CN101367126A - 一种新的铸造方法及其铸造模 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的铸造方法及其铸造模，方法是将铸造模浸入金属液(8)中进行浇注，利用吊升力和铸造模重力驱动上、下加压装置加压，型腔(12)内的金属液在所需压力下充型、补缩、凝固、结晶，再将铸造模浸入水中激冷，提高铸件机械性能。铸造模的特征是在上模(4)上设有上加压装置，在下模(10)上设有下加压装置，上、下加压塞(1、9)从铸造模上、下部对型腔(12)内的金属液加压，上、下补缩腔(5、13)向铸件补充金属液，消除缩孔缩松现象。它适用于铸造各种复杂的薄壁铝合金铸件如汽车发动机缸盖、轮毂和特大型薄壁铝合金铸件如大型巡航导弹舱体，能快速地铸造出高质量的电动机铸铝转子，可大范围取代传统铸造方法。

Description

一种新的铸造方法及其铸造模

技术领域

本发明涉及一种新的铸造方法及其使用该方法的铸造模。

背景技术

现行的铸造方法有重力铸造、振动铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、液态挤压、反压铸造、真空压铸、半凝固铸造、金属型铸造、挤压铸造等几种方法，其中重力铸造和振动铸造充型和补缩欠佳、易产生缩松和缩孔、压力铸造气孔严重、离心铸造操作麻烦、其它铸造方法使用范围有很大的局限性，相比较而言，在铸造质量和发展方面来看，以低压铸造为首选。据《特种铸造及有色金属》1998年第4期有关文章“21世纪低压铸造技术的展望”介绍，低压铸造最早由英国人E.F.LAKE于1910年提出并申请专利。它是在密封的坩埚中，输入较低的、干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过铸造模下面的浇口，平稳地输入到型腔，并保持坩埚内液面上气体的压力，一直到铸件完全凝固为止，然后解除液面上气体的压力，使升液管中未凝固的金属液流回坩埚，再由气缸开型并顶出铸件。

低压铸造的优点表现在以下个几方面：

1.液体金属充型比较平稳；

2.铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰表面光洁的铸件；

3.铸件组织比较致密，机械性能较高；

4.提高了金属液的工艺收缩率。

因此，铸造界和许多科研机构都在不断地对其进行完善和研究工作，如浙江大学就花了近十年时间来研究一根升液管，但经过近百年时间，收效并不很理想。随着21世纪各国对铸件的要求越来越高，实现铸件少余量，无余量加工，汽车、摩托车铸件精密化、薄壁化、轻量化、省力化、经济化的要求，低压铸造存在的一些不足，已凸现出来，它们表现在以下几个方面：

1.填充需要经过升液管，其流量受到约束，升液管要损耗；

2.加压方式是通过外加压力源在铸造模外部加压，压力受到坩埚承受能力的制约，不能升到工艺需要的压力值；

3.单方向加压补缩效果较差；

4.冷却方式受到制约，冷却速度慢，生产率不高；

5.对汽车、摩托车铸件如轮毂等成品率低；

6.需升液管、压力源、低压铸造机等整套附加设备和较宽的场地，铸件成本高；

7.此外还有批量生产时浇注条件相对不稳定，影响产品质量的稳定性和成品率，生产率不高，操作比较麻烦。

如何克服上述缺陷，是铸造界急需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是要改善或解决现行铸造技术存在的上述问题，将铸造技术提高一个档次。

为了达到解决上述问题的目的，本发明的技术方案是发明一种新的铸造方法并提供一种实施该方法的铸造模。

一种新的铸造方法，是利用在其上部设有上加压装置、下部设有下加压装置的铸造模，浸入金属液中进行浇注，金属液在大气压下填充型腔，填毕，启动上、下加压装置将铸造模密封，将其吊离熔池(坩埚)，压力在起吊中产生、由吊升力和铸造模重力`以及重锤重力提供，型腔内的金属液就于起吊中在所需压力下充型、补缩、凝固，再将铸造模浸入水中激冷，进一步细化铸件晶粒，提高其机械和力学性能，打开铸造模即可得到高质量的铸件。

一种实施上述方法的铸造模，它包括上模和下模，其特征在于：在上模上设有由上模、上加压塞、限位装置、重锤等组成的上加压装置；在下模上设有由下模、下加压塞、抬升装置等组成的下加压装置；用吊升力和铸造模重力以及重锤重力驱动驱动上、下加压塞运动，达到向型腔内的金属液加压的目的。一般，为增大压力，可以采用增力杠杆的方法达到目的，对于大型铸件，为了压力需要，还可以在铸造模上设置辅助加压装置，辅助加压装置可以有多种结构形式，例如电动凸轮机构加压、电磁力加压、弹簧力加压、气压力加压、液压力加压等；对于形状复杂、壁厚厚薄悬殊的特大形铸件，为了消除补缩死角，还可以采用多个加压装置，加压装置的布置方向除上、下布置外还可以水平布置或倾斜布置，加压动力也可以多种方式齐用。

