【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于數字化智能鑄造的，具體涉及基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置及其控制方法。
技術介紹
1、鑄件或構件的性能和質量在很大程度上取決于其冷卻凝固和熱處理過程中的組織結構的形成。鑄件的冷卻凝固過程中冷卻速率和溫度分布對鑄件的晶粒結構、力學性能、殘余應力等性能具有直接而深遠的影響。然而，傳統鑄件冷卻凝固工藝大多以空氣為傳熱介質，由于空氣的導熱能力較弱，熱量傳遞效率低下，導致鑄件的冷卻速率低，從而引起晶粒粗大、二次枝晶臂間距增大，并誘發氣孔、裂紋等缺陷，嚴重影響鑄件的力學性能。同時空氣中溫度分布的不均勻性使得鑄件在冷卻凝固過程中溫度分布不均勻，從而導致鑄件各區域冷卻速率不一致進而導致各區域微觀組織不一致、各區域的力學性能存在較大差異和殘余應力較大。在構件的熱處理過程中，溫度分布的均勻性同樣至關重要。然而，傳統熱處理工藝主要依賴空氣作為傳熱介質，其導熱能力不足，構件在熱處理過程中升溫較慢。此外，空氣傳熱易受環境因素的影響，導致溫度波動明顯。特別是在整體升溫或保溫處理復雜形狀構件時，不同區域可能因受熱不均而出現顯著溫差，無法實現溫度的均勻性分布，從而導致微觀結構局部演變不一致、各區域力學性能不一致。因此，傳統的鑄件冷卻凝固和構件熱處理工藝在溫度均勻性分布和高精度控溫方面存在顯著局限，難以滿足對鑄件高性能一致性鑄造和構件一致性熱處理的高要求。這種不足不僅限制了鑄件和構件性能的提升，還顯著影響其在高性能應用中的可靠性。
2、因此，亟需提供一種新的方案，以解決上述現有技術中存在的缺陷與不足。
1、為了解決上述現有技術中存在的缺陷與不足，本專利技術提供基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置及其控制方法。
2、本專利技術的技術效果通過采用如下技術方案實現：
3、基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：包括氣固懸浮腔體，所述氣固懸浮腔體的頂部設置有密封蓋板；所述氣固懸浮腔體的外部設置有可控加熱裝置，所述氣固懸浮腔體的內部均勻填充有導熱固體顆粒與氣體的混合物；
4、所述氣固懸浮腔體的內壁設置有紅外溫度傳感器和熱電偶，所述氣固懸浮腔體底部與導熱顆粒存儲裝置之間連接有導熱固體顆粒通道，所述導熱固體顆粒通道上安裝有顆粒控制閥門以及顆粒流量控制器；
5、所述氣固懸浮腔體的底部設置有氣體分流裝置和進氣通道，所述氣體分流裝置內部設置有緩沖腔，且所述緩沖腔通過多分流流道與氣固懸浮腔體內部連通，所述氣體分流裝置通過進氣通道與儲氣裝置連接，所述進氣通道上安裝有氣體控制閥門以及氣體流量控制器；
6、所述控溫處理裝置設置于底座頂部，所述底座的一側安裝有升降柱和升降裝置，其中升降裝置能夠沿升降柱升降移動的同時能夠繞升降柱旋轉運動；
7、所述升降裝置的一側連接有第一橫梁，所述第一橫梁的底部通過配合裝置連接有冷卻凝固處理固定裝置，所述冷卻凝固處理固定裝置的底部設置有多孔通道，所述冷卻凝固處理固定裝置的內部固定有鑄型，所述鑄型的型腔內澆注有待冷卻凝固金屬熔體；
8、所述升降裝置的另一側連接有第二橫梁；所述第二橫梁的下方通過繩索連接有熱處理固定裝置，所述熱處理固定裝置的四周設置有多孔通道，所述熱處理固定裝置中固定有待熱處理構件。
9、作為本專利技術的進一步優選實施方式，所述可控加熱裝置的加熱元件選用鐵鉻鋁絲、鉬絲及鎢絲中的至少一種或多種的組合。
10、作為本專利技術的進一步優選實施方式，所述導熱固體顆粒選用碳、石墨、金剛石、氮化鋁、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳納米管、石墨烯、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅、金、銀、銅、鋁、鎂、鐵及不銹鋼中的至少一種或多種的組合。
11、作為本專利技術的進一步優選實施方式，所述儲氣裝置內的氣體介質選用水蒸氣、壓縮空氣、氮氣、氫氣、氧氣、二氧化碳、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣及氙氣中的至少一種或多種的混合，且所述氣體介質選用制冷或加熱后的氣體。
12、作為本專利技術的進一步優選實施方式，所述冷卻凝固處理固定裝置與鑄型之間采用楔形配合實現固定；所述熱處理固定裝置的底部設置有彈性夾持結構用于固定待熱處理構件。
13、作為本專利技術的進一步優選實施方式，所述紅外溫度傳感器在氣固懸浮腔體內逐層均勻分布以實時監測并反饋熱處理構件和鑄型中待冷卻凝固金屬熔體每一層的溫度；所述熱電偶設置于氣固懸浮腔體內紅外溫度傳感器的底部以實時監測導熱固體顆粒與氣體的混合物的溫度，以判斷是否達到預設溫度。
14、作為本專利技術的進一步優選實施方式，通過顆粒控制閥門控制導熱固體顆粒能夠從導熱顆粒存儲裝置中流出以及控制導熱固體顆粒能夠向導熱顆粒存儲裝置中流入；通過顆粒流量控制器控制導熱固體顆粒在導熱固體顆粒通道中的流量和壓力調節；
15、通過氣體控制閥門控制氣體能夠從儲氣裝置中流出；通過氣體流量控制器控制氣體在進氣通道中的流量和壓力調節。
16、作為本專利技術的進一步優選實施方式，對氣體控制閥門的控制優先級高于對顆粒控制閥門的控制優先級；對氣體流量控制器的控制優先級高于對顆粒流量控制器的控制優先級；
17、且通過氣體控制閥門和氣體流量控制器對輸入氣體進行控制時，對氣體壓力的控制優先級高于對氣體流量的控制優先級，對氣體流量的控制優先級高于對輸入氣體的時間的控制優先級。
18、作為本專利技術的進一步優選實施方式，所述氣固懸浮腔體內部需補充顆粒的質量滿足以下公式：
19、m補=k1×q氣×ρ固×t
