CN104525897A - 一种低压铸造模具的新型冷却介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压铸造模具的新型冷却介质，含有聚丙烯酰胺、聚乙二醇、防腐剂、防锈剂、阻垢剂、水。本发明提供的新型冷却介质是一种介于水冷和风冷之间的水基聚合物冷却介质，能克服现有低压铸造冷却技术中的不足，可以根据低压铸造产品的尺寸规格及形状来调整介质的冷却速度，冷却效果均匀、稳定；且其成本较低、低压铸造模具冷却效率高，能稳定控制产品质量。其也可以应用于低压铸造、重力铸造、差压铸造、倾斜铸造等需要冷却介质的铸造方式。

Description

一种低压铸造模具的新型冷却介质

技术领域：

本发明涉及金属热处理技术领域，具体的涉及一种低压铸造模具的新型冷却介质。

背景技术：

低压铸造技术是实现铸件少余量、无余量加工，同时也是汽车铸件精密化、薄壁化、轻量化和节能化的重要措施。90年代后期世界各国对铸件要求越来越高，铸件的精密化、薄壁化、轻量化和省力化已成为铸造技术发展的主攻方向。而低压铸造技术和压铸洽巧能够满足上述要求。但目前低压铸造在设备、模具、工艺和自动化方面尚需进一步改进和提高。

低压铸造技术具有以下特点：(1)低压铸造的最基本特征是金属液在坩埚内由下而上充填铸型。充填铸型浇口与冒口可以合而为一。升液管截面积都比较大，金属流量大，但流速不高。一般升液管内金属液上升速度在0.05～0.2m/s，金属流动非常平稳，且金属液前锋，氧化膜不断破裂趋向升液管管壁，铸件内极少气孔和夹渣。对比压铸充型，在活塞挤压筒内，活塞以1～2m/s速度将合金液推进，充满挤压筒后，以极快速度增压，又由于内浇口截面积小，造成内浇道处射速高达20～50m/s，因此更显低压铸造充型平稳性。由于低压铸造铸件内没有气泡，这种铸件可以用热处理方法大幅度提高铸件材质的力学性能，这一基本特点在未来的低压铸造设备中将得到充分保证和发展。

(2)低压铸造过程中，根据铸件壁厚、合金牌号和铸型情况，在液面加压参数中一般都要建立升液-充型-结壳(仅砂型)-升压-保压-卸压几个阶段参数，以保证充型平稳、排气和在尽可能大的压头下凝固结晶。这种工艺的需要，目前在设备上还不可能完全得到保证。这是在未来需要进一步改善和确保的。

(3)铝合金铸件因壁厚增加而力学性能大幅度下降，是一般重力铸造中常出现的问题。低压铸造由于补缩压力大，而且低压铸造正向差压铸造发展，铸型也处于正压力场中，因此低压铸造厚壁铝合金铸件力学性能可望达到令人满意的程度。

(4)低压铸造可以高度机械化、自动化，既提高生产率，达到10～15型/h，又可减少众多的不利于生产工艺的人为因素，提高成品率，而且可大大减轻工人劳动强度。

在未来21世纪中，低压铸造技术以上特点将得到充分发展。现有低压铸造技术中，低压铸造模具的冷却介质有压缩空气(风冷)、水雾冷却、水冷却。随着低压铸造技术的发展，现有的冷却技术均很难满足生产的需求。压缩空气冷却虽然工艺调整范围较宽、产品合格率较高，但产品的机械性能和生产效率相对偏低，压缩空气释放产生的噪音严重影响环境，且生产压缩空气的电耗高，不利于节能环保。用水介质对低压铸造模具进行冷却虽然生产效率和产品的机械性能较高，但由于这种方法的工艺范围窄，工艺调试及控制难度非常大，造成废品率偏高。水雾冷却方式提出的目的是在风冷和水冷之间找到适中的冷却方式，但由于水雾的发生量控制难度大、且设备投资偏大，因此也会造成产品质量稳定性下降。因此，如何寻找一种低成本、高效率且能稳定控制产品质量的冷却方法是低压铸造行业必须解决的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种低压铸造模具的新型冷却介质，它是一种介于水冷和风冷之间的水基聚合物冷却介质，其成本较低，冷却效率高，能稳定控制产品的质量，可以应用于低压铸造、重力铸造、差压铸造、倾斜铸造等需要冷却介质的铸造方式。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低压铸造模具的新型冷却介质，以重量百分比比计，包括以下组分：

聚丙烯酰胺3-25％，

聚乙二醇3-25％,

防腐剂0-1.0％，

防锈剂0-1.0％，

阻垢剂0-1.0％，

余量为水。

作为上述技术方案的优选，所述防腐剂为四硼酸钠。

作为上述技术方案的优选，所述防锈剂为亚硝酸钠。

作为上述技术方案的优选，所述阻垢剂为磷酸三钠的水溶液。

一种低压铸造模具的新型冷却介质的应用方法，在低压铸造工艺的冷却阶段，用水泵将新型冷却介质池中的冷却介质在低压铸造模具冷却管道中循环。

一种低压铸造模具的新型冷却介质的应用方法，结合凝固模拟分析软件，根据低压铸造产品的形状及尺寸规格确定所需要的冷却速度，调整冷却介质中有机聚合物的浓度，达到最佳的冷却条件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

将聚丙烯酰胺与聚乙烯醇按照一定比例混合，二者之间可以发生接枝反应，不容易出现传统聚合物冷却液中所出现的混层现象。从而保证冷却介质的稳定性和长效性，并降低采用单一聚合物组分的生产成本；