所述的上加压装置，它由上模，上加压塞，限位装置，重锤以及上模上的上补缩腔和敞口等构成；上加压塞与上模上的敞口活动联接且精密配合；限位装置与上模固定联接，位于敞口附近，用以限制上加压塞的最高极限位置，以防止其被受压后的金属液冲出敞口而失压，同时将整个铸造模的重力传递给上加压塞；上加压塞利用限位装置以及重锤提供的重力或其它动力从铸造模上部向型腔内的金属液加压，同时上补缩腔向铸件补充其收缩时所需要的金属液，消除缩孔、缩松现象；上模上的敞口与上加压塞的配合部分都有精密的尺寸要求，能相互精密配合，其配合间隙以受压后金属液不漏出为度，从而对型腔内的金属液起到密封和加压作用。

所述的上模，其特征在于：型腔的上部设有一个上补缩腔和与其相连的敞口，敞口有精密的尺寸要求，与上加压塞形成精密配合，配合间隙为0～1毫米，以受压后金属液不漏出为度。

所述的上加压塞，可以是一个独立的分立零件，其特征在于：它的配合部分有精密的尺寸要求，与敞口形成精密配合，配合间隙为0～1毫米，以受压后不漏出金属液为度，借助铸造模重力和重锤重力或其它动力达到对型腔进行密封和加压作用。

所述的限位装置，其作用是限制上加压塞的最高极限位置，防止其被受压后的金属液冲出敞口而失压，它的另一个作用是传递动力，将铸造模重力传递给上加压塞，此装置与上模固定联接，位于敞口附近，它可以是一块与螺杆配套的不能轴向移动但可以转动的钢板，它还可以有多种别的结构形式。

所述的重锤，属一种辅助加压零件，其作用是用自身重量通过上加压塞向型腔内的金属液施加压力，它可以是一个独立的零件或构件或带柔索类物件的组合体，重量由所需工艺压力值确定。

所述的下加压装置，它由下模、下加压塞、抬升装置以及下模上的下补腔和浇口等构成；下加压塞与下模上的浇口活动联接且精密配合，抬升装置工作时位于活动吊环的支承处与上模之间，下加压塞利用活动吊环传递的吊升力或其它动力从铸造模下部向型腔内的金属液加压，同时下补缩腔向铸件补充其收缩时所需要的金属液，消除缩孔、缩松现象，浇口与下加压塞都有精密的尺寸要求，能相互精密配合，起到密封和加压作用，在重力和吊升力做动力时，下加压塞还起到将整个铸造模支承起来的作用。

所述的下模，在其型腔下部设有下补缩腔和与之相连的浇口，浇口有精密的尺寸要求，与下加压塞精密配合，配合间隙为0～1毫米，以受压后金属液不漏出为度，从而对型腔内金属液起到密封作用，又起浇口作用。

所述的下加压塞，下加压塞通过横档与活动吊环联接成为一个整体，活动吊环用支承处将自身支承于上模上，与上模或同时和下模活动联接，可以沿铸造模上下运动，下加压塞的配合部分有精密的尺寸要求，与浇口形成精密配合，配合间隙为0～1毫米，以受压后金属液不漏出为度，起到对型腔内的金属液进行密封加压作用，浇注后的整个铸造模重量可由下加压塞支承。

所述的抬升装置，其作用是将活动吊环和下加压塞初步抬升或垫高一定高度，使下加压塞的配合部分与浇口进入配合状态，密封住型腔以免金属液从浇口倒流出来，它可以是一块带斜面的钢板，还可以有多种别的结构形式。

本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：

1.在大气压下填充，不会裹入空气，无需填充压力，无需升液管，可以直接地观看到金属液填充后的具体高度，很好地掌握浇注情况；

2.整个铸造模浸入金属液中进行浇注，可大大降低金属液的浇注温度；

3.在大气压下填充，在所需压力下充型、补缩，金属液有更高的工艺收缩率，铸件轮廓清晰度更高；

4.上、下双向高压加压补缩，比单向低压加压补缩效果更好，铸件的至密度更高，成品率更高；

5.充型、补缩、凝固、结晶过程伴随铸造模起吊过程一同进行，缩短了铸造时间，且可以多模轮铸，提高了生产率；

6.整个铸造模浸入水中冷却，冷却速度快，铸件晶粒更细，机械性能和力学性能更好，铸件质量更高；

7.一模具备多种功能，压力由重力和吊升力提供，在起吊中产生，压力值可以任意大，省掉了升液管，省掉了外加压力源，省掉了低压铸造机，节省能源，生产场地也随之减小，铸件成本大大降低；

8.操作简单。

本发明可在很大范围内取代低压铸造，离心铸造，压力铸造，重力铸造等各种传统铸造方法，适用于各种复杂薄壳铸件如汽车、摩托车的缸体和轮毂的铸造，可以轻松地铸造出现行铸造技术深感为难的特大型的薄壁铝合金铸件如直径900mm、长6m、壁厚6～8mm的巡航导弹舱体，可快速地铸造出高质量的电机铸铝转子，也适用于各种普通铸件的铸造。

