阅读说明：本技术 一种金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置 (Automatic surfacing, printing and forming device for molten metal material ) 是由 汤常庆 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于金属成型领域,具体涉及一种金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置。装置整体呈长方体密闭式座舱,内部从上到下依次为液态金属包、恒温分配器,氩气保护真空结晶器和载锭小车；包内金属液出口与恒温分配器的金属液入口连接；恒温分配器的熔融出口连接打印嘴；氩气保护真空结晶器设置打印嘴的下端,结晶器下部设托锭盘,托锭盘下部连接抽出杆；载锭小车上伸缩杆的顶部与抽出杆连接；控制系统与液态金属包、恒温分配器,氩气保护真空结晶器和载锭小车连接。本发明采用熔融态等温打印式浇注且快速冷却,产品相较现有工艺,晶粒细,偏析小,消除浇注过程被二次污染的机会。实现智能化,定制化,顺应特殊金属材料生产的多品种,小批量的需求。(The invention belongs to the field of metal forming, and particularly relates to a molten metal material automatic surfacing, printing and forming device. The device is integrally a cuboid closed cabin, and a liquid metal bag, a constant temperature distributor, an argon protection vacuum crystallizer and an ingot carrying trolley are sequentially arranged in the device from top to bottom; the molten metal outlet in the ladle is connected with the molten metal inlet of the constant temperature distributor; the melting outlet of the constant temperature distributor is connected with the printing nozzle; the argon protection vacuum crystallizer is provided with the lower end of a printing nozzle, the lower part of the crystallizer is provided with a ingot tray, and the lower part of the ingot tray is connected with a drawing rod; the top of a telescopic rod on the ingot carrying trolley is connected with a drawing rod; the control system is connected with the liquid metal bag, the constant temperature distributor, the argon protection vacuum crystallizer and the ingot carrying trolley. The invention adopts the molten state isothermal printing type pouring and rapid cooling, compared with the prior art, the product has fine crystal grains and small segregation, and the chance of secondary pollution in the pouring process is eliminated. The intelligent production line realizes intellectualization and customization, and meets the requirements of various products and small batch of special metal material production.)

一种金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置

技术领域

本发明属于金属成型领域，具体涉及一种金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置。

背景技术

目前国内外特钢坯料成型工艺有:连续铸钢，模型注锭，电渣重熔。总体来说，这三种工艺能耗高，污染大，产品质量差。

其中连续铸钢：只能生产低合金结构钢，单位生产量大，高合金钢坯料无法生产。坯料低倍缺陷严重。生产方式单一，不灵活，无法完成集约式订单生产，生产厂房设备投资巨大，库存量大，占用流动资金多。

模型注锭(目前高合金特钢主要成型工艺)：生产工艺设备原始粗放。效率低，能耗高，工作环境恶劣，环境污染大。钢锭存在偏析，疏松，夹杂物含量高，有冒口锭尾不能成材，成材率低。目前还以人工生产，无法实现自动化生产。

电渣重熔：高能耗，单位产量极其低下，电渣过程中钢水容易被二次玷污(增加钢中O,H含量)但产品的偏析少，结晶组织单一，产品质量好，满足特钢使用性能，由于能耗特高，所以只能用于高要求的小量领域。

综上：目前特钢生产过程实景呈现：高温，高粉尘，高污染，劳动强度高，安全系数低，成型工艺落后。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置，所述装置外部整体呈长方体密闭式座舱，所述座舱操作侧按上中下分三段移动式舱门，舱顶可滑动开启；

座舱内部从上到下依次为钢包、恒温分配器，氩气保护真空结晶器和载锭小车；

所述钢包使其内的金属保持液态，钢包的底部设有氩气入口和金属液出口，所述金属液出口与恒温分配器的金属液入口连接；

所述恒温分配器使其内的金属保持熔融态，所述恒温分配器的底部设有氩气入口和熔融出口，熔融出口连接有打印嘴；

所述氩气保护真空结晶器为圆筒型，设在打印嘴的下部，圆筒壁为夹层，圆筒壁一侧设有氩气入口，相对的另一侧设有氩气出口，内外夹层之间设有冷却机构，圆筒外周设有电磁振荡器，结晶器下部设有托锭盘，托锭盘下部连接有抽出杆；

