CN101658919B - 两向复合变位倾转重力铸造方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两向复合变位倾转重力铸造方法，铸模与固定在其上的浇口杯一起在铸造机工作台上可受控制地进行倾斜和回转两向复合的三维空间运动，浇口杯由处于与铸模水平或与铸模成一定倾斜角度的位置逐渐向铸模的上方位置转动，浇口杯在运动过程中向铸模内浇注金属液；本发明还提供了一种可实现倾斜和回转两向复合运动的装置。采用本发明的铸造方法及装置可使铸模进行竖直方向倾转和水平方向回转的合成运动，金属液静压头高度由小逐渐变大，实时调节浇注过程中的铸模位置、方向及金属液浇注速度，满足镁合金进气歧管等复杂异形铸件的铸造工艺要求，实现平稳充型，减少气孔、夹杂及浇不足缺陷，改善补缩状态，以提高复杂异形铸件的铸造质量。

Description

两向复合变位倾转重力铸造方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种重力铸造方法及其装置，尤其涉及一种两向复合变位倾转重力铸造方法及其装置。

背景技术

由于镁、铝等轻金属易氧化，铸件易产生夹渣、气孔等缺陷，其重力铸造一般采用底注方式，但底注时铸件下部温度较高，不利于冒口补缩，易产生缩孔、缩松等缺陷。

现有技术中，最具代表性的一份专利CN 1634673A中公开了一种倾转式重力铸造方法，浇注模可受控制的在倾斜状态和水平状态之间转动，在浇注模由倾斜状态转回水平状态过程中进行浇注。该倾转式重力铸造方法是铸模在倾斜过程中靠倾角的变化使液体流淌进型腔的一种铸造生产方法。它强化了顺序凝固，充型平稳，减少吸气，充分发挥了冒口的补缩的作用，既避免了顶铸式浇铸因浇注压头高、金属流动过快而产生飞溅、金属液氧化严重的问题，又避免了底铸式浇铸温度分布不合理易造成缩孔、缩松的缺点。但是，该方法中的铸模只能作简单的二维平面运动(倾斜运动)，只适合浇铸形状规则的铸件。

但是，现实中的铸件形状往往是不规则的异形铸件，如多种结构的汽车发动机进气歧管。这些异形铸件在浇注过程中铸模在空间的方向、位置及金属液浇注速度往往对铸件的质量影响很大，它影响金属液的充型平稳、夹杂及气体的排出和补缩状态。因此，必须要求根据异形铸件结构进行复合多变的浇注，要求铸模在三维空间形成多种复杂运动轨迹，现有技术中的铸造方法及装置无法满足异形复杂铸件铸造的要求。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种两向复合变位倾转重力铸造方法及其装置，以适应异形复杂铸件的浇铸，根据铸件尺寸、形状、结构及充型部位的不同，能够实时多向调整铸模在空间的方向、位置及金属液浇注速度，以提高复杂铸件的铸造质量。

本发明提供的两向复合变位倾转重力铸造方法，铸模与固定在其上的浇口杯一起在铸造机工作台上可受控制地进行倾斜和回转两向复合运动，形成铸模在三维空间的多种复杂运动轨迹，浇口杯由处于与铸模水平或与铸模成一定倾斜角度的位置逐渐向铸模的上方位置转动，浇口杯在运动过程中向铸模进行金属液的充型浇注。

进一步，其步骤如下：

a、铸造机工作台及铸模处于水平状态，铸模合模，向浇口杯中注入一定量的金属液；

b、铸模受控制地进行倾斜和回转两向复合运动，由水平状态向竖直状态运动，在此过程中进行充型浇注；

c、铸模固定于竖直位置状态，铸件凝固冷却；

d、凝固冷却成型后，铸模复位至水平状态；

e、开模取出铸件；

进一步，所述步骤b中的充型浇注是指铸模和浇口杯一起由水平位置或与水平成一定的倾斜角度进行倾斜和回转两向复合运动至竖直位置，在此过程中浇口杯中的金属液进入铸模内；

进一步，铸模的倾斜速度可在0.5～6r/min之间无级调节，倾斜角度范围为0～90°；铸模的回转速度可在0.3～4r/min之间无级调节，回转角度范围是0～360°。

本发明还提供了一种两向复合变位倾转重力铸造装置，包括机架、浇口杯、铸模、倾斜液压缸、倾斜工作台、开合模机构、顶出机构和旋转工作台，所述浇口杯的出口与铸模的型腔连通，所述倾斜工作台以可在竖直平面内倾斜转动的方式设置在机架的顶部，所述倾斜液压缸的缸座与机架的底部铰接，活塞杆与倾斜工作台铰接，所述旋转工作台和倾斜工作台之间设置有驱动旋转工作台回转运动的回转驱动机构，所述铸模设置在旋转工作台上，一端与开合模机构固定连接，另一端与顶出机构连接。