附图说明：

以下结合附图和操作过程对本发明进行详细的说明：

图1～图6是本发明的整个工艺铸造过程的剖面示意图：

图1是铸造模开始浸入金属液中进行浇注的示意图；

图2是填充完毕示意图；

图3是下加压塞被抬升后将铸造模下部进行密封的示意图；

图4是装上上加压塞并转动限位装置限制其最高位置示意图；

图5是装上重锤并将铸造模吊离熔池示意图；

图6是铸造模浸入水中激冷示意图。

附图标记：

1.上加压塞、2.敞口、3.固定吊环、4.上模、5.下补缩腔、6.浇口、7.横档、8.金属液、9.下加压塞、10.下模、11熔池(坩蜗)、12.型腔、13.上补缩腔、14.抬升装置、15活动吊环、16限位装置、17.重锤、18.水。

具体实施方式

本铸造模结构简单，具体结构前面已作过介绍，以下结合操作过程阐述具体实施方式。

本发明的操作过程包括以下步骤：

a.准备工作，包括熔金属液、预热铸造模、涂涂料、组装铸造模等工作；

b.用吊具钩住固定吊环(3)，将铸造模慢慢浸入金属液(8)中，下加压塞(9)因自重而离开浇口(6)，金属液(8)在大气压下通过浇口(6)依次填充下补缩腔(5)、型腔(12)、上补缩腔(13)和敞口(2)的一部分，直至固定吊环(3)搁在熔池(11)边缘上或专用搁架上，完成浇注工作，取开吊具，如图1和图2所示；

c.启动抬升装置(14)将活动吊环(15)连同横档(7)及下加塞(9)抬升或垫高一定高度，让下加压塞(9)的配合部分与浇口(6)进入配合状态，从而将铸造模下部进行密封，如图3所示

d.将上加压塞(1)放入敞口(2)中与之配合以密封住铸造模上部，转动或启动限位装置(16)限制上加压塞(1)的最高极限位置，以防受压后的金属液将其冲出敞口(2)而失压，如图4所示；

e.在上加压塞(1)上装上重锤(17)和/或启动辅助加压装置，以便在起吊过程中向型腔(12)中的金属液施压，用吊具或增力杠杆钩住活动吊环(15)将铸造模吊离熔池(11)，由于吊升力和铸造模重力以及重锤(17)的重力作用和/或辅助加压装置的辅助加压作用，上、下加压塞(1、9)就在起吊中从上、下两个方向同时向型腔(12)中的金属液施加压力，其压力值由工艺要求确定，通过改变重锤重量或增力`杠杆的力点位置实现，型腔(12)中的金属液就在所需压力下进行双向充型、补缩、凝固、结晶过程，如图5所示；

f.将铸造模除除浸入水(18)中激冷，进一步细化铸件晶粒，提高铸件的机械性能和力学性能，如图6所示；

g.打开铸造模即可得到高质量的铸件。

Claims (11)

1.一种新的铸造方法，其特征是：将铸造模浸入金属液(8)中进行浇注，利用吊升力和铸造模重力或其它动力驱动铸造模上的加压装置加压，型腔(12)内的金属液在此压力下进行充型、补缩、凝固。

2.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：铸造模吊离熔池(11)进行凝固过程后，将铸造模浸入水中激冷。

3.一种用于实现权利要求1所述铸造方法的铸造模，其特征是：在铸造模上设有加压装置。

4.根据权利要求3所述的铸造模，其特征是：上加压装置由上模(4)、上加压塞(1)、限位装置(16)等构成；上加压塞(1)与上模(4)上的敞口(2)活动联接且精密配合；限位装置(16)与上模(4)固定联接。

5.根据权利要求3或5所述的铸造模，其特征是：上加压塞(1)配合部分有精密的尺寸要求，与敞口(2)形成精密的配合，其配合间隙以受压后的金属液不漏出为度。

6.根据权利要求3或5所述的铸造模，其特征是：在上模(4)型腔(12)的上部，设有上补缩腔(13)和与其相连的敞口(2)，敞口(2)有精密的尺寸要求，与上加压塞(1)形成精密配舍，其配合间隙以受压后金属液不漏出为度。

7.根据权利要求3或4所述的铸造模，它可以有多种结构形式，其特征是：限位装置(16)与上模(4)固定联接，限制上加压塞(1)的最高极限位置。

8.根据权利要求3所述的铸造模，其特征是：下加压装置由下模(10)、下加压塞(9)、抬升装置(14)等构成，下加压塞(9)与下模(10)上的浇口(6)活动联接且精密配合；抬升装置(14)工作时位于活动吊环(15)支承处与上模(4)之间。

9.根据权利要求3或8所述的铸造模，其特征是：下加压塞(9)的配合部分有精密的尺寸要求，与浇口形成精密配合，配合间隙以受压后金属液不漏出为度。

10.根据权利要求3或8所述的铸造模，其特征是：下模(10)型腔(12)的下部设有下补缩腔(5)和浇口(6)，下补缩腔(5)与浇口(6)相连，浇口(6)有精密的尺寸要求，与下加压塞(9)形成精密配合，其配舍间隙以受压后金属液不漏出为度。

11.根据权利要求3所述的铸造模，其特征是：加压装置的数量和布置方向都不受限制。

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