CN115164587A - 一种碳刷一体式坩埚旋转装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳刷一体式坩埚旋转装置，包括：圆盘坩埚、转轴、水冷轴、深沟球轴承、步进电机、减速机及碳刷等。通过水冷套与压盖将水冷轴固定在转轴内部，水冷轴内部的进出水管实现冷却水在圆盘坩埚和转轴内部的循环。碳刷装置用于与坩埚旋转装置中的转轴滑动连接，用于电信号的传递。并且碳刷装置与转轴的接触面为紧密接触的圆弧面。碳刷的导电，导热、润滑性能以及换向性良好，在满足坩埚换向旋转的主要功能外，避免了金属与金属摩擦导电使接触面烧结的问题。与现有技术相比，解决了繁琐的机械组合，同时又实现了长时间高效旋转而不漏真空。

Description

一种碳刷一体式坩埚旋转装置

技术领域

本发明属于真空电弧熔炼技术领域，尤其涉及一种碳刷一体式坩埚旋转装置。

背景技术

电弧熔炼技术是利用直流电源在电极与电极或电极与被熔炼物料之间产生电弧来冶炼金属的一种电热冶金方法。其中，真空非自耗电弧熔炼技术由于不受大气、耐火材料和铸模等的影响，以及其可去除合金中的气体和有害金属杂质并改善夹杂物在合金中的分布及形态的独特优势，已经发展成为了高熔点金属及活泼金属及合金主要制备手段之一。近来，更是广泛应用于非晶合金、高熵合金及特种钢材等新材料的研发和制备。

水冷铜模坩埚作为真空非自耗电弧熔炼技术的关键组成部件，承载着电弧启弧燃烧，金属熔化、过热精炼并结晶成锭的作用。随着该技术的发展，不仅要求水冷铜模坩埚具有良好的导热、导电和密封性，还要求其同时具备多工位、沿轴心自由旋转切换等功能。目前使用最多的水冷铜模坩埚旋转的控制方式为伺服电机和气缸联合控制，其缺点在于导电性和稳定性较差。具体地，其导电方式为导电连接柱和主轴之间的点接触，长时间使用条件下常出现打火、虚连等现象，其次，该点接触属于机械式接触，存在较为严重的磨损易损坏可能。此外，设备工作时，电源正极(坩埚)会产生一定的热量，对伺服电机和伺服滑台都会产生一定影响，使其精度降低，甚至使伺服电机失灵。

发明内容

为了解决急需一种既可以保证良好的密封性又可以实现长寿命使用的具有优异导电性和稳定性的水冷铜模坩埚旋转装置，本发明提供了一种碳刷一体式坩埚旋转装置。

本发明具体通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种碳刷一体式坩埚旋转装置，包括转轴组件、轴承座、支座、碳刷及导电轴套；

所述转轴组件用于驱动圆盘坩埚转动，所述转轴组件转动安装在所述轴承座内，所述支座与所述轴承座固定连接，所述碳刷安装在所述支座上，所述导电轴套固定套接在所述转轴组件外侧，所述碳刷设置有弧形外缘，所述弧形外缘用于与所述导电轴套紧密配合。

作为本发明的进一步说明，所述碳刷一体式坩埚旋转装置还包括水冷套，所述水冷套与所述支座固定连接；

所述水冷套上下两端分别固定连接有水冷套上压盖和水冷套下压盖，所述水冷套侧壁开设有进水口和出水口，沿所述水冷套内壁周向分别开设有第一环槽和第二环槽；所述转轴组件包括空心水冷轴和L型回水管，所述L型回水管固定设置于所述空心水冷轴内，所述空心水冷轴底端封闭，所述空心水冷轴侧壁开设有第一接口和第二接口；水冷铜坩埚外壳底面开设坩埚水口，所述水冷铜坩埚外壳内还设置有集水盒，所述集水盒底面开设集水盒水口，所述集水盒顶端低于所述水冷铜坩埚外壳上端面；

进水管连接于所述进水口，所述进水口与所述第一环槽内连通，所述第一接口位于所述第一环槽内，所述空心水冷轴上端与所述水冷铜坩埚外壳固定连接，且所述空心水冷轴内孔顶端与所述坩埚水口对接，所述集水盒水口与所述L型回水管顶端对接，所述L型回水管下端弯折端头与所述第二接口对接，所述第二接口位于所述第二环槽内，所述出水口与所述第二环槽内连通，出水管连接于所述出水口。