20、其中，
21、m補為需補充顆粒的質量，kg；
22、k1為系數，與導熱固體顆粒的密度特性相關，其數值根據導熱固體顆粒的密度確定；
23、q氣為氣體的流量，m3/s；
24、ρ固為氣固懸浮腔體內的導熱固體顆粒的密度，kg/m3；
25、t為輸入氣體的時間，s；
26、所述氣固懸浮腔體內部導熱固體顆粒和氣體混合物的高度滿足以下公式：
27、h=k2×p/p0×h+h0
28、其中，
29、h為導熱固體顆粒和氣體混合物的高度，mm；
30、k2為系數，與導熱固體顆粒的密度特性相關，其數值根據導熱固體顆粒的密度確定；
31、p為輸入氣體的氣壓，bar；
32、p0為用于實現無量綱化而選定的基準值，p0=1bar；
33、h為將氣壓轉為高度而選定的基準值，h=1mm；
34、h0為導熱固體顆粒和氣體混合物的初始高度，mm。
35、進一步地，本專利技術還提供基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：
36、步驟s1：轉動升降裝置使得型腔內澆注有待冷卻凝固金屬熔體的鑄型位于氣固懸浮腔體上方；打開密封蓋板，然后控制升降裝置下降，將固定于冷卻凝固處理固定裝置中型腔內澆注有待冷卻凝固金屬熔體的鑄型緩慢下降至氣固懸浮腔體內的預設高度，以使得型腔內澆注有待本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：包括氣固懸浮腔體（2），所述氣固懸浮腔體（2）的頂部設置有密封蓋板（12）；所述氣固懸浮腔體（2）的外部設置有可控加熱裝置（1），所述氣固懸浮腔體（2）的內部均勻填充有導熱固體顆粒（5）與氣體的混合物；
2.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述可控加熱裝置（1）的加熱元件選用鐵鉻鋁絲、鉬絲及鎢絲中的至少一種或多種的組合。
3.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述導熱固體顆粒（5）選用碳、石墨、金剛石、氮化鋁、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳納米管、石墨烯、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅、金、銀、銅、鋁、鎂、鐵及不銹鋼中的至少一種或多種的組合。
4.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述儲氣裝置（25）內的氣體介質選用水蒸氣、壓縮空氣、氮氣、氫氣、氧氣、二氧化碳、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣及氙氣中的至少一種或多種的混合，且所述氣體介質選用制冷或加熱后的氣體。
5.根據權利
6.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述紅外溫度傳感器（3）在氣固懸浮腔體（2）內逐層均勻分布以實時監測并反饋熱處理構件和鑄型中待冷卻凝固金屬熔體每一層的溫度；所述熱電偶（4）設置于氣固懸浮腔體（2）內紅外溫度傳感器（3）的底部以實時監測導熱固體顆粒（5）與氣體的混合物的溫度，以判斷是否達到預設溫度。
7.根據權利要求6所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：
8.根據權利要求7所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：
9.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述氣固懸浮腔體（2）內部需補充顆粒的質量滿足以下公式：
10.根據權利要求1-9中任一項所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：包括氣固懸浮腔體（2），所述氣固懸浮腔體（2）的頂部設置有密封蓋板（12）；所述氣固懸浮腔體（2）的外部設置有可控加熱裝置（1），所述氣固懸浮腔體（2）的內部均勻填充有導熱固體顆粒（5）與氣體的混合物；
2.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述可控加熱裝置（1）的加熱元件選用鐵鉻鋁絲、鉬絲及鎢絲中的至少一種或多種的組合。
3.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述導熱固體顆粒（5）選用碳、石墨、金剛石、氮化鋁、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳納米管、石墨烯、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅、金、銀、銅、鋁、鎂、鐵及不銹鋼中的至少一種或多種的組合。
4.根據權利要求1所述的基于氣固動態懸浮的鑄造和熱處理控溫裝置，其特征在于：所述儲氣裝置（25）內的氣體介質選用水蒸氣、壓縮空氣、氮氣、氫氣、氧氣、二氧化碳、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣及氙氣中的至少一種或多種的混合，且所述氣體介質選用制冷或加熱后的氣體。
5.根據權利要求1所述的基于氣固...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董曦曦，孫金朋，冀守勛，單忠德，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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