所述载锭小车上部设有承载锭盘，承载锭盘内设伸缩杆，伸缩杆顶部与氩气保护真空结晶器的抽出杆连接，所述座舱底部与载锭小车中部相对应的位置设有长条型凹槽；

还包括控制系统：所述控制系统与钢包、恒温分配器，氩气保护真空结晶器和载锭小车连接。

进一步的，所述钢包包括承包座，包盖，感应圈，包壳，自动水口，包胆和氩气阀；

所述承包座套设在包壳的外周，用于将钢包固定在座舱的竖梁上，承包座上设有电磁振荡器；所述包胆设置在包壳的内部，包胆和包壳之间设置有感应圈，所述钢包的底部设有氩气阀，通过氩气阀控制氩气的进入。

进一步的，所述恒温分配器包括分配器盖，分配器胆，感应圈，分配器壳，电磁振荡器支架，电磁振荡器和熔融出口，氩气阀；

所述电磁振荡器支架设置在分配器壳的外周，所述分配器胆设置在分配器壳的内部，且分配器胆和分配器壳之间设有感应圈，电磁振荡器支架上设有电磁振荡器，所述恒温分配器的底部设有氩气阀和熔融出口。

进一步的，所述打印嘴包括连接法兰，氩气阀和筒体；

所述筒体为高温陶瓷材料且为真空隔层，从而保持恒温，所述筒体的上端设有连接法兰，且通过连接法兰与恒温分配器的熔融出口连接，所述筒体一侧侧壁设有氩气入口，相对的另一侧设有氩气出口，氩气出口和氩气入口处设有氩气阀。

进一步的，还包括打印嘴支架，所述打印嘴支架与座舱的竖梁连接固定，用于支撑打印嘴。

进一步的，所述打印嘴为多个，所述熔融出口为多个，且打印嘴的数量和熔融出口的数量相同。

进一步的，所述氩气保护真空结晶器还包括结晶器托架用于支撑结晶器，所述托锭盘中部设有圆形通孔，圆形通孔内设有冷凝芯棒，托锭盘下表面均匀设置有多个连杆，用于抽出结晶件。

进一步的，还包括结晶器支架，所述结晶器支架与座舱的数量固定连接，用于支撑结晶器，所述结晶器通过结晶器上部的结晶器托架固定于结晶器支架上。

进一步的，所述结晶器的数量为多个；所述抽出杆和连杆的下端分别设置有插口。

进一步的，所述座舱底部上表面设有两条轨道，两条轨道分别设置在长条型凹槽的两侧，两条轨道之间的距离与载锭小车两侧的轮间距相匹配，载锭小车沿轨道运动；

所述伸缩杆上部设有接头，所述接头与结晶器的抽出杆或连杆上的插口连接；

所述伸缩杆伸缩，实现抽锭，当锭完全位于承载锭盘时，伸缩杆的下部伸出载锭小车的部分位于长条型凹槽中；所述座舱内安装自动除尘，照明及空调装置；所述钢包、恒温分配器和氩气保护真空结晶器均设有温度传感器。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明采用熔融态等温打印式浇注且快速冷却，所得钢锭组织结构单一，晶粒细化，偏析度下降明显，消除了浇注过程中钢水与耐材，钢模接触，减少了钢水被二次污染的机会，钢锭质量会完成一次质的飞跃；本发明相对于模型注锭成本减少约800元/吨，新型注锭成本200元/吨，2018年特钢记录产量为10500万吨，直接降本＝10500*(800-200)＝6300亿元/年；

(2)本发明的装置，通过相对密闭的座舱，且在座舱中设置自动除尘和空调装置，减少了灰尘的排放，从而减少了对环境的污染，煤标煤800元每吨，这样每年节约6300亿元/年/800元/吨＝78750万吨/年；