进一步，所述回转驱动机构包括电机、电机驱动的主动齿轮、从动齿轮和回转轴，所述从动齿轮套装在回转轴上并与其过盈配合，回转轴的一端与旋转工作台固定连接，另一端设置在倾斜工作台上并与倾斜工作台轴向固定径向转动配合；

进一步，所述铸模包括活动的上模和固定的下模，所述开合模机构包括开合液压缸，开合液压缸的活塞杆伸缩方向与上模的开合模方向一致，其端部与上摸固定连接；

进一步，所述顶出机构包括顶出液压缸，所述顶出液压缸的活塞杆间隙穿入下模内，其端部为顶出铸件端。

本发明的有益效果：采用本发明的两向复合变位倾转重力铸造方法及其装置可使铸模进行竖直方向倾转和水平方向回转的合成运动，金属液静压头高度由小逐渐变大，实时调节浇注过程中的铸模位置、方向及金属液浇注速度，满足镁合金进气歧管等复杂铸件的铸造工艺要求，实现平稳充型，减少气孔、夹杂及浇不足缺陷，改善补缩状态，以达到提高复杂铸件的铸造质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

图1为本发明装置的主视图；

图2为本发明装置的俯视图；

图3为本发明装置中回转驱动机构的结构示意图；

图4为本发明装置在浇注准备阶段的结构示意图；

图5为本发明装置在充型浇注阶段的结构示意图；

图6为本发明装置在凝固冷却阶段的结构示意图；

图7为本发明装置在复位阶段的结构示意图；

图8为本发明装置在开模取件阶段的结构示意图。

附图中的附图标记所代表的结构如下：

1—转轴  2—倾斜液压缸  3—支承座  4—倾斜工作台5—联轴器  6—电机  7—旋转工作台  8—导向杆  9—开模液压缸10—谐波减速器  11—联轴器  12—法兰盖  13—合模板  14—上摸15—浇口杯  16—铸模  17—顶出液压缸  18—从动齿轮  19—回转轴20—主动齿轮  21—蜗杆  22—蜗轮  23—支撑座  24—倾斜轴  25—机架26—下模

具体实施方式

一种两向复合变位倾转重力铸造方法，铸模与固定在其上的浇口杯一起在铸造机工作台上可受控制地进行倾斜和回转两向复合运动，浇口杯由处于与铸模水平或与铸模成一定倾斜角度的位置逐渐向铸模的上方位置转动，浇口杯在运动过程中向铸模进行金属液的充型浇注。其具体的铸造步骤如下：a、铸模及铸造机工作台处于水平状态，铸模合模，向浇口杯中注入一定量的金属液；b、铸模受控制地进行倾斜和回转两向复合运动，由水平状态向竖直状态运动，在此过程中进行充型浇注；c、铸模固定于竖直位置状态，铸件凝固冷却；d、凝固冷却成型后，铸模复位至水平状态；e、开模取出铸件。步骤b中的充型浇注是指铸模和浇口杯一起由水平位置或与水平成一定的倾斜角度进行倾斜和回转两向复合运动至竖直位置，形成铸模在三维空间的多种复杂运动轨迹，在此过程中浇口杯中的金属液进入铸模内。

图1为本发明装置的主视图，图2为本发明装置的俯视图，图3为本发明装置中回转驱动机构的结构示意图，如图所示：两向复合变位倾转重力铸造装置包括机架25、浇口杯15、铸模16、倾斜液压缸2、倾斜工作台4、旋转工作台7、开合模机构和顶出机构。浇口杯15设置在铸模16上，其出口与铸模16的型腔连通。倾斜工作台4通过倾斜轴24相对机架25可转动的设置在机架25的顶部，倾斜液压缸2的缸座通过转轴1与机架25的底座铰接，倾斜液压缸2的活塞杆端部与倾斜工作台4铰接。倾斜液压缸2动作，倾斜液压缸2的活塞杆推动倾斜工作台4在竖直平面内转动。

旋转工作台7和倾斜工作台4之间设置有驱动旋转工作台7回转的回转驱动机构，回转驱动机构包括依次连接设置的电机6、支承座3、联轴器5、谐波减速器10、联轴器11、支撑座23、蜗杆21、蜗轮22、主动齿轮20、从动齿轮18和回转轴19。电机6的输出轴通过联轴器5与谐波减速器10的输入轴连接，谐波减速器10的输出轴通过联轴器11与蜗杆21连接，蜗杆21与蜗轮22齿啮合，蜗轮22与主动齿轮20固定于同一轴上，主动齿轮20与从动齿轮18齿啮合，从动齿轮18套装在回转轴19上并与其过盈配合，回转轴19的一端与旋转工作台7固定连接，另一端设置在倾斜工作台4上并与工作台4轴向固定径向转动配合。本实施例的电机6采用步进电机。开启步进电机，步进电机驱动谐波减速器10，并通过蜗轮蜗杆结构把动力传递给主动齿轮20，主动齿轮20再带动从动齿轮18，实现回转轴19和与回转轴19固定连接的旋转工作台7一起回转运动。

