CN103042194A - 一种用于制备空壳薄壁铸件的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空壳薄壁铸件的装置及其铸造方法，该装置包括熔炼炉、设置在熔炼炉内部的砂模、与砂模连接的抽气装置，所述砂模与熔炼炉之间设置有合金熔体。首先需要制备出透气性较好的砂型或砂芯，并在砂型或砂芯端部设置排气通道；其次，将熔体温度控制在该合金的液相线温度以下0-20℃，保持熔体液相分数＞80％；然后，在砂型或砂芯浸入熔体中时，需迅速对砂型或砂芯抽气；最后，待铸件冷却清砂、去除多余部分合金即获得所需要的铸件。采用该装置和方法，合金熔体在负压作用下流动性大大改善，成形性能大大提高，且可排除砂型中的水汽、空气，改善成形铸件的内部质量。

Description

一种用于制备空壳薄壁铸件的装置及方法

技术领域：

本发明属于合金铸造技术领域，具体的说就是提供用于制备空壳薄壁铸件的装置及方法，采用本发明生产的铸件组织致密、均匀，不会产生缩孔，而且工序短，能够满意高品质空壳薄壁铸件的需求。

背景技术：

薄壁空壳铸件具有广泛的应用领域，在制造业和艺术铸造也等领域受到广泛关注。

CN 97118729.0号国家发明专利涉及一种空壳薄壁铸件的制备方法。该发明涉及将制备好的砂型或砂芯浸入半固态合金中，停留一段时间后，待其冷却至室温并清砂处理之后，即可获得薄壁合金制品。该制备技术中，熔体温度处于半固态温度区间，流动性差，填充性能不佳，造成局部狭窄区域难以成形；氧化物容易附着与铸件上，对砂型、砂芯的要求很高，需要严格控制水分含量。因此，通过该方法所制得的铸件组织疏松、铸造缺陷多，最终导致铸件机械加工困难、耐蚀性差、使用寿命短。

CN 02133413.7介绍了一种金属材料凝壳铸造工艺，制备工艺包括铸造铸型-烘干或焙烧-熔炼金属材料-凝壳结晶成形-倒出多余金属材料液体-冷却清理，其所用的合金熔体温度高于合金液相线温度100-150℃，然后直接浇注入铸型中，待其停留1-5分钟后从铸型中将多余金属材料液体倒出。采用该种方法制备的薄壁铸件尽管填充性能好、组织致密，但是铸件壁厚不均匀，工艺控制困难，难以满足实际生产的需求。

因此，迫切需要发明新的薄壁铸件制备技术，以满足对薄壁铸件日益增长的需求和苛刻使用环境的要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于制备空壳薄壁铸件的装置及方法，该方法具有工艺控制简单、操作方便，所制备的铸件组织致密、均匀，且不会产生缩孔、气孔等铸造缺陷、具有优良的力学性能和使用性能。

本发明的技术方案如下：

一种用于制备空壳薄壁铸件的装置，包括带有电磁搅拌装置的感应熔炼炉、设置在感应熔炼炉内部的砂模、与砂模连接的抽气装置，所述砂模与感应熔炼炉之间设置有合金熔体。

所述砂模是砂芯或砂型，该砂芯或砂型透气性好、在砂芯或砂型端部设置砂型排气管、砂型排气管与抽气装置连接。

所述抽气装置包括负压舱和真空泵，负压舱一侧与砂模的砂型排气管相连，负压舱另一侧通过负压舱连接管与真空泵相连接，并在负压舱连接管上安装阀门控制气体流向。

所述感应熔炼炉的坩埚底部设置有电磁搅拌装置，以便对半固态熔体进行搅拌。

一种用于制备空壳薄壁铸件的装置及方法，首先，采用粒度较粗、粒形圆整的原砂，制备出透气性好的砂模，并在砂模端部设置砂型排气管；其次，将合金熔体温度控制在该合金的液相线温度以下0-20℃以内，使其半固态合金液相率＞80％；然后，在砂模中浸入熔体时，对砂模进行抽气，合金熔体在负压作用下吸附在砂模外壁并且结晶凝固形成金属薄壁；最后，取出附着薄层金属的砂模，待其冷却、清理后获得铸件。

