CN107520426A - 一种大型铸件低压铸造承载转换装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型铸件低压铸造承载转换装置及其制造方法，包括支架、斜铁和传感器；支架通过斜铁安装在地面上，支架与斜铁之间设有用于测量承力载荷的传感器。本发明通过将炉体安装在支架中，有效分散了炉体承受的载荷，克服了传统的中小型铸造设备承载能力较低的难题；通过支架、斜铁和传感器的配合，灵活调节支架与台面的接触程度，解决了传统的中小型铸造设备气密性能较弱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型铸件低压铸造承载转换装置及其制造方法，尤其适用于中型铸造炉的低压浇注，属于金属工艺及铸造工程技术领域。
背景技术
随着薄壁复杂铸件朝着“轻量化”、“精密化”的方向发展，现代航空、航天等领域对复杂薄壁铸件的需求越来越明显，这些复杂薄壁零部件具有壁薄、结构复杂、轮廓尺寸大、尺寸精度高、内部质量要求高等特点。大型复杂薄壁件的铸造技术已成为国防现代化建设的应具备的关键技术之一，目前，低压铸造已广泛应用到铸造领域中，是一种常用的精密成型方法，也适用于生产大型薄壁复杂铸件。而对于以生产中、小型铸件为主的企业来说，需逐步向生产大型复杂铸件的趋势转变。但在起步阶段，企业仍以生产中、小型铸件为盈利对象，大型及超大型铸件只能作为试制产品，批量较小，若新购置配套的铸造设备，利用率低，造成大量成本积压；若利用现有设备，炉体达不到大型铸件的承载能力。因此，亟需开展铸造炉体承载转换装置的研究工作，制定一系列设计方法和校验方法，研制一种可行性装备，使现有低压铸造炉可根据实际需要进行自由转换。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种大型铸件低压铸造承载转换装置及其制造方法，通过将炉体安装在支架中，有效分散了炉体承受的载荷，克服了传统的中小型铸造设备承载能力较低的难题；通过支架、斜铁和传感器的配合，灵活调节支架与台面的接触程度，解决了传统的中小型铸造设备气密性能较弱的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种大型铸件低压铸造承载转换装置，包括支架、斜铁和传感器；支架通过斜铁安装在地面上，支架与斜铁之间设有用于测量承力载荷的传感器。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置中，所述支架包括承重梁、支撑梁、立柱和加强筋；承重梁、支撑梁和立柱均为型钢，承重梁的截面形状为工字形，支撑梁和立柱的截面形状均为矩形，承重梁和支撑梁相互垂直且交错焊接在立柱上形成框架结构，支撑梁和立柱焊接处设有用于补强结构的加强筋。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置中，所述承重梁和支撑梁的数量均不少于两根，立柱的数量不少于四根，一根支撑梁的两端分别焊接在两根立柱的端部且多根支撑梁相互平行，承重梁与支撑梁不共面，多根承重梁相互平行。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置中，所述斜铁的单块承载能力不小于两吨，斜铁的数量不少于四块，斜铁垫在支架与地面之间。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置中，所述传感器采用CFW/100KN型传感器，传感器的数量不少于两个，传感器设置在承重梁的中部。
一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，包括如下步骤：
第一步，利用低压铸造原理设计模型，再根据炉体的结构尺寸对模型的结构参数进行设定，然后根据力学理论对支架进行选材并焊接，随后对斜铁和传感器进行选型；
第二步，将斜铁放置在地面上，再将焊接完毕的支架安装在斜铁上，然后将传感器安装在支架和斜铁之间；
第三步，利用低压铸造工艺原理对所述大型铸件低压铸造承载转换装置进行验证。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法中，所述第一步中，炉体放置在支架中且炉体不与支架贴合，支架的高度小于铸造台面至地面的高度差。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法中，所述第一步中，支架的材料采用工字钢、槽钢或方钢；
