本發(fā)明屬鑄造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種真空調(diào)速澆注過程的多探針測速方法與裝置。

背景技術(shù)：

鋁合金及鎂合金因其比強度大、質(zhì)量輕，鑄造性能良好等特點，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域，并在這些領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。伴隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，也不斷地對鋁合金及鎂合金的性能提出更高的要求。

由于鋁合金及鎂合金中的鋁元素和鎂元素均為化學(xué)性質(zhì)極為活潑的元素，很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)而被氧化。因此，在鋁合金及鎂合金的澆注過程中，如果能夠保證熔體不與或者少與空氣接觸，就能減少合金在澆注過程中的氧化，減少合金熔體內(nèi)的氧化夾雜，從而最終減少合金鑄件的缺陷，提高合金鑄件的性能。同時，如果能夠在澆注時實現(xiàn)合金的精確定量，就能提高材料的利用率，減少原材料的浪費，減少鑄件成型后的二次加工，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。同時，在某些鑄造方法中，如擠壓鑄造，澆注過程中由于澆注速度控制不當(dāng)，非常容易出現(xiàn)金屬熔體飛濺，造成充型的不穩(wěn)定并造成安全隱患，同時也影響了設(shè)備的使用壽命，是影響鑄件質(zhì)量的重要因素之一，而要解決飛濺問題，則需要實現(xiàn)金屬熔體澆注速度的精確控制，使金屬熔體可以在可控條件下充型，但在實際生產(chǎn)中，熔體的攝取和澆注口要反復(fù)執(zhí)行從保溫容器攝取-模具或者壓室澆注的過程，此過程中攝取和澆注口非常容易出現(xiàn)熔體凍結(jié)的現(xiàn)象，使?jié)沧⒖诿娣e出現(xiàn)變化，因而導(dǎo)致在基于理想狀況的澆注參數(shù)發(fā)生偏移，同時澆注過程通常在高溫密封的環(huán)境下進(jìn)行，實時監(jiān)控具有非常大的難度，因而實現(xiàn)一種澆注過程中對澆注速度的快捷、方便的實時測定方法具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種真空調(diào)速澆注過程的多探針測速方法與裝置。

本發(fā)明完整的技術(shù)方案包括：

一種真空調(diào)速澆注過程的多探針測速裝置，所述的裝置具有密封容器，所述密封容器用于在熔煉爐或保溫爐處實現(xiàn)金屬熔體攝取，并在模具或者壓室處實現(xiàn)金屬熔體的澆注，在所述的密封容器內(nèi)部設(shè)有若干內(nèi)部金屬液面探針，所述內(nèi)部金屬液面探針用于實時監(jiān)測容器內(nèi)合金熔體液面的的高度，每個內(nèi)部金屬液面探針的下端部按照一定的高度差分布在密封容器內(nèi)部，所述每個內(nèi)部金屬液面探針均與反饋信號接收裝置電連接。

所述多探針測速裝置還包括用于實現(xiàn)金屬熔體攝取和澆注的氣動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

利用所述裝置進(jìn)行澆注過程實時測速的方法，其中測速是指能夠在澆注過程中實時監(jiān)測密封容器內(nèi)合金熔體液面的下降速度，其特征在于，

在澆注開始時，金屬熔體液面高度高于所有探針，此時所有探針均位于液面以下并處于連通狀態(tài)，此時按預(yù)設(shè)參數(shù)開始澆注，熔體液面下降，第一個探針與熔體分離，設(shè)此時密封容器內(nèi)合金熔體液面的高度是h₁，并開始計時，隨著合金熔體液面繼續(xù)下降，第二個探針與熔體分離，設(shè)此時密封容器內(nèi)合金熔體液面的高度是h₂，設(shè)此過程中兩個金屬液面探針高度差為Δh＝h₁-h₂，經(jīng)過時間為Δt，根據(jù)如下公式計算此過程中熔體的實際澆注速度：

式中，P₁為密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強，ρ為合金熔體的密度，P₀為大氣壓，g為重力加速度。v_1r為密封容器內(nèi)合金熔體液面的實際下降速度，v_2r為合金熔體出口處的實際流速。

