同步圈12的一侧，第二螺栓16竖向穿过同步圈12且第二螺栓16的螺杆穿过传动连接件17的第一连接部18上的第一长条状通孔19。同步圈12相对于固定圈13转动可带动第二螺栓16转动，由于第二螺栓16的螺杆穿过传动连接件17的第一连接部18上的第一长条状通孔19，实现同步圈12相对于固定圈13转动时，第二螺栓16的螺杆在第一连接部18上的第一长条状通孔19内滑动，同时拨动传动连接件17的第一连接部18，使传动连接件17以第一螺栓15的螺杆为轴进行旋转。
38.所述托举机构6还包括竖向杆9，竖向杆9竖向设置，其上端与支撑杆7远离导向圈8轴心的一端连接，竖向杆9的下部穿过传动连接件17的第二连接部21上的第二长条状通孔22。如图9、图10所示，当传动连接件17以立柱14为轴进行顺时针旋转时，竖向杆9在传动连接件17第二连接部21的第二长条状通孔22内滑动，且通过第二连接部21的第二长条状通孔22位置处的侧壁推动，使竖向杆9推动支撑杆7朝向导向圈8轴心方向运动，使支撑杆7托起隔热挡板4。当传动连接件17以立柱14为轴进行逆时针旋转时，竖向杆9在传动连接件17第二连接部21的第二长条状通孔22内滑动，且通过第二连接部21的第二长条状通孔22位置处的侧壁推动，使竖向杆9推动支撑杆7朝向远离导向圈8轴心方向运动，使支撑杆7收缩，此时隔热挡板4无支撑杆7支撑，可将隔热挡板4取出。
39.在本实用新型的一种实施例中，所述传动机构10的驱动部包括气缸23、传动杆24、连接块25、第三螺栓26，所述连接块25上开设有第三长条状通孔27，第三螺栓26穿过连接块25上的第三长条状通孔27螺接于所述传动部的同步圈12上，所述传动杆24的一端与气缸23的活塞杆连接，传动杆24的另一端与连接块25连接。所述连接块25上的第三长条状通孔27的长度方向与传动杆24的长度方向互成一定夹角，使传动杆24在气缸23的推动下伸出，连接块25向前运动，此时第三螺栓26在连接块25的第三长条状通孔27内滑动，并随连接块25上第三长条状通孔27位置处的侧壁推动，带动第三螺栓26推动转动圈顺时针运动。当传动
杆24在气缸23的驱动下收缩，连接块25向后运动，此时第三螺栓26在连接块25的第三长条状通孔27内滑动，并随连接块25上第三长条状通孔27位置处的侧壁推动，带动第三螺栓26推动转动圈逆时针运动。
40.在本实用新型的一种实施例中，所述隔热挡板4的侧缘为上窄下宽的阶梯状结构，相应的加热炉壳1的下方开口处的侧缘为与隔热挡板4的侧缘相配合的阶梯状结构。当隔热挡板4随型壳3上升时，隔热挡板4的侧缘与加热炉壳1下方开口处的侧缘能够完全契合，降低加热区与冷却区之间的间隙，大幅度降低了加热区向冷却区的热辐射量，提高了设备固液界面处的温度梯度。
41.在本实用新型的一种实施例中，所述托举机构6的竖向杆9、支撑杆7设有六组，相应的传动机构10的立柱14、第一螺栓15、第二螺栓16、传动连接件17设有六组。设置六组支撑杆7的目的在于能够为隔热挡板4施加更加稳固的支撑力。
42.在本实用新型的一种实施例中，特提出高温合金叶片定向凝固用隔热挡板4结构。所述型壳3包括多个竖向设置的中空筒体，中空筒体的内部空心结构为合金叶片形状，相邻两个中空筒体之间具有一定间隙，型壳3的上端设有浇冒口。所述隔热挡板4内圈上延其周向排布有多个朝向隔热挡板4中心的凸起部5，所述凸起部5能够穿过型壳3上两个相邻中空筒体之间的间隙，进一步减少加热区与冷却区之间的间隙，降低热传递。
43.作为本实施例的优选技术方案，所述隔热挡板4上的凸起部5可设置于三角形、长方形等形状，其目的在于减少加热区与冷却区之间的间隙。
44.工作流程：在型壳3准备阶段，先将隔热挡板4套在型壳3底部，然后隔热挡板4随型壳3一起上升，型壳3上升至加热区内，隔热挡板4上升过程中收到加热炉壳1的挡止后停止上升，此时传动机构10的驱动部的气缸23伸出，驱动传动部的同步圈12进行顺时针旋转，通过传动连接件17推动竖向杆9带动支撑杆7朝向导向圈8轴心方向伸出，实托举机构6的支撑杆7对隔热挡板4进行支撑。当浇铸完成之后，对型壳3定向凝固，对型壳3向下抽拉，当型壳3完成定向凝固后，传动机构10驱动同步圈12逆时针旋转，通过传动连接件17推动竖向杆9带动支撑杆7朝向远离导向圈8轴心方向收缩，从而隔热挡板4从热区和冷区中间自动落下，随型壳3一起取出。
45.以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：