(3)本发明的装置，通过设置带有伸缩杆的载锭小车，实现了结晶器的自动抽锭，且及时的将锭运走，实现了自动化生产。

(4)本发明的装置，通过在钢包、恒温分配器、打印嘴以及结晶器上设置氩气进出口，实现了对成型过程的保护，避免金属在各个层级被氧化。

(5)本发明的装置，通过在钢包、恒温分配器以及结晶器的内壁上设置感应圈，实现了对其温度的良好控制，使相应容器中的金属保持相应的状态；本发明的装置，通过的钢包和恒温分配器上装设电磁振荡装置，实现了对其中的金属液和熔融金属的电磁搅拌，使其保持流动状态。

附图说明

图1发明的自动堆焊打印成型装置示意图。

图2发明棒结晶器三维示意图。

图3发明筒结晶器三维意图。

图4发明钢包三维示意图。

图5发明恒温分配器三维示意图。

图6发明打印嘴三维示意图。

图7发明载锭小车三维示意图。

附图标记说明：

1-成型装置，2-二级品小车，3-高温运转机械手，4-常温运转机械手，5-检测站，6-成品小车，11-电子秤，12-钢包，13-立柱，14-电磁搅拌器，15-恒温分配器，16-打印嘴，17-快速接头，18-结晶器，19-载锭小车，181-结晶器托架，182-结晶筒，183-氩气阀，184-托锭盘，185-插口Ⅰ，186-冷凝芯棒，187-连杆，188-插口Ⅱ，121-承包座，122-包盖，123-感应圈，124-包壳，125-金属液出口，126-包胆，127-氩气阀，151-分配器盖，152-分配器胆，153-分配器壳，154-电磁振荡器支架，155-熔融口，161-连接法兰，162-氩气阀，163-筒体，191-接头，192-伸缩杆，193-承载锭盘，194-驱动轮，61-托架Ⅰ，62-驱动轮，31-主柱Ⅰ，32-副柱，33-抱钳，51-无损检测探头，52-托架Ⅱ，53-传动轴，54-传动轮，55-主动轮，41-转臂，42-转动关节，43-主柱Ⅱ，44-抱钳，45-钳臂，21-承接锭盘，22-驱动轮。

具体实施方式

如图1-7所示，本申请的金属材料熔融态自动堆焊打印成型装置包括座舱，恒温分配器，氩气保护打印结晶器，智能运输小车。

所述装置外部整体呈长方体密闭式座舱，所述座舱操作侧按上中下分三段移动式舱门，舱顶可滑动开启，舱壁安装摄像头完成全景视频监控，舱内安装自动除尘，照明及空调装置；

如图1所示，舱内结构：由上而下分为液态区结构，熔融区结构，固态区结构，各个结构区保证水，电，气及相关自动控制设备的附着固定，确保安装，维护人员及金属材料的安全进出；

座舱功能：完成对金属材料的温度，重量的测量以及对金属的感应加热，电磁搅拌，电磁振荡。

座舱内部从上到下依次为钢包12、恒温分配器15，氩气保护真空结晶器和载锭小车19。

如图4所示，所述钢包12使其内的金属保持液态，钢包12的底部设有氩气入口和金属液出口125，金属液出口125与恒温分配器15的金属液入口连接；

所述钢包12包括承包座121，包盖122，感应圈123，包壳124，自动水口125，包胆126和氩气阀127；

所述承包座121套设在包壳124的外周，用于将钢包固定在座舱的竖梁上，承包座121上设有电磁振荡器，用于对钢包内的钢水进行电磁搅拌，使其处于流动状态；所述包胆126设置在包壳124的内部，包胆126和包壳(124)之间设置有感应圈123，通过感应圈123实现对钢包温度的控制，所述钢包12的底部设有氩气阀127，通过氩气阀127控制氩气的进入，保证流出钢包的金属液处于氩气保护气氛下。所述钢包12设有温度传感器，用于检测钢包的温度。控制系统与钢包的电磁振荡器、氩气阀、温度传感器相连，实现对钢包温度等数据的采集以及对氩气流量等的控制。