當(dāng)合金熔體液面繼續(xù)下降，隨后的各探針與熔體分離時，重復(fù)上述過程，得到每一階段實際的澆注速度。

上述計算由所述控制系統(tǒng)實時完成。

本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明使用多個內(nèi)部金屬液面探針對密封容器內(nèi)部的合金熔體液面高度進(jìn)行監(jiān)測，并通過計算得到合金熔體的澆注速度。判斷澆注速度是否過快或者過慢，從而判斷設(shè)備是否出現(xiàn)問題，在澆注過程中合金熔體是否會產(chǎn)生卷氣或者氧化夾雜等問題，便于澆注過程中問題的發(fā)現(xiàn)和解決。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多探針測速裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的真空調(diào)速澆注過程的精確調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的抽真空裝置和壓縮氣體填充裝置氣路控制系統(tǒng)示意圖。

圖4為本發(fā)明的攝取合金熔體過程示意圖。

其中，1—機械裝置；2—固定裝置；3—氣缸；4—真空調(diào)速定量澆注裝置；5—反饋信號接收裝置；6—控制系統(tǒng)；7—合金熔體；8—爐體；9—壓室或者模具；31—活塞桿；32—連接桿；41—密封容器；42—內(nèi)部金屬液位檢測裝置；43—關(guān)閉塞；44—外部金屬液面探針；45—抽真空裝置；46—壓縮氣體填充裝置；411—容器罐；412—容器罐底部開口；413—上蓋；414—法蘭盤；4131—通氣孔；451—真空緩沖罐；452—氣動球閥一；461—貯氣罐；462—壓力計一；463—減壓閥；464—氣動球閥二；465—數(shù)字式組合閥；466—壓力計二。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種真空調(diào)速澆注過程的多探針測速裝置，所述的裝置具有密封容器，所述密封容器用于在熔煉爐或保溫爐處實現(xiàn)金屬熔體攝取，并在模具或者壓室處實現(xiàn)金屬熔體的澆注，在所述的密封容器內(nèi)部設(shè)有若干內(nèi)部金屬液面探針，所述內(nèi)部金屬液面探針用于實時監(jiān)測容器內(nèi)合金熔體液面的的高度，每個內(nèi)部金屬液面探針的下端部按照一定的高度差分布在密封容器內(nèi)部，所述每個內(nèi)部金屬液面探針均與反饋信號接收裝置電連接。

所述多探針測速裝置還包括用于實現(xiàn)金屬熔體攝取和澆注的氣動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

利用所述裝置進(jìn)行澆注過程實時測速的方法，其中測速是指能夠在澆注過程中實時監(jiān)測密封容器內(nèi)合金熔體液面的下降速度，其特征在于，

在澆注開始時，金屬熔體液面高度高于所有探針，此時所有探針均位于液面以下并處于連通狀態(tài)，此時按預(yù)設(shè)參數(shù)開始澆注，熔體液面下降，第一個探針與熔體分離，設(shè)此時密封容器內(nèi)合金熔體液面的高度是h₁，并開始計時，隨著合金熔體液面繼續(xù)下降，第二個探針與熔體分離，設(shè)此時密封容器內(nèi)合金熔體液面的高度是h₂，設(shè)此過程中兩個金屬液面探針高度差為Δh＝h₁-h₂，經(jīng)過時間為Δt，根據(jù)如下公式計算此過程中熔體的實際澆注速度：

式中，P₁為密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強，ρ為合金熔體的密度，P₀為大氣壓，g為重力加速度。v_1r為密封容器內(nèi)合金熔體液面的實際下降速度，v_2r為合金熔體出口處的實際流速。

當(dāng)合金熔體液面繼續(xù)下降，隨后的各探針與熔體分離時，重復(fù)上述過程，得到每一階段實際的澆注速度。

上述計算由所述控制系統(tǒng)實時完成。

優(yōu)選的，包含所述多探針測速裝置的真空調(diào)速澆注過程的精確調(diào)速設(shè)備，所述的裝置包括密封容器、澆注口開合裝置、抽真空裝置、壓縮氣體填充裝置、液面下降速度測定裝置、反饋信號接收裝置和控制系統(tǒng)；

所述密封容器用于儲存金屬熔體，并在熔煉爐或保溫爐處實現(xiàn)金屬熔體攝取，在模具或者壓室處實現(xiàn)金屬熔體的澆注；

所述澆注口開合裝置用以在金屬熔體的攝取、轉(zhuǎn)移、澆注過程中實現(xiàn)澆注口的開啟或關(guān)閉；

所述抽真空裝置用以實現(xiàn)密封容器內(nèi)的抽真空，用以實現(xiàn)金屬熔體的攝?。?/p>

所述壓縮氣體填充裝置用以實現(xiàn)澆注過程中金屬熔體的排出；

所述液面下降速度測定裝置用以測定澆注過程中密封容器內(nèi)金屬熔體的實際液面下降速度；

所述反饋信號接收裝置用于將金屬熔體攝取和排出過程中，密封容器內(nèi)金屬熔體液面高度、密封容器進(jìn)入熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔體深度等數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)；