铸模16包括活动的上模14和固定的下模26，下模26固定设置在旋转工作台7上。开合模机构包括开模液压缸9、导向杆8、法兰盘12、合模板13，开模液压缸9固定在旋转工作台7的左端(旋转工作台7处于竖直状态时)，开模液压缸9的活塞杆间隙穿过旋转工作台7与合模板13固定连接，合模板13与上摸14固定连接，四根导向杆8间隙穿过旋转工作台7并通过法兰盘12与合模板13固定连接。开模液压缸9动作，开模液压缸9的活塞杆和导向杆8同步沿穿过旋转工作台7上的孔滑动，从而带动合模板13往复移动，实现上模14开合模运动。顶出机构包括顶出液压缸17，顶出液压缸17的活塞杆间隙穿入下模26内，其端部为顶出铸件端。

使用该两向复合变位倾转重力铸造装置时，首先开启倾斜液压缸2，倾斜液压缸2驱动倾斜工作台4绕倾斜轴24倾斜，使倾斜工作台4处于水平或接近水平状态，浇口杯15与铸模平行，向浇口杯15中注入金属液(如图4所示的两向复合变位倾转重力铸造装置在浇注准备阶段的结构示意图)；然后根据铸件的结构形状及工艺要求，开启倾斜液压缸2和步进电机，实时调整铸模的倾斜角度、倾斜速度和铸模回转角度、回转速度，使铸模16在可变位倾转式金属型重力铸造机上做倾转和回转的合成运动，形成铸模在三维空间的多种复杂运动轨迹，在此运动过程中，浇口杯15中的金属液注入铸模16内，倾斜工作台4由处于水平或接近水平的状态逐渐向竖直或接近竖直的状态运动(如图5所示的两向复合变位倾转重力铸造装置在充型浇注阶段的结构示意图)；在倾斜工作台4处于竖直或接近竖直的状态时，倾斜液压缸2和步进电机停止动作，铸模16内铸件凝固冷却(如图6所示的两向复合变位倾转重力铸造装置在凝固冷却阶段的结构示意图)；在铸件凝固结束后，再开启倾斜液压缸2，使倾斜工作台4运动到水平或接近水平的状态(如图7所示的两向复合变位倾转重力铸造装置在复位阶段的结构示意图)；最后开启开模液压缸9，开模液压缸9的活塞杆缩回，同时拉动合模板13带动上模14脱离下模26，开启顶出液压缸17，在顶出液压缸17的活塞杆的推力作用下驱动铸件从下模26内脱离，取出铸件，清理铸模16(如图8所示的两向复合变位倾转重力铸造装置在开模取件阶段的结构示意图)，即可进入下一次生产工序。

本实施例中，铸模的倾斜速度可在0.5～6r/min之间无级调节，倾斜角度范围为0～90°，铸模回转速度可在0.3～4r/min之间无级调节，回转角度范围是0～360°。通过实时调节铸模的倾斜角度、倾斜速度和回转角度、回转速度可使铸模在两向复合运动中呈现出不同的运动轨迹，以满足铸件尺寸、形状、结构和充型部位不同要求的需求，以适应异形铸件的浇铸，提高复杂铸件的铸造质量。经检测，若铸模的倾斜速度和铸模回转速度过低，浇注的金属液凝固过快，若铸模的倾斜速度和铸模回转速度过高，浇注的金属液易产生气孔，降低铸件的铸造质量。

本实施例中的回转驱动机构并不局限于上述结构，也可采用液压缸或气缸的活塞杆推动齿条，利用与齿条相啮合的齿轮带动回转轴转动，同样可实现旋转工作台7回转运动，达到本发明的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种两向复合变位倾转重力铸造方法，其特征在于：铸模与固定在其上的浇口杯一起在铸造机工作台上可受控制地进行倾斜和回转两向复合的三维空间运动，浇口杯由处于与铸模水平或与铸模成一定倾斜角度的位置逐渐向铸模的上方位置转动，浇口杯在运动过程中向铸模进行金属液的充型浇注；铸模的倾斜速度可在0.5～6r/min之间无级调节，倾斜角度范围为0～90°；铸模的回转速度可在0.3～4r/min之间无级调节，回转角度范围是0～360°。

2.根据权利要求1所述的两向复合变位倾转重力铸造方法，其特征在于：其步骤如下：

a、铸模及铸造机工作台处于水平状态，铸模合模，向浇口杯中注入一定量的金属液；

b、铸模受控制地进行倾斜和回转两向复合运动，由水平状态向竖直状态运动，在此过程中进行充型浇注；

c、铸模固定于竖直位置状态，铸件凝固冷却；

d、凝固冷却成型后，铸模复位至水平状态；

e、开模取出铸件。

3.根据权利要求2所述的两向复合变位倾转重力铸造方法，其特征在于：所述步骤b中的充型浇注是指铸模和浇口杯一起由水平位置或与水平成一定的倾斜角度进行倾斜和回转两向复合运动至竖直位置，在此过程中浇口杯中的金属液进入铸模内。

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