CN107639221A - 一种双金属缸体的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属成形设备技术领域，尤其涉及一种双金属缸体的铸造方法，包括：将电磁浇注与石膏型结合，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理；通过电磁力驱动待浇筑金属液填充石膏型，并对保温装置中的金属液及铸型区域进行加压处理。本发明将电磁浇筑与石膏型结合，对保温装置内金属液抽真空处理并在浇注时缓慢施加压力，对铸型区域也进行抽真空处理和加压操作，避免了金属液浇注时出现气孔的现象，提高了铸件质量，保证了金属液充型完整并按照预定的凝固过程凝固。

Description

一种双金属缸体的铸造方法

技术领域

本发明属于金属成形设备技术领域，尤其涉及一种双金属缸体的铸造方法。

背景技术

铝合金双金属缸体小批量多批次合格铸件的提供一直存在很大的问题。因为批产的铝合金双金属缸体都是采用金属型或压铸工艺完成的，这种生产方式需要开发生产金属模具，模具的研制往往需要很长的时间，无法满足批产要求。由于铝合金双金属缸体的结构等特点，目前主要采用3D打印砂型/砂芯，再组合浇注的方法完成，铸件内部质量很差，经常无法通过水压力实验，尺寸精度小于CT11，表面光洁度小于Ra12.5，生产周期一般在45天，生产周期较长。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目使提供一种用于易氧化的铝合金的双金属缸体无模石膏型电磁铸造方法，针对易于氧化及吸气的金属(如铝合金)，在金属熔炼过程中做真空处理，并施加一定的压力，达到有效改善铝合金溶液质量，提高铸件产品质量的目的。

本发明提供了一种双金属缸体的铸造方法，包括：

将电磁浇注与石膏型结合，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理；

通过电磁力驱动待浇筑金属液填充石膏型，并对保温装置中的金属液及铸型区域进行加压处理。

进一步地，将电磁浇注与石膏型结合，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理包括：

当保温装置中的真空度达到设定值时，保持设定时间，使待浇筑金属液中的气体被彻底抽出，并使保温装置中的真空度与铸型区域的真空度相等。

进一步地，真空度的设定值为0.01MPa。

进一步地，电磁力通过下述方法产生：向金属流内通入直流电流以产生感应磁场；将感应磁场叠加到外加磁场上，形成合成磁场；合成磁场在开启状态下的电磁泵的进口到出口形成不均匀分布；通过金属流内流动着的电流和磁场的相互作用产生推动金属流的电磁力。

进一步地，通过电磁力驱动待浇筑金属液填充石膏型，并对保温装置中的金属液及铸型区域进行加压处理：

对金属液施加电磁力，使金属液在电磁力的作用下平稳充进铸造型腔中；

当金属液充满铸造型腔时，对保温装置内施加压力，并对铸型区域施加压力，使电磁浇筑过程在超过环境大气压的压力下进行。

进一步地，当金属液充满铸造型腔时，对保温装置内施加压力，并对铸型区域施加压力，使电磁浇筑过程在超过环境大气压的压力下进行具体包括：

调节铸型区域的压力值和保温装置中压力值，使铸型区域的压力值达到0.3～0.4atm，保温装置中的压力值达到0.7～0.8atm，保持压力差在0.3atm，并在此压力下保持300s～450s的时间。

进一步地，该方法还包括当铸型区域的压力值达到0.3～0.4atm，保温装置中的压力值达到0.7～0.8atm时，关闭电磁泵。

进一步地，还包括制备石膏型，制备石膏型包括3D打印蜡膜。

借由上述方案，通过双金属缸体的铸造方法，将电磁浇筑与石膏型结合，对保温装置内金属液抽真空处理并在浇注时缓慢施加压力，对铸型区域也进行抽真空处理和加压操作，避免了金属液浇注时出现气孔的现象，提高了铸件质量，保证了金属液充型完整并按照预定的凝固过程凝固。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种双金属缸体的铸造方法，该方法包括双金属缸体镶铸设计、3D打印SLS(Selective Laser Sintering-SLS，选择性激光烧结原料)蜡模、铸造工艺设计及模拟、工艺组树、灌浆、自然固化、焙烧脱模、镶块前处理、镶块预置处理、熔炼、铝液净化除气、电磁低压充型浇注、铸件清理、工业CT探伤、热处理T6固溶和时效全工艺步骤。