作为本发明的进一步说明，在所述水冷套内与所述空心水冷轴之间空隙位置设置第二垫环和第二压套，所述第二垫环和第二压套为设置在所述水冷套内上下两端的两组。

作为本发明的进一步说明，所述轴承座上下两端分别固定连接有轴承压盖和密封压盖，在所述轴承座内与所述转轴组件之间空隙位置设置第一垫环和第一压套。

作为本发明的进一步说明，所述轴承座与所述转轴组件之间通过连接深沟球轴承实现转动连接。

作为本发明的进一步说明，所述深沟球轴承为位于所述轴承座内上下两端的一组。

作为本发明的进一步说明，所述碳刷一体式坩埚旋转装置还包括用于驱动所述转轴组件转动的步进电机和减速机，所述步进电机与所述减速机连接，所述减速机输出轴与所述转轴组件底端固定连接。

作为本发明的进一步说明，所述减速机输出轴与所述转轴组件底端之间通过键槽连接方式连接。

作为本发明的进一步说明，所述支座上开设有腰型孔，所述碳刷上固定有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓插入所述腰型孔后配合螺母实现可调式锁紧连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明中的步进电机通过控制系统，减速机带动转轴组件进行旋转，从而能够将坩埚转动到达需要的指定位置；碳刷组件和导电轴套摩擦接触，不用分离就能实现送电，而且导电效果良好；轴承座组件使转轴运动更加平稳；而且轴承座有密封装置，可以在真空环境下使用；冷却水通过密封组件来密闭性的给转轴降温，水冷铜坩埚的特有结构可以满足大电流的冲击，让它的应用更加广泛。

附图说明

图1是本发明提供的碳刷一体式坩埚旋转装置的装配图；

图2是本发明提供的碳刷一体式坩埚旋转装置的局部剖开图；

图3是本发明提供的碳刷一体式坩埚旋转装置的又一局部剖开图；

图4是本发明提供的碳刷一体式坩埚旋转装置连接的水冷铜坩埚结构图。

附图标记：

集水盒1、集水盒水口101、水冷铜坩埚外壳2、坩埚水口201、转轴组件3、空心水冷轴301、第一接口3011、第二接口3012、L型回水管302、轴承座4、轴承压盖5、深沟球轴承6、第一垫环7、第一压套8、密封压盖9、支座10、碳刷11、导电轴套12、水冷套上压盖13、第二压套14、水冷套15、第一环槽151、出水口153、进水口154、第二环槽152、进水管16、出水管17、第二垫环18、水冷套下压盖19、过渡件20、腰型孔21、减速机22、步进电机23。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案加以解释。

如图1所示，提供一种碳刷一体式坩埚旋转装置，包括转轴组件3、轴承座4、支座10、碳刷11及导电轴套12；

所述转轴组件用于驱动圆盘坩埚转动，所述转轴组件3转动安装在所述轴承座4内，所述支座10与所述轴承座4固定连接，所述碳刷11安装在所述支座10上，所述导电轴套12固定套接在所述转轴组件3外侧，所述碳刷11设置有弧形外缘，所述弧形外缘用于与所述导电轴套12紧密配合。

本申请提供的坩埚旋转装置中，碳刷组件与坩埚旋转装置中的转轴摩擦接触(碳刷11与导电轴套12紧密配合，当导电轴套12随转轴组件3转动时，碳刷11与导电轴套12外壁始终保持一定的压力接触)，用于电信号的传递。并且，碳刷装置与轴的接触面为紧密接触的圆弧面(碳刷11上设置的弧形外缘)。且碳刷自身导电，导热、润滑性能以及换向性良好，在满足坩埚换向旋转的主要功能外，避免了金属与金属摩擦导电使接触面烧结的问题。

进一步的，所述支座10上开设有腰型孔21，所述碳刷11上固定有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓插入所述腰型孔21后配合螺母实现可调式锁紧连接，该处腰型孔21的设计，能够实现碳刷11安装位置的调节，且在进行锁紧连接时，可以配合压簧使用，避免使用过程中的松脱问题。