所述控制系統(tǒng)控制抽真空裝置和澆注口開合裝置的啟動/停止、壓縮氣體填充裝置進(jìn)行氣體填充的壓力值。

更優(yōu)選的，所述的真空調(diào)速澆注過程的精確調(diào)速設(shè)備具體為：

合金熔體真空調(diào)速定量澆注設(shè)備，包括機械裝置1、固定裝置2、氣缸3、真空調(diào)速定量澆注裝置4、反饋信號接收裝置5、控制系統(tǒng)6。真空調(diào)速定量澆注裝置4又包含密封容器41、內(nèi)部金屬液位監(jiān)測裝置42、關(guān)閉塞43、外部金屬液面探針44、抽真空裝置45、壓縮氣體填充裝置46。固定裝置2為一T字形橫梁，一端固定一個氣缸3，一端固定真空調(diào)速定量澆注裝置4，最后一端固定在機械裝置1上，這樣既保證了氣缸3和真空調(diào)速定量澆注裝置4的相對固定，同時使整個設(shè)備可以在機械裝置1的控制下移動或者轉(zhuǎn)動。氣缸3包括一個活塞桿31和一個連接桿32。氣缸3固定在固定裝置2上。連接桿32為一個細(xì)桿，連接桿32一端連接活塞桿31，另一端連接關(guān)閉塞43，關(guān)閉塞43就能夠在氣缸3的控制下實現(xiàn)開啟和關(guān)閉。密封容器41由容器罐411、容器罐底部開口412、上蓋413、法蘭盤414這三部分組成。其中，罐411是一個圓柱形的空心容器，底部中心部位有容器罐底部開口412。容器罐411通過法蘭盤414固定在上蓋413上，連接處有密封圈保證裝置的氣密性。連接桿32通過上蓋413上面的通孔插入密封容器，通孔處設(shè)有密封圈保證裝置的氣密性。上蓋413上面的通氣孔4131通過未畫出的彈性補償管連接抽真空裝置45和壓縮氣體填充裝置46。即，抽真空裝置45和壓縮氣體填充裝置46通過通氣孔4131對密封容器41抽真空和填充氣體。關(guān)閉塞43為一圓臺形堵頭，它一端連接到連接桿32上，通過氣缸3的控制實現(xiàn)開閉。內(nèi)部金屬液位監(jiān)測裝置42固定在上蓋413上，作用是監(jiān)測合金熔體液面的實際高度和下降速度。外部金屬液面探針44固定在法蘭盤414上，作用是監(jiān)測容器罐底部開口412是否浸入合金熔體7的液面下一定的深度，保證在液面以下攝取合金熔體7。內(nèi)部金屬液位監(jiān)測裝置42、外部金屬液面探針44均電連接到反饋信號接收裝置5，用將物理信號轉(zhuǎn)換化為電信號。抽真空裝置45包括一個真空緩沖罐451和一個氣動球閥452，通過開關(guān)氣動球閥一來控制真空緩沖罐451對密封容器41抽真空動作的啟停。壓縮氣體填充裝置46包括貯氣罐461、氣壓計一462、減壓閥463、氣動球閥464、數(shù)字式組合閥465、氣壓計二466。貯氣罐461中貯存壓縮空氣或者惰性氣體，作為壓縮氣體填充裝置46的氣源。氣壓計一462用來監(jiān)測和反饋貯氣罐461中氣體的壓力。減壓閥463的作用是對從貯氣罐461中流入管路的氣體進(jìn)行減壓。通過對氣動球閥二464的開關(guān)實現(xiàn)貯氣罐461中壓縮空氣或者惰性氣體對密封容器41的填充的啟停。數(shù)字式組合閥465對壓縮氣體的壓強進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。氣壓計二466作用是監(jiān)測和反饋密封容器41中的氣壓。機械裝置1、氣缸3、抽真空裝置45、壓縮氣體填充裝置46、反饋信號接收裝置5均電連接到控制系統(tǒng)6上，以實現(xiàn)整個設(shè)備的自動控制。

以恒定速度澆注為例，對所述的合金熔體真空調(diào)速定量澆注設(shè)備的工作過程進(jìn)行說明，具體步驟包括：

1、確定需要攝取的合金熔體7的量以及澆注速度預(yù)設(shè)值和澆注量，輸入控制系統(tǒng)6；

2、通過控制系統(tǒng)6控制機械裝置1使設(shè)備在爐體8內(nèi)向下移動，直到外部金屬液面探針44接觸到合金熔體7的液面，外部金屬液面探針44通過反饋信號接收裝置5將信號傳給控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6控制機械裝置1停止移動；