1.一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，其特征在于，包括加热炉壳(1)、结晶器(2)、型壳(3)、隔热挡板(4)、托举机构(6)、传动机构(10)；所述加热炉壳(1)为圆柱形槽体结构，型壳(3)的上部位于加热炉壳(1)内，结晶器(2)设置于型壳(3)下底端，所述隔热挡板(4)为环形结构，其外径大于加热炉壳(1)的下方开口的内径，隔热挡板(4)套设于型壳(3)外且位于结晶器(2)上方；所述隔热挡板(4)通过托举机构(6)托举使隔热挡板(4)与加热炉壳(1)的下缘相抵靠，所述托举机构(6)包括支撑杆(7)、导向圈(8)，所述导向圈(8)为上下开口的环形筒状结构且导向圈(8)的内径大于隔热挡板(4)的外径，其侧壁上开设有朝向导向圈(8)轴心方向的导向通孔，导向圈(8)固设于加热炉壳(1)的下方，所述支撑杆(7)为杆状结构，支撑杆(7)的一端穿过导向圈(8)侧壁上的导向通孔，支撑杆(7)的另一端连接有传动机构(10)；所述传动机构(10)包括驱动部、传动部，所述传动部与支撑杆(7)连接，驱动部与传动部连接，驱动部对传动部施加力使传动部推动支撑杆(7)向导向圈(8)的轴心方向运动，使支撑杆(7)托起隔热挡板(4)。2.根据权利要求1所述的一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，其特征在于，所述传动机构(10)的传动部包括固定平台(11)、同步圈(12)、固定圈(13)、立柱(14)、第一螺栓(15)、第二螺栓(16)、传动连接件(17)；所述固定圈(13)、同步圈(12)均为圆环状结构，所述固定圈(13)通过立柱(14)固设于固定平台(11)上方，所述立柱(14)为柱状结构，其竖向设置于固定平台(11)上，固定圈(13)位于立柱(14)的上端，第一螺栓(15)穿过固定圈(13)螺接于立柱(14)内，同步圈(12)套设于固定圈(13)外，同步圈(12)与固定圈(13)之间通过轴承结构连接；传动机构(10)的传动连接件(17)包括第一连接部(18)、第二连接部(21)，第一连接部(18)与第二连接部(21)均为长条状结构，第一连接部(18)长度方向的首端与第二连接部(21)长度方向的尾端交错连接，第一连接部(18)的长度方向上的首端开设有圆孔(20)，第一连接部(18)上延其长度方向开设有第一长条状通孔(19)，位于第一连接部(18)长度方向的首端连接有第二连接部(21)，第二连接部(21)的长度方向与第一连接部(18)的长度方向的夹角为锐角，第二连接部(21)上延其长度方向开设有第二长条状通孔(22)；传动连接件(17)位于固定圈(13)的下方且通过其第一连接部(18)上的圆孔(20)套设于所述立柱(14)上，传动连接件(17)的第一连接部(18)位于靠近同步圈(12)的一侧，第二螺栓(16)竖向穿过同步圈(12)且其螺杆穿过传动连接件(17)的第一连接部(18)上的第一长条状通孔(19)，使第二螺栓(16)通过同步圈(12)的转动带动传动连接件(17)以立柱(14)为轴旋转；传动连接件(17)的第二连接部(21)位于靠近导向圈(8)的一侧，所述托举机构(6)还包括竖向杆(9)，竖向杆(9)竖向设置，其上端与支撑杆(7)远离导向圈(8)轴心的一端连接，竖向杆(9)的下部穿过传动连接件(17)的第二连接部(21)上的第二长条状通孔(22)，随传动连接件(17)顺时针或逆时针转动，竖向杆(9)在传动连接件(17)的第二连接部(21)的第二长条状通孔(22)内滑动，通过第二连接部(21)上的第二长条状通孔(22)位置处的侧壁推动，使竖向杆(9)推动支撑杆(7)朝向或远离导向圈(8)轴心方向运动。3.根据权利要求2所述的一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，其特征在于，所述传动机构(10)的驱动部包括气缸(23)、传动杆(24)、连接块(25)、第三螺栓(26)，所
述连接块(25)上开设有第三长条状通孔(27)，第三螺栓(26)穿过连接块(25)上的第三长条状通孔(27)螺接于所述传动部的同步圈(12)上，所述传动杆(24)的一端与气缸(23)的活塞杆连接，传动杆(24)的另一端与连接块(25)连接。4.根据权利要求1所述的一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，其特征在于，所述隔热挡板(4)的侧缘为上窄下宽的阶梯状结构，相应的加热炉壳(1)的下方开口处的侧缘为与隔热挡板(4)的侧缘相配合的阶梯状结构。5.根据权利要求1所述的一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，其特征在于，所述隔热挡板(4)内圈上延其周向排布有多个朝向隔热挡板(4)中心的凸起部(5)。6.根据权利要求3所述的一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，其特征在于，所述托举机构(6)的竖向杆(9)、支撑杆(7)设有六组，相应的传动机构(10)的立柱(14)、第一螺栓(15)、第二螺栓(16)、传动连接件(17)设有六组。

技术总结

一种提高定向凝固温度梯度的隔热挡板控制系统，加热炉壳为圆柱形槽体结构，型壳位于加热炉壳内，结晶器设置于型壳下底端，隔热挡板为环形结构，隔热挡板套设于型壳下部且位于结晶器上方；隔热挡板通过托举机构托举使隔热挡板与加热炉壳的下缘相抵靠，托举机构包括支撑杆、导向圈，导向圈为上下开口的环形筒状结构，其侧壁上开设有朝向导向圈轴心方向的导向通孔，导向圈固设于加热炉壳的下方，支撑杆的一端穿过导向圈侧壁上的导向通孔，支撑杆的另一端连接有传动机构；传动机构的驱动部对传动部使传动部推动支撑杆托起隔热挡板。本实用新型结构设计操作便捷，能够在浇铸不同尺寸和形状的铸件时大幅降低加热区与冷却区的传热量。状的铸件时大幅降低加热区与冷却区的传热量。状的铸件时大幅降低加热区与冷却区的传热量。