P≥nFmax；
H+Ymax＜△H；
式中：P表示承重梁的最大剪切力，n表示安全系数，Fmax表示承重梁所受最大力，H表示型材截面高度，Ymax表示承重梁的最大挠度，△H表示炉体上沿与坩埚上沿的高度差；
P＝σ0.2×S；
式中：σ0.2表示屈服强度，S为型材的截面积，σ0.2、S值可通过《机械工程，专用机械卷二》查得；
Ymax＝0.0642Mmax l2/EI；
式中：Mmax表示承重梁所受的最大载荷，l表示承重梁长度，E表示弹性模量，I表示截面惯性矩；
Mmax＝σ0.2×S/4；
式中：B、H、b、h均为型材参数，可通过《机械工程，专用机械卷二》查得。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法中，所述第一步中，斜铁的承载能力大于本装置工作时的最大系统重量，传感器的量程大于本装置工作时的最大系统重量。
在上述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法中，所述第三步中，验证包括如下步骤：
步骤3.1，将台面放置在支架上，然后在台面上分别放置3t、4t、4.5t、5t、6t的重物，用游标卡尺测量承重梁的挠曲变形量；
若承重梁的挠曲变形量小于5mm，则通过承载能力验证，若承重梁的挠曲变形量不小于5mm，则重新制造并进行承载能力验证；
步骤3.2，将炉体放置在通过承载能力验证的支架中，再将台面放置在支架上，随后利用斜铁微调支架，使得支架与台面接触，然后进行浇注；
若浇注过程未发生跑火现象且铸件完好，则通过气密性验证，若浇注过程发生跑火现象或者铸件存在大面积浇注不足的现象，则重新制造并进行承载能力验证和气密性验证。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明综合考虑了工厂现阶段生产状况与未来的发展趋势，使大、中型铸件可共用现有的中型铸造设备，成本低廉、简单易行、综合性强。
【2】本发明公开了低压铸造承载转换装置的制造方法，可以为企业的转型发展提供思路，此方法高效快捷、合理通用，能够大幅降低企业的成本投入，节约了人力物力资源。
【3】本发明的生产自由度较大，工厂可以随时根据铸件的规格进行转换，推动了低压铸造领域的深远发展。
【4】本发明整体结构紧凑，集成度高，功能结构实现了简约化的设计要求，适用于多种工作环境，且具有较长的使用寿命，在复杂工况下依然能够良好运转，具有通用性强、适用范围广的特点。
【5】本发明的承重梁、立柱、斜铁和传感器拆装灵活，而且便于维修和更换，大幅降低了生产成本，在工艺流程也得到了相应的简化，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构图
图2为本发明的剖视图
图3为本发明的流程图
其中：1支架；101承重梁；102支撑梁；103立柱；104加强筋；2斜铁；3传感器；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～2所示，一种大型铸件低压铸造承载转换装置，包括支架1、斜铁2和传感器3；支架1通过斜铁2安装在地面上，支架1与斜铁2之间设有用于测量承力载荷的传感器3。
优选的，支架1包括承重梁101、支撑梁102、立柱103和加强筋104；承重梁101、支撑梁102和立柱103均为型钢，承重梁101的截面形状为工字形，支撑梁102和立柱103的截面形状均为矩形，承重梁101和支撑梁102相互垂直且交错焊接在立柱103上形成框架结构，支撑梁102和立柱103焊接处设有用于补强结构的加强筋104。
优选的，承重梁101和支撑梁102的数量设为两根，立柱103的数量设为四根，一根支撑梁102的两端分别焊接在两根立柱103的端部且多根支撑梁102相互平行，承重梁101与支撑梁102不共面，多根承重梁101相互平行。
优选的，斜铁2的单块承载能力不小于两吨，斜铁2的数量设为四块，四块斜铁2分别垫在四根立柱103与地面之间。
优选的，传感器3采用CFW/100KN型传感器，传感器3的数量设为两个，两个传感器3分别设置在两根承重梁101的上表面中部。
如图3所示，一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，包括如下步骤：
第一步，利用低压铸造原理设计模型，再根据炉体的结构尺寸对模型的结构参数进行设定，然后根据力学理论对支架1进行选材并焊接，随后对斜铁2和传感器3进行选型；