3、通過控制系統(tǒng)6控制氣缸3動作，使活塞桿31位于1工位，此時關(guān)閉塞43打開；

4、通過控制系統(tǒng)6啟動抽真空裝置45，即開啟氣動球閥一452，通過通氣孔4131對密封容器41抽真空；

5、密封容器41內(nèi)液面在內(nèi)外壓差的作用下上升，內(nèi)部金屬液位監(jiān)測裝置42實時監(jiān)測液面位置并通過反饋信號接收裝置5反饋給控制系統(tǒng)6，當(dāng)合金熔體7的攝入量到達(dá)指定量時，在控制系統(tǒng)6作用下，氣缸31動作，使活塞桿31位于2工位，此時關(guān)閉塞43關(guān)閉，同時氣動球閥一452關(guān)閉，抽真空裝置45停止對密封容器41抽真空；

6、控制系統(tǒng)6控制機械裝置1移動定量澆注裝置4到壓室9的上方；

7、通過控制系統(tǒng)6控制氣缸31動作，使活塞桿31位于1工位，此時關(guān)閉塞43打開，同時氣動球閥二464開啟，啟動壓縮氣體填充裝置46，向通氣孔4131內(nèi)通入壓縮氣體，合金熔體在壓縮氣體推力及重力的作用下澆入壓室9；

其中，在本步驟中，初始的澆注速度為預(yù)設(shè)值，該澆注速度的預(yù)設(shè)值通過密封容器內(nèi)的預(yù)設(shè)氣體壓強來實現(xiàn)，該預(yù)設(shè)氣體壓強由以下方法確定：

設(shè)預(yù)設(shè)的澆注速度為v₂，根據(jù)如下公式(1)(2)確定得到v₂所需要的密封容器內(nèi)的預(yù)設(shè)氣體壓強P₁：

v₂＝Cv₁ (2)

上式中，P₁為密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強，h為合金熔體液面實時高度，v₁為密封容器內(nèi)部合金熔體液面下降速度，v₂為密封容器底部開口處合金熔體的流速即澆注速度v₂，C為容器罐徑向截面積和容器罐底部開口徑向截面積之初始比，ρ為合金熔體的密度，P₀為大氣壓，g為重力加速度。

8、由于在澆注過程中，合金熔體液面實時高度h是實時發(fā)生變化的，因而密封容器內(nèi)氣體預(yù)設(shè)壓強P₁也應(yīng)該實時發(fā)生變化，因而控制系統(tǒng)6根據(jù)設(shè)定的澆注速度和壓力計二466、內(nèi)部金屬液位監(jiān)測裝置42的反饋信號，通過數(shù)字式組合閥465實時調(diào)整壓縮氣體填充裝置46的壓強，從而實現(xiàn)對澆注速度的控制。

9、澆注過程中，通過內(nèi)部金屬液位監(jiān)測裝置42實時監(jiān)測密封容器內(nèi)金屬液面實際下降速度v_1r，并通過反饋信號接收裝置5反饋給控制系統(tǒng)6，所述的金屬液面實際下降速度v_1r采用本發(fā)明所述的多探針方式，并根據(jù)如下公式(3)(4)確定容器罐徑向截面積和容器罐開口處徑向截面積的真實比值C_r。

v_2r＝C_rv_1r (4)

根據(jù)確定的容器罐徑向截面積和容器罐開口處徑向截面積的真實比值C_r對密封容器內(nèi)預(yù)設(shè)氣體壓強調(diào)整進(jìn)行調(diào)整，方法為將C_r，所需的澆注速度v₂及目前時刻合金熔體液面高度h參數(shù)，代入公式(1)(2)，得到目前時刻容器內(nèi)所需壓強P_1r。

在澆注過程中，以上計算由控制系統(tǒng)不斷地執(zhí)行，從而根據(jù)實際情況的改變實現(xiàn)對澆注速度的精確調(diào)整。

10、當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的澆注量時，控制系統(tǒng)6控制氣缸31動作，使活塞桿31位于2工位，此時關(guān)閉塞43關(guān)閉，同時控制氣動球閥二464關(guān)閉，壓縮氣體填充裝置46停止向密封容器41充氣；

11、控制系統(tǒng)6控制機械裝置1帶動真空調(diào)速定量澆注裝置4從壓室移開，等待下一次澆注或者攝取熔體。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。