本发明提供的一种低压铸造模具的新型冷却介质，可以应用于低压铸造、重力铸造、差压铸造、倾斜铸造等需要冷却介质的铸造方式，可以根据低压铸造产品的尺寸规格及形状来调整介质的冷却速度，冷却效果均匀、稳定；且其成本较低、低压铸造模具冷却效率高，能稳定控制产品质量。

具体实施方式：

为更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。

实施例

一种低压铸造模具的新型冷却介质，以重量百分比计，包括以下组分：

聚丙烯酰胺3％，聚乙二醇3％，

防腐剂0.1％，防锈剂0.1％，

阻垢剂1％，余量为水。

实施例2

一种低压铸造模具的新型冷却介质，以重量百分比计，包括以下组分：

聚丙烯酰胺25％，聚乙二醇25％，

防腐剂0.99％，防锈剂0.99％，

阻垢剂49％，余量为水。

实施例3

一种低压铸造模具的新型冷却介质，以重量百分比计，包括以下组分：

聚丙烯酰胺10％，聚乙二醇10％，

防腐剂0.4％，防锈剂0.4％，

阻垢剂20％，余量为水。

实施例4

一种低压铸造模具的新型冷却介质，以重量百分比计，包括以下组分：

聚丙烯酰胺20％，聚乙二醇20％，

防腐剂0.7％，防锈剂0.7％，

阻垢剂35％，余量为水。

本发明提供的低压铸造模具冷却的新型介质，可以根据低压铸造产品的尺寸规格及形状来调整介质的冷却速度，冷却速度可以通过聚合物的添加量及聚合物中各组分的配比来调节。

例如,为使低压铸造产品在600℃附近获得的最大冷却速度为70℃/S,需要的溶液成分为聚丙烯酰胺10％，聚乙二醇5％，防腐剂1％,防锈剂1％,阻垢剂1％。如果要使得低压铸造产品在600℃附近获得的最大冷却速度为55℃/S，所需要的溶液成分为聚丙烯酰胺12％，聚乙二醇8％，防腐剂1％,防锈剂1％,阻垢剂1％。

下面通过两个应用实施例对本发明提供的新型冷却介质进一步说明。应用实施例以汽车铝轮毂的低压铸造工艺来调整新型冷却介质的配方。

应用实施例1

20英寸、五辐条大型汽车铝轮毂的冷却介质的选择。首先根据计算机凝固模拟软件模拟分析出该产品需要的冷却位置和冷却速度，根据模拟结论，最大冷却速度为60℃/S，冷却位置为轮辐与轮辋的交接处。而此条件下水的冷却速度为120℃/S，而风冷的冷却速度为23℃/S。因此，上述二种方法均无法满足工艺需求，而根据水基介质中聚合物浓度越高冷却速度越低的原理，选择聚合物的重量百分比浓度为10％。在该浓度下，新型冷却介质达到了最优化的冷却能力，且冷却效果均匀、稳定。产品的班产效率与风冷相比提升20％，且机械性能指标等产品质量指标亦有所提升。

表1用不同的模具冷却介质生产20寸铝合金轮毂情况对比

应用实施例2

案例二：16英寸、五辐条小型汽车铝合金轮毂冷却介质的选择。同样根据计算机凝固模拟软件模拟分析出该产品需要的冷却位置及冷却速度，根据模拟结果，最大冷却速度为45℃/S。而压缩空气和水均无法满足工艺需求，而根据水基介质中聚合物浓度越高冷却速度越低的原理，选择聚合物的重量百分比为15％。在该浓度下，新型冷却介质达到了最优化的冷却能力，且冷却效果均匀、稳定，班产效率与风冷相比提升14％。

表2用不同的模具冷却介质生产16寸铝合金轮毂情况对比

从以上两个应用实施例中可以看出，本发明提供的新型冷却介质，生产效率高，产品合格率高，产品的机械性能好，完全可以替代风冷，且克服了水冷及水雾冷却的不足，其优点是根据低压铸造产品所需要的冷却速度可以通过调整介质中的聚合物浓度而达到。而这是任何传统的冷却方式所根本无法实现的。

Claims (7)

1.一种低压铸造模具的新型冷却介质，其特征在于，以重量百分比计，包括以下组分：

聚丙烯酰胺3％-25％，

聚乙二醇3％-25％，

防腐剂0-1.0％，

防锈剂0-1.0％，

阻垢剂1.0-49％,

余量为水。

2.如权利要求1所述的一种低压铸造模具的新型冷却介质，其特征在于，所述防腐剂为四硼酸钠。

3.如权利要求1所述的一种低压铸造模具的新型冷却介质，其特征在于，所述防锈剂为亚硝酸钠。

4.如权利要求1所述的一种低压铸造模具的新型冷却介质，其特征在于，所述阻垢剂为磷酸三钠的水溶液。

5.如权利要求1所述的一种低压铸造模具的新型冷却介质的应用方法，其特征在于，在低压铸造工艺的冷却阶段，用水泵将新型冷却介质池中的冷却介质在低压铸造模具冷却管道中循环。

6.如权利要求1所述的一种低压铸造模具的新型冷却介质的应用方法，其特征在于，结合凝固模拟分析软件，根据低压铸造产品的形状及尺寸规格确定所需要的冷却速度，调整冷却介质中有机聚合物的浓度，达到最佳的冷却条件。

7.本发明中的冷却介质也可以应用于低压铸造、重力铸造、差压铸造、倾斜铸造等需要冷却介质的铸造方式。