CN104259448A - 一种镁合金铸造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁合金铸造方法及装置，适用于复杂薄壁镁合金铸件的高工艺品质铸造成形。该方法及装置是，在真空抽吸和定量浇注机构的驱动下，供液熔池中的过热镁合金熔体经气氛保护保温浇管，充填放置在真空或保护气氛密封罩内的铸型型腔；当铸型冒口液位达到要求高度时停止浇注，铸型内熔体可在密封罩的真空或保护气氛下完成凝固，也可根据需要对密封罩充压，使铸型内熔体在等于或高于大气压的压力环境下凝固，获得内部致密、无浇注和充型流动致工艺缺陷的镁合金铸件。

Description

一种镁合金铸造方法及装置
技术领域
本发明涉及一种镁合金铸造方法及装置，适用于大型薄壁镁合金高品质铸件的成形，属于镁金属的铸造成型领域。
背景技术
现行镁合金构件在重力铸造成形过程中(附图2)，在大气环境下，一般用熔炉倾倒的方法，将精炼、调温后的镁合金熔体从熔炼坩埚11转移到浇包12内，参考图2(a)；待浇包12内熔体温度降低到浇注温度后，在大气环境下对重力铸造铸型13进行浇注，浇入的熔体流经浇道系统对铸型型腔进行充填，然后凝固获得铸件，参考图2(b)。在上述传统的重力铸造过程中，极易出现以下问题：
1、高温熔体在转移、浇注和充型过程中，会接触到大气或型腔中的气体，并瞬即在熔体流表面形成氧化膜，这些氧化膜会混入熔体流，导致熔体的二次污染；
2、在浇注流态不稳或/和熔体未能充满浇道时，铸型的型腔气体会被吸入熔体流，导致熔体氧化吸气，并极易残留在熔体内形成气孔缺陷；
3、型腔气体以表面成膜和产生气阻两种形式干扰充型流动、影响充型质量，并在两流动充型前沿相遇部位形成熔合不良或/和充不满工艺缺陷；
4、充型后，铸件在常压下凝固，易因补缩能力不够，出现缩孔缩松的凝固缺陷。
现行镁合金构件的低(差)压铸造成形方法，一般用熔炉倾倒的方法，将精炼、调温后的镁合金熔体转移到置于铸型下方的保温浇注炉坩埚内；待炉内熔体温度调节到浇注温度后，用压缩空气将熔体经升液管压升至置于一定压力或真空度环境中的铸型型腔内实现充型。该工艺方法具备了底注式稳定流动充型的优势，但因用压缩空气实现浇注充型和保压凝固、用熔剂为供液熔池提供阻燃保护，也面临着以下问题：
1、在镁合金的低(差)压铸造过程中，熔体一般是在大气环境下，将用熔剂法熔化、精炼和调温后的镁合金熔体倾翻转移到浇注炉内。高温熔体在这一开放式转移过程中，会因接触大气，会在熔体流表面瞬即形成氧化膜，导致熔体的二次污染；
2、采用氯盐熔剂为浇注炉熔池阻燃。熔剂溶入熔体导致铸件的耐蚀性能降低，熔剂混入充型熔体流，导致铸件内部出现渣孔；
3、熔剂会与镁合金中的活泼合金元素(如：钙、锶、稀土、锆等)反应，不仅导致熔体成分波动，反应产物还会降低熔体的纯净度。
上述问题的存在，不仅影响镁合金铸造生产的工艺成品率和铸件外观质量；还会降低铸件的内在工艺品质。专利“一种镁合金炉料无熔剂重熔精炼方法及其装置，ZL200710078417X”解决了残余熔剂和熔渣对熔体冶金配置的影响。本发明目的就是，在获得了冶金质量合格的镁合金熔体后，为镁合金复杂薄壁铸件的生产提供一种新的充型工艺方法及装置，以期达到消除伴随熔体转移和充型流动的二次污染，提高铸件的内外在工艺品质的目的。
发明内容
本发明旨在提供一种镁合金铸造方法及装置，解决现行镁合金重力铸造工艺过程中因熔体的二次污染导致的内在工艺品质问题。