第二步，将斜铁2放置在地面上，再将焊接完毕的支架1安装在斜铁2上，然后将传感器3安装在支架1和斜铁2之间；
第三步，利用低压铸造工艺原理对所述大型铸件低压铸造承载转换装置进行验证。
优选的，第一步中，炉体放置在支架1中且炉体不与支架1贴合，支架1的高度小于铸造台面至地面的高度差。
优选的，第一步中，支架1的材料采用工字钢、槽钢或方钢；
对支架1进行选材时，强度校核需满足如下条件：
P≥nFmax；
H+Ymax＜△H；
式中：P表示承重梁的最大剪切力，n表示安全系数，Fmax表示承重梁所受最大力，H表示型材截面高度，Ymax表示承重梁的最大挠度，△H表示炉体上沿与坩埚上沿的高度差；
P＝σ0.2×S；
式中：σ0.2表示屈服强度，S为型材的截面积，σ0.2、S值可通过《机械工程，专用机械卷二》查得；
Ymax＝0.0642Mmax l2/EI；
式中：Mmax表示承重梁所受的最大载荷，l表示承重梁长度，E表示弹性模量，I表示截面惯性矩；
Mmax＝σ0.2×S/4；
式中：B、H、b、h均为型材参数，可通过《机械工程，专用机械卷二》查得
优选的，第一步中，斜铁2的承载能力大于本装置工作时的最大系统重量，传感器3的量程大于本装置工作时的最大系统重量。
优选的，第三步中，验证包括如下步骤：
步骤3.1，将台面放置在支架1上，然后在台面上分别放置3t、4t、4.5t、5t、6t的重物，用游标卡尺测量承重梁的挠曲变形量；
若承重梁的挠曲变形量小于5mm，则通过承载能力验证，若承重梁的挠曲变形量不小于5mm，则重新制造并进行承载能力验证；
步骤3.2，将炉体放置在通过承载能力验证的支架1中，再将台面放置在支架1上，随后利用斜铁2微调支架1，使得支架1与台面接触，然后进行浇注；
若浇注过程未发生跑火现象且铸件完好，则通过气密性验证，若浇注过程发生跑火现象或者铸件存在大面积浇注不足的现象，则重新制造并进行承载能力验证和气密性验证。
实施例一：
某车间现有炉体的最大承载重量为3t，适用于铸造中小型铸件，现接到某大型舱段研制任务，经计算，浇注此铸件将对炉体产生的最大压力高达4.5t，利用现有炉体无法进行浇注。
根据车间内铸造炉体和坩埚的尺寸确定支架的具体参数如下：
两根承重梁101之间的距离L1＝1200mm；
承重装置的总体高度H1＝500mm；
两根支撑梁102之间的距离L2＝1600mm；
由以上参数对照型材列表确定满足条件的型材，由于工字钢、H型钢和方钢不满足H＜100mm，故选择型材8#槽钢为制作材料，考虑系统的平稳性和安全性，采用两根槽钢对称拼焊组成工字钢结构使用。
强度校核：
经查手册，槽钢的性能指标及参数指标如下：
σ0.2＝(177～206)MPa；
E＝(172～202)MPa；
I＝(BH3-bh3)/12＝323cm4；
安全系数n取5，承重梁所受最大力Fmax＝5t，则：
P＝σ0.2×S＝(36.278～42.22)t＞nFmax；
Ymax＝0.0642Mmaxl2/EI＝5.9mm；
H+Ymax＝80+5.9＜△H＝100mm。
上述校核计算结果表明，本实施例的设计及材料选择满足强度校核要求。
承载能力验证：
安装支架1、斜铁2和传感器3，将台面放置在支架1上，然后在台面上分别放置3t、4t、4.5t、5t、6t的重物，用游标卡尺测量承重梁的挠曲变形量；
经试验验证，放置以上重物时，测得承重梁101的挠曲变形均小于5mm，通过承载能力验证。
气密性验证：
将炉体放置在通过承载能力验证的支架1中，再将台面放置在支架1上，随后利用斜铁2微调支架1，使得支架1与台面接触，同时注意观察传感器3的读数，当四个传感器3的读数趋于一致且读数之和等于台面重量时，支架1的调节妥当，然后进行浇注；
经试验验证，铸件完好，浇注过程中未发生跑火现象且不存在浇不足缺陷，通过气密性验证。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种大型铸件低压铸造承载转换装置，其特征在于：包括支架(1)、斜铁(2)和传感器(3)；支架(1)通过斜铁(2)安装在地面上，支架(1)与斜铁(2)之间设有用于测量承力载荷的传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置，其特征在于：所述支架(1)包括承重梁(101)、支撑梁(102)、立柱(103)和加强筋(104)；承重梁(101)、支撑梁(102)和立柱(103)均为型钢，承重梁(101)的截面形状为工字形，支撑梁(102)和立柱(103)的截面形状均为矩形，承重梁(101)和支撑梁(102)相互垂直且交错焊接在立柱(103)上形成框架结构，支撑梁(102)和立柱(103)焊接处设有用于补强结构的加强筋(104)。