支座10可以采用四组直板固定组成方框结构，从而方便碳刷11的安装，且支座10与轴承座4之间、导电轴套12与转轴组件3之间均可以采用螺钉实现锁紧固定。导电轴套12的材质优选为T2材质，从而能够达到所需要的导电效果。

如图2所示，在一种可实现的方式中，所述轴承座4上下两端分别固定连接有轴承压盖5和密封压盖9，在所述轴承座4内与所述转轴组件3之间空隙位置设置第一垫环7和第一压套8。

进一步的，所述轴承座4与所述转轴组件3之间通过连接深沟球轴承6实现转动连接。所述深沟球轴承6为位于所述轴承座4内上下两端的一组。

轴承压盖5、密封压盖9与轴承座4之间可以采用螺栓等锁紧件实现连接，深沟球轴承6的内外环分别与转轴组件3和轴承座4连接，第一压套8与转轴组件3之间还设置了密封胶圈；胶圈、第一压套8、轴承压盖5和密封压盖9等组件的配合作用，能够实现真空密封，使机构可以在真空环境下工作，并且密封良好。

所述碳刷一体式坩埚旋转装置还包括用于驱动所述转轴组件3转动的步进电机23和减速机22，所述步进电机23与所述减速机22连接(可以采用键槽连接方式)，所述减速机22输出轴与所述转轴组件3底端固定连接。所述减速机22输出轴与所述转轴组件3底端之间通过键槽连接方式连接。

所述步进电机23采用PLC装置控制，减速机22与步进电机23和圆盘坩埚(水冷铜坩埚外壳2)之间紧密配合，步进电机通过控制系统，减速机带动转轴进行旋转，从而能够将坩埚转动到达需要的指定位置。

进一步的，所述转轴组件3最上端加工了外螺纹扣，所述水冷铜坩埚外壳2通过螺纹连接安装在转轴组件3最上端。

如图3所示，所述碳刷一体式坩埚旋转装置还包括水冷套15，所述水冷套15与所述支座10固定连接；

所述水冷套15上下两端分别固定连接有水冷套上压盖13和水冷套下压盖19，所述水冷套15侧壁开设有进水口154和出水口153，沿所述水冷套15内壁周向分别开设有第一环槽151和第二环槽152；所述转轴组件3包括空心水冷轴301和L型回水管302，所述L型回水管302固定设置于所述空心水冷轴301内，所述空心水冷轴301底端封闭，所述空心水冷轴301侧壁开设有第一接口3011和第二接口3012；水冷铜坩埚外壳2底面开设坩埚水口201，所述水冷铜坩埚外壳2内还设置有集水盒1，所述集水盒1底面开设集水盒水口101，所述集水盒1顶端低于所述水冷铜坩埚外壳2上端面；

进水管16连接于所述进水口154，所述进水口154与所述第一环槽151内连通，所述第一接口3011位于所述第一环槽151内，所述空心水冷轴301上端与所述水冷铜坩埚外壳2固定连接，且所述空心水冷轴301内孔顶端与所述坩埚水口201对接，所述集水盒水口101与所述L型回水管302顶端对接(附图中未示出)，所述L型回水管302下端弯折端头与所述第二接口3012对接，所述第二接口3012位于所述第二环槽152内，所述出水口153与所述第二环槽152内连通，出水管17连接于所述出水口153。

该部分水冷套15组件与转轴组件3的结构设计，能够实现冷却水在圆盘坩埚和转轴内部的循环，起到了给转轴组件3和圆盘坩埚降温的作用。冷却水由进水管16进入进水口154，然后进入第一环槽151，由于第一环槽151为在空心水冷轴301的第一接口3011外部设置的一圈，故在空心水冷轴301转动过程中始终能通过水压将冷却水送入空心水冷轴301内，然后通过坩埚水口201进入水冷铜坩埚外壳2内部，当水冷铜坩埚外壳2内水位达到与集水盒1顶端齐平时，水回流至集水盒1内，然后由集水盒水口101流回L型回水管302内，再有L型回水管302向下流至第二接口3012并进入第二环槽152内，最后由出水口153排出至出水管17，从而实现冷却循环过程。