如图5所示，所述恒温分配器15使其内的金属保持熔融态，所述恒温分配器15的底部设有氩气入口和熔融出口155，实现对熔融态金属的氩气保护，熔融出口155连接有打印嘴16。

所述恒温分配器15包括分配器盖151，分配器胆152，感应圈，分配器壳153，电磁振荡器支架154，电磁振荡器和熔融出口155，氩气阀；

所述电磁振荡器支架154设置在分配器壳153的外周，用于将分配器固定于座舱的数量上，且用于在分配器壳153的外设置电磁振荡器，所述分配器胆152设置在分配器壳153的内部，且分配器胆152和分配器壳153之间设有感应圈，实现对恒温分配器内熔融态金属温度的控制，电磁振荡器支架154上设有电磁振荡器，用于对恒温分配器中的熔融态金属进行电磁搅拌，是金属保持熔融态，所述恒温分配器15的底部设有氩气阀和熔融出口155，实现对熔融态金属的氩气保护。所述恒温分配器15设有温度传感器，温度传感器、电磁搅拌器、氩气阀和感应圈与控制系统连接，实现对恒温分配器中金属的控制，及流出恒温分配器的金属流量大小的调节。

如图6所示，所述打印嘴16包括连接法兰161，氩气阀162和筒体163；所述筒体163为高温陶瓷材料且为真空隔层，从而保持恒温，所述筒体163的上端设有连接法兰161，且通过连接法兰161与恒温分配器15的熔融出口155连接，所述筒体163一侧侧壁设有氩气入口，相对的另一侧设有氩气出口，确保进入打印嘴的金属处于氩气保护气氛下，氩气出口和氩气入口处设有氩气阀，通过氩气阀可以调节氩气的流量。

还包括打印嘴支架，所述打印嘴支架与座舱的竖梁连接固定，用于支撑打印嘴。

所述打印嘴16为多个，所述熔融出口155为多个，且打印嘴16的数量和熔融出口155的数量相同。

所述氩气保护真空结晶器18为圆筒型，圆筒壁为夹层，圆筒壁一侧设有氩气入口，相对的另一侧设有氩气出口，内外夹层之间设有冷却机构，圆筒外周设有电磁振荡器，如图2所示，结晶器18下部设有托锭盘184，托锭盘184下部连接有抽出杆；结晶器为棒型结晶器，实现实芯棒坯料的制备。

如图7所示，载锭小车19上部设有承载锭盘193，承载锭盘193内设伸缩杆192，伸缩杆顶部与氩气保护真空结晶器的抽出杆连接，所述座舱底部与载锭小车19中部相对应的位置设有长条型凹槽。所述伸缩杆192上部设有接头191，所述接头191与结晶器18的抽出杆或连杆上的插口连接，实现载锭小车19与抽出杆或连杆的快速连接；

所述伸缩杆192为液压伸缩，通过伸缩实现抽锭，当锭完全位于承载锭盘193时，伸缩杆192的下部伸出载锭小车的部分位于长条型凹槽中；

如图3所示，所述氩气保护真空结晶器18还包括结晶器托架181用于支撑结晶器18，所述托锭盘中部设有圆形通孔，圆形通孔内设有冷凝芯棒186，托锭盘下表面均匀设置有多个连杆187，用于抽出结晶件，为筒型结晶器，此时生产的坯料为空心圆筒型坯料。

还包括结晶器支架，所述结晶器支架与座舱的数量固定连接，用于支撑结晶器，所述结晶器通过结晶器上部的结晶器托架181固定于结晶器支架上。

所述结晶器18的数量为多个；所述抽出杆和连杆的下端分别设置有插口。

所述座舱底部上表面设有两条轨道，两条轨道分别设置在长条型凹槽的两侧，两条轨道之间的距离与载锭小车19两侧的轮间距相匹配，载锭小车19沿轨道运动；

所述座舱内安装自动除尘，照明及空调装置，且与控制系统连接，实现对座舱内温度的控制、自动除尘。

本申请的装置除了用于特种钢坯料的成型外，还可以用于金属铜、金属铝的坯料的成型。