3.根据权利要求2所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置，其特征在于：所述承重梁(101)和支撑梁(102)的数量均不少于两根，立柱(103)的数量不少于四根，一根支撑梁(102)的两端分别焊接在两根立柱(103)的端部且多根支撑梁(102)相互平行，承重梁(101)与支撑梁(102)不共面，多根承重梁(101)相互平行。
4.根据权利要求1所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置，其特征在于：所述斜铁(2)的单块承载能力不小于两吨，斜铁(2)的数量不少于四块，斜铁(2)垫在支架(1)与地面之间。
5.根据权利要求1所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置，其特征在于：所述传感器(3)采用CFW/100KN型传感器，传感器(3)的数量不少于两个，传感器(3)设置在承重梁(101)的中部。
6.一种如权利要求1所述大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，利用低压铸造原理设计模型，再根据炉体的结构尺寸对模型的结构参数进行设定，然后根据力学理论对支架(1)进行选材并焊接，随后对斜铁(2)和传感器(3)进行选型；
第二步，将斜铁(2)放置在地面上，再将焊接完毕的支架(1)安装在斜铁(2)上，然后将传感器(3)安装在支架(1)和斜铁(2)之间；
第三步，利用低压铸造工艺原理对所述大型铸件低压铸造承载转换装置进行验证。
7.根据权利要求6所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，其特征在于：所述第一步中，炉体放置在支架(1)中且炉体不与支架(1)贴合，支架(1)的高度小于铸造台面至地面的高度差。
8.根据权利要求6所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，其特征在于：所述第一步中，支架(1)的材料采用工字钢、槽钢或方钢；
P≥nFmax；
H+Ymax＜△H；
式中：P表示承重梁的最大剪切力，n表示安全系数，Fmax表示承重梁所受最大力，H表示型材截面高度，Ymax表示承重梁的最大挠度，△H表示炉体上沿与坩埚上沿的高度差；
P＝σ0.2×S；
式中：σ0.2表示屈服强度，S为型材的截面积，σ0.2、S值可通过《机械工程，专用机械卷二》查得；
Ymax＝0.0642Mmaxl2/EI；
式中：Mmax表示承重梁所受的最大载荷，l表示承重梁长度，E表示弹性模量，I表示截面惯性矩；
Mmax＝σ0.2×S/4；
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式中：B、H、b、h均为型材参数，可通过《机械工程，专用机械卷二》查得。
9.根据权利要求6所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，其特征在于：所述第一步中，斜铁(2)的承载能力大于本装置工作时的最大系统重量，传感器(3)的量程大于本装置工作时的最大系统重量。
10.根据权利要求6所述的一种大型铸件低压铸造承载转换装置的制造方法，其特征在于：所述第三步中，验证包括如下步骤：
步骤3.1，将台面放置在支架(1)上，然后在台面上分别放置3t、4t、4.5t、5t、6t的重物，用游标卡尺测量承重梁的挠曲变形量；
若承重梁的挠曲变形量小于5mm，则通过承载能力验证，若承重梁的挠曲变形量不小于5mm，则重新制造并进行承载能力验证；
步骤3.2，将炉体放置在通过承载能力验证的支架(1)中，再将台面放置在支架(1)上，随后利用斜铁(2)微调支架(1)，使得支架(1)与台面接触，然后进行浇注；
若浇注过程未发生跑火现象且铸件完好，则通过气密性验证，若浇注过程发生跑火现象或者铸件存在大面积浇注不足的现象，则重新制造并进行承载能力验证和气密性验证。
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