进一步的，在所述水冷套15内与所述空心水冷轴301之间空隙位置设置第二垫环18和第二压套14，所述第二垫环18和第二压套14为设置在所述水冷套15内上下两端的两组。第二压套14与空心水冷轴301还设置了密封胶圈。第二垫环18、第二压套14、密封胶圈、水冷套上压盖13和水冷套下压盖19等部件的配合作用，能够实现水冷套15的密封，且第二压套14能够对空心水冷轴301起到一起支撑作用，有效的解决了既要转动又要封水的难题。

在一种可实现的方式中，该装置还包括一过渡件20，该过渡件20可以安装在水冷套15下端，过渡件20上端连接水冷套15，下端承接减速机22，起到了过渡连接的作用。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，包括转轴组件(3)、轴承座(4)、支座(10)、碳刷(11)及导电轴套(12)；

所述转轴组件(3)用于驱动圆盘坩埚转动，所述转轴组件(3)转动安装在所述轴承座(4)内，所述支座(10)与所述轴承座(4)固定连接，所述碳刷(11)安装在所述支座(10)上，所述导电轴套(12)固定套接在所述转轴组件(3)外侧，所述碳刷(11)设置有弧形外缘，所述弧形外缘用于与所述导电轴套(12)紧密配合。

2.根据权利要求1所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述碳刷一体式坩埚旋转装置还包括水冷套(15)，所述水冷套(15)与所述支座(10)固定连接；

所述水冷套(15)上下两端分别固定连接有水冷套上压盖(13)和水冷套下压盖(19)，所述水冷套(15)侧壁开设有进水口(154)和出水口(153)，沿所述水冷套(15)内壁周向分别开设有第一环槽(151)和第二环槽(152)；所述转轴组件(3)包括空心水冷轴(301)和L型回水管(302)，所述L型回水管(302)固定设置于所述空心水冷轴(301)内，所述空心水冷轴(301)底端封闭，所述空心水冷轴(301)侧壁开设有第一接口(3011)和第二接口(3012)；水冷铜坩埚外壳(2)底面开设坩埚水口(201)，所述水冷铜坩埚外壳(2)内还设置有集水盒(1)，所述集水盒(1)底面开设集水盒水口(101)，所述集水盒(1)顶端低于所述水冷铜坩埚外壳(2)上端面；

进水管(16)连接于所述进水口(154)，所述进水口(154)与所述第一环槽(151)内连通，所述第一接口(3011)位于所述第一环槽(151)内，所述空心水冷轴(301)上端与所述水冷铜坩埚外壳(2)固定连接，且所述空心水冷轴(301)内孔顶端与所述坩埚水口(201)对接，所述集水盒水口(101)与所述L型回水管(302)顶端对接，所述L型回水管(302)下端弯折端头与所述第二接口(3012)对接，所述第二接口(3012)位于所述第二环槽(152)内，所述出水口(153)与所述第二环槽(152)内连通，出水管(17)连接于所述出水口(153)。

3.根据权利要求2所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，在所述水冷套(15)内与所述空心水冷轴(301)之间空隙位置设置第二垫环(18)和第二压套(14)，所述第二垫环(18)和第二压套(14)为设置在所述水冷套(15)内上下两端的两组。

4.根据权利要求1所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述轴承座(4)上下两端分别固定连接有轴承压盖(5)和密封压盖(9)，在所述轴承座(4)内与所述转轴组件(3)之间空隙位置设置第一垫环(7)和第一压套(8)。

5.根据权利要求1所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述轴承座(4)与所述转轴组件(3)之间通过连接深沟球轴承(6)实现转动连接。

6.根据权利要求5所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述深沟球轴承(6)为位于所述轴承座(4)内上下两端的一组。

7.根据权利要求1所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述碳刷一体式坩埚旋转装置还包括用于驱动所述转轴组件(3)转动的步进电机(23)和减速机(22)，所述步进电机(23)与所述减速机(22)连接，所述减速机(22)输出轴与所述转轴组件(3)底端固定连接。

8.根据权利要求7所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述减速机(22)输出轴与所述转轴组件(3)底端之间通过键槽连接方式连接。

9.根据权利要求1所述的碳刷一体式坩埚旋转装置，其特征在于，所述支座(10)上开设有腰型孔(21)，所述碳刷(11)上固定有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓插入所述腰型孔(21)后配合螺母实现可调式锁紧连接。

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