所述砂模是砂芯或砂型，该砂芯或砂型采用粒径较大、粒形圆整、颗粒粒径分布集中的石英砂作为原砂，所制备出的砂芯或砂型透气性好，并在砂模端部设置砂型排气管，以便将砂模与抽气装置连接。

所述抽气装置是用于真空压铸的抽真空装置，包括负压舱和真空泵，砂模的砂型排气管直接与负压舱相连接，负压舱通过负压舱连接管连接真空泵，在负压舱连接管上接近负压舱的一侧设置有压力表，在负压舱连接管上接近真空泵的一侧设置真空泵阀门，真空泵阀门控制气体流向、以避免高温气体直接进入真空泵；砂型排气管上设置有电磁阀。

所述砂模在合金熔体中做行星式自转，自转速度为5-30转/分钟，待合金熔体在砂模表面凝固形成金属薄壁后，将金属薄壁从熔体中提出。

所述薄壁合金铸件的壁厚为1.5-2mm。

本发明中，首先需要制备出透气性较好的砂型或砂芯，并在砂型或砂芯端部设置砂型排气管；其次，将熔体温度控制在该合金的液相线温度以下0-20℃，保持熔体液相分数＞80％；再次，在砂型或砂芯浸入熔体中时，需迅速对砂型或砂型抽气；最后，在砂模表面凝结一层金属后，冷却清砂、去除多余部分合金即获得所需要的铸件。合金熔体在负压作用下流动性大大改善，且可将砂型中的水汽、空气排除，改善成形铸件的内部质量。

本发明的有益效果在于：

1.通过对砂模抽气，铸型壁面形成负压，且半固态熔体的液相率含量较高，并布置电磁搅拌装置对熔体进行搅拌，可以改善半固态熔体微观结构，提高半固态熔体合金的流变性能和填充能力，能制备形状复杂的铸件，而且装置结构简单、操作方便。

2.所制备铸件的外部质量优良，轮廓清晰，内部组织致密、均匀，而且不会产生缩孔、气孔，能够满意高品质空壳薄壁铸件的需求。

附图说明：

图1为空心薄壁铸件铸造过程的示意图；

其中：1为真空泵；2为砂芯或砂型；3为铸件；4为合金熔体；5为感应加热炉；6为电磁搅拌器；7为砂型排气管；8为电磁阀；9为负压舱；10为压力表；11为负压舱连接管；12为真空泵阀门。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明所提供的铸造技术，包括以下工作步骤：

①把用于铸造的合金在感应熔炼炉中熔化，脱氧打渣后，将温度降至低于该合金液相线温度以下0-20℃，保持该半固态合金熔体中液相率＞80％，并启动电磁搅拌装置对熔体进行搅拌；

②制备好透气性良好、且带有砂型排气管的砂型或砂芯；

③将制备好的砂型通过砂型排气管与抽气装置相连；

④先关闭电磁阀、打开真空泵阀，启动真空泵对负压舱抽真空，关闭真空泵和真空泵阀门；

⑤将砂型或砂芯浸入熔体中，并迅速打开连接砂型或砂芯与负压舱的电磁阀；

⑥砂型或砂芯在熔体中做行星式自转，保持5-30转/分钟的自转速度，待砂型和砂芯浸入熔体10-60秒，在砂型和砂芯表面凝固后将其从熔体中提出，关闭电磁阀，打开真空泵阀，启动真空泵对负压舱抽真空；

⑦冷却清砂、去除多余部分合金即获得所需要的铸件。

实施例1

采用ZGS96-60Q-15型硅砂作为原砂，制成砂型或砂芯2，并安装砂型排气管7；将一定量的1Cr18Ni9Ti合金钢坯加入带有电磁搅拌器6的感应加热电炉5中，将合金钢加热熔化，脱氧打渣，启动电磁搅拌器6对熔体4进行搅拌，将熔体4温度降至该合金液相线温度1510℃以下0-10℃，即控制在1510-1500℃；关闭电磁阀7、打开真空泵阀门12，启动真空泵1，待负压舱9获得高真空后，关闭真空泵阀门12；将烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔体4中，迅速打开真空阀7；以5-10转/分钟速度旋转并均匀摆动砂芯2，保持10-30秒后将其缓慢提出，此时，砂型2浸入的所有表面形成了一层均匀的凝固层，冷却后清砂，并切除两端多余部分的合金，获得所需要的1Cr18Ni9Ti空心薄壁合金铸件，铸件壁厚为1.5-2mm。