本发明的镁合金铸造方法是，在真空抽吸和/或定量浇注结构2的驱动下，镁合金熔炼炉的供液熔池1中的镁合金熔体，经保温浇管3对置于真空或者充满保护气氛的密封罩内的铸型10型腔进行充满式底注充填；充型结束后，铸型10可继续在真空或保护气氛下凝固，也可根据需要对密封罩充压，使铸型内熔体在设定压力下凝固。实现上述方法的装置包括以下主要部件(参考图1)：供液熔池1、定量浇注机构2、保温浇管3、升降机构4、浇管口开闭机构5、浇注平台6、密封罩7、真空及气氛气压调控通道8、液位检测器9和铸型10。采用上述方法和装置，可以解决在传统铸造或/和现行镁合金构件的低(差)压铸造成形中极易出现的熔体二次污染、气孔缺陷、熔合不良或/和充不满和缩孔缩松等问题，本发明的具体解决方法是，在高温熔体的转移、浇注和充型过程中，熔体以充满状态流经保温浇管3后，自下而上地充填处于真空或保护气氛中的铸型10的型腔，从而有效解决因为空气中转液、浇注和充型造成的熔体二次污染，型腔气体被卷入熔体流中形成气孔缺陷及由于型腔气体干扰充型流动而产生的熔合不良或/和充不满等型腔气体致工艺缺陷，还可解决重力铸造时因补缩能力不够而出现的缩松缩孔的凝固缺陷。
下面结合图1，介绍实现本发明的具体步骤：
步骤1，浇管口开闭机构5关闭保温浇管3出口，并向保温浇管3内注入保护气体；升降机构4抬升保温浇管3，将浇管与浇注平台6密封连接起来；步骤2，定量浇注机构2将供液熔池1中的镁合金熔体驱入保温浇管3，直至保温浇管3内的熔体液位接近浇管口开闭机构5，然后将液位稳定在这一高度；步骤3，通过真空及气氛气压调控通道8对内置铸型10的密封罩7抽真空或再注入保护气体；待密封罩7内真空度或保护气体压力达到要求后，浇管口开闭机构5开启浇管口，连通浇注通道；步骤4，定量浇注机构2以设定的浇注速度将供液熔池1中的镁合金熔体浇入铸型10型腔；当液位检测器9检测到铸型10冒口中的液位升到要求液位时，定量浇注机构2终止浇注，浇管口开闭机构5同步关闭保温浇管3出口，终止浇注；同时，保护气体通过浇管口开闭机构5注入保温浇管3内，使保温浇管3内液位回落到浇注前的高度；步骤5，随后，铸型10内熔体在密封罩7内的真空或保护气氛下凝固，也可通过真空及气氛气压调控通道8将密封罩7内压力调节到要求值，使铸型11内熔体在要求的压力下凝固。步骤6，待铸型10内铸件完全凝固并降温一段时间后，卸除密封罩8真空或气氛压力，即可取出含铸件的铸型10；步骤7，对浇注平台6和保温浇管3与浇注平台6的连接部位进行清洁维护后，放入待浇铸型，铸件生产进入下一工艺循环。步骤8，当需要较长时间停产或终止铸件生产时，定量浇注机构2卸除驱动力，保温浇管3内的熔体回流到供液熔池1；并向保温浇管3维持保护气体供应，防止浇管内壁粘附的熔体氧化。上述步骤均机械完成，并结合数字控制等技术，便可实现重力铸造的机械化和自动化。
与现有技术相比，本发明的区别和优点如下：
1、镁合金熔体在充满的浇管内完成转移，在真空或保护气氛下以底注模式完成浇注充型，有效消除了由于熔体在大气下转移、浇注和充型流动导致的二次污染，可确保镁合金熔体洁净度、同时消除型腔气体致工艺缺陷；
2、充填过程结束后，可随即卸除密封罩内的真空或/和根据需要对密封罩充压，使型腔内的熔体在设定压力下凝固，确保有效补缩、抑制或消除缩松缩孔缺陷；