实施例2

采用ZGS96-42Q-15型硅砂作为原砂，制成砂型或砂芯2，并安放砂型排气管；将一定量的ZQSn10-5合金坯料加入感应电炉5中，将其加热熔化，除气打渣，然后将熔体温度降至该合金液相线温度1005℃以下10-20℃，即控制在995-985℃；关闭电磁阀7、打开真空泵阀门12，启动真空泵1，待负压舱9获得高真空后，关闭真空泵阀门12；将烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔体4中，迅速打开真空阀7；以20-30转/分钟的速度旋转并摆动砂芯2，保持30-60秒后将其缓慢提出，此时，砂型2浸入的所有表面形成了一层均匀的凝固层，冷却后清砂，并切除两端多余部分的合金，获得所需要的ZQSn10-5空心薄壁合金铸件，铸件壁厚为1.5-2mm。

实施例3

采用ZGS85-30Q-15型硅砂作为原砂，制成砂型或砂芯2，并安装砂型排气管；将一定量的HT150铸铁合金坯料加入感应电炉5中，将其加热熔化，除气打渣，然后将熔体温度降至该合金液相线温度1260℃以下5-15℃，即控制在1245-1255℃；关闭电磁阀7、打开真空泵阀门12，启动真空泵1，待负压舱9获得高真空后，关闭真空泵阀门12；将烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔体4中，迅速打开真空阀7；以10-20转/分钟的速度旋转并摆动砂芯2，保持20-40秒后将其缓慢提出，此时，砂型2浸入的所有表面形成了一层均匀的凝固层，冷却后清砂，并切除两端多余部分的合金，获得所需要的HT150铸铁空心薄壁合金铸件，铸件壁厚为1.5-2mm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于制备空壳薄壁铸件的装置，其特征在于：包括带有电磁搅拌装置的感应熔炼炉、设置在感应熔炼炉内部的砂模、与砂模连接的抽气装置，所述砂模与熔炼炉之间设置有合金熔体。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述砂模是砂芯或砂型，该砂芯或砂型透气性好、在砂芯或砂型端部设置砂型排气管、砂型排气管与抽气装置连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述抽气装置包括负压舱和真空泵，负压舱一侧与砂模的砂型排气管相连，负压舱另一侧通过负压舱连接管与真空泵相连接，并在负压舱连接管上安装阀门控制气体流向。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述感应熔炼炉的坩埚底部设置有电磁搅拌装置，以便对半固态熔体进行搅拌。

5.一种用于空壳薄壁铸件的铸造方法，其特征在于：首先，采用粒度较粗、粒形圆整的原砂，制备出透气性好的砂模，并在砂模端部设置砂型排气管；其次，将合金熔体温度控制在该合金的液相线温度以下0-20℃以内，使其半固态合金液相率＞80％；然后，在砂模中浸入熔体时，对砂模进行抽气，合金熔体在负压作用下吸附在砂模外壁并且结晶凝固形成金属薄壁；最后，取出附着薄层金属的砂模，待其冷却、清理后获得铸件。

6.如权利要求5所述的铸造方法，其特征在于：所述砂模是砂芯或砂型，该砂芯或砂型采用粒径较大、粒形圆整、颗粒粒径分布集中的石英砂作为原砂，所制备出的砂芯或砂型透气性好，并在砂模端部设置砂型排气管，以便将砂模与抽气装置连接。

7.如权利要求5所述的铸造方法，其特征在于：所述抽气装置是用于真空压铸的抽真空装置，包括负压舱和真空泵，砂模的砂型排气管直接与负压舱相连接，负压舱通过负压舱连接管连接真空泵，在负压舱连接管上接近负压舱的一侧设置有压力表，在负压舱连接管上接近真空泵的一侧设置真空泵阀门，真空泵阀门控制气体流向、以避免高温气体直接进入真空泵；砂型排气管上设置有电磁阀。

8.如权利要求5所述的铸造方法，其特征在于：所述砂模在合金熔体中做行星式自转，自转速度为5-30转/分钟，砂型和砂芯浸入熔体10-60秒，待合金熔体在砂模表面凝固形成金属薄壁后，将金属薄壁从熔体中提出。

9.如权利要求5所述的铸造方法，其特征在于：所述薄壁合金铸件的壁厚为1.5-2mm。

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