3、本发明的熔体转移浇注等过程均自动完成，如与镁合金炉料的加料、熔化、精炼一体化联合实施，就可实现镁合金熔炼与重力铸造的一体化、机械化和自动化。
附图说明
附图1为一种镁合金铸造装置示意图；
附图2为传统镁合金重力铸造过程示意图，图(a)为倾翻转液过程，图(b)为浇注充型过程；
图中：1.供液熔池；2.定量浇注机构；3.保温浇管；4.升降机构；5.浇管口开闭机构；6.浇注平台；7.密封罩；8.真空及气氛气压调控通道；9.液位检测器；10.铸型；11.熔炼坩埚；12.浇包；13.重力铸造铸型。

Claims (4)

1.一种镁合金铸造方法及装置，其方法是，在真空抽吸和/或定量浇注结构的驱动下，镁合金熔炼炉的供液熔池中的镁合金熔体，经气氛保护保温浇管对置于真空或者保护气氛密封罩内的铸型型腔进行充满式底注充填；充型过程结束后，铸型可继续在真空或保护气氛下凝固，也可根据需要充压，使铸型内熔体在设定压力下凝固。
2.一种镁合金铸造方法及装置，实现权利1所述方法的装置包含供液熔池(1)、定量浇注机构(2)、保温浇管(3)、升降机构(4)、浇管口开闭机构(5)、浇注平台(6)、密封罩(7)、真空及气氛气压调控通道(8)、液位检测器(9)和铸型(10)。
3.根据权利要求1、2所述的一种镁合金铸造方法及装置，其装置特征是，浇管口开闭机构(5)开设有保护气体通道，在该机构处于关闭状态时，保护气体可以经该通道流入保温浇管(3)内。
4.根据权利要求1、2和3所述的一种镁合金铸造方法及装置，其特征是按照以下步骤实现铸造成形：
步骤1，浇管口开闭机构(5)关闭保温浇管(3)出口，并向保温浇管(3)内注入保护气体；升降机构(4)抬升保温浇管(3)，将浇管与浇注平台(6)密封连接起来；
步骤2，定量浇注机构(2)将供液熔池(1)中的镁合金熔体驱入保温浇管(3)，直至保温浇管(3)内的熔体液位接近浇管口开闭机构(5)，然后将液位稳定在这一高度；
步骤3，通过真空及气氛气压调控通道(8)对内置铸型(10)的密封罩(7)抽真空或再注入保护气体；待密封罩(7)内真空度或保护气体压力达到要求后，浇管口开闭机构(5)开启浇管口，连通浇注通道；
步骤4，定量浇注机构(2)以设定的浇注速度将供液熔池(1)中的镁合金熔体浇入铸型(10)型腔；当液位检测器(9)检测到铸型(10)冒口中的液位升到要求液位时，定量浇注机构(2)终止浇注，浇管口开闭机构(5)同步关闭保温浇管(3)出口，终止浇注；同时，保护气体通过浇管口开闭机构(5)注入保温浇管(3)内，使保温浇管(3)内液位回落到浇注前的高度；
步骤5，随后，铸型(10)内熔体在密封罩(7)内的真空或保护气氛下凝固，也可通过真空及气氛气压调控通道(8)将密封罩(7)内压力调节到要求值，使铸型(11)内熔体在要求的压力下凝固；
步骤6，待铸型(10)内铸件完全凝固并降温一段时间后，卸除密封罩(8)真空或气氛压力，即可取出含铸件的铸型(10)；
步骤7，对浇注平台(6)和保温浇管(3)与浇注平台(6)的连接部位进行清洁维护后，放入待浇铸型，铸件生产进入下一工艺循环；
步骤8，当需要较长时间停产或终止铸件生产时，定量浇注机构(2)卸除驱动力，保温浇管(3)内的熔体回流到供液熔池(1)；并向保温浇管(3)维持保护气体供应，防止浇管内壁粘附的熔体氧化。
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