其中，铝液净化除气、电磁低压充型浇注包括：

将电磁浇注与石膏型结合，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理，当保温装置中的真空度达到0.01MPa时，保持设定时间，使待浇筑金属液中的气体被彻底抽出，并使保温装置中的真空度与铸型区域的真空度相等。

向金属流内通入直流电流以产生感应磁场；将感应磁场叠加到外加磁场上，形成合成磁场，合成磁场在开启状态下的电磁泵的进口到出口形成不均匀分布，通过金属流内流动着的电流和磁场的相互作用产生推动金属流的电磁力。

通过电磁力驱动待浇筑金属液填充石膏型，并对保温装置中的金属液及铸型区域进行加压处理，包括：

对金属液施加电磁力，使金属液在电磁力的作用下平稳充进铸造型腔中；

当金属液充满铸造型腔时，对保温装置内施加压力，并对铸型区域施加压力，使电磁浇筑过程在超过环境大气压的压力下进行，即调节铸型区域的压力值和保温装置中压力值，使铸型区域的压力值达到0.3～0.4atm，保温装置中的压力值达到0.7～0.8atm，保持压力差在0.3atm，关闭电磁泵，并在此压力下保持300s～450s的时间。

在本实施例中，基于电磁浇注，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理之前，还包括制备石膏型，制备石膏型包括3D打印蜡膜。

该方法中电磁浇筑的具体过程包括：

金属流内流过的电流会产生感应磁场，它会叠加到外加磁场上，形成不均匀分布的合成磁场，随着液态金属流内流动着的电流和磁场相互作用，产生推动液态金属的电磁力，电磁压力值随时间的变化进行有规律的变化，金属流在电磁力作用下平稳充进石膏型的铸造型腔中，当金属流充满铸造型腔时，开始对保温装置内施加压力，压力值为0.3～0.4atm，在此压力作用下，金属液顺利充满型腔，并对铸造型腔中金属液保持一定的压力，使得金属液按照指定的凝固顺序凝固，此时调节铸型区域的压力值和保温装置内的压力，使铸型区域(真空腔)内部压力值达到0.4～0.5atm，保温装置内的压力达到0.7～0.8atm，然后关闭电磁泵，在此压力下保持300s～450s的时间(具体根据铸件的大小而定)。这样铸件在保温装置内压力和电磁压力下平稳充型，在铸型区域的压力和保温装置压力作用下使得铸件在规定的结壳时间内结壳，且保温装置压力大于铸型区域压力，这样就保证了铸件正压凝固，整个凝固过程都是在超过大气压的压力下进行的，较大的凝固压力可以抑制这些残余的气体析出，避免针孔缺陷的出现。凝固结束以后取下铸件铸型。

通过该方法将电磁浇筑与石膏型相结合，利用3D打印蜡模将铝合金双金属缸体一体化制造，通过电磁低压铸造技术，利用电磁感应原理实现无模型连续铸造，即依靠通入直流电流的感应器产生的电磁力克服液态金属的静压力和表面张力而实现无接触铸，利用电磁低压系统的平稳充型、电磁细化晶粒、电磁除气保证铝液高质量充填，利用石膏型铸造工艺布局灵活、高复模性的优点，使铸件尺寸精度达到CT6-7级，表面达到R3.2，铸件无气孔、无收缩缺陷，即通过对保温装置内金属液抽真空处理并在浇注时缓慢施加压力，对铸型区域也进行抽真空处理和加压操作，避免了金属液浇注时出现气孔的现象，提高了铸件质量，保证了金属液充型完整并按照预定的凝固过程凝固。

本实施例提供的双金属缸体的铸造方法可通过电磁浇筑装置、保温装置、真空装置及压力装置组成的电磁浇筑系统实现，保温装置可采用保温炉，电磁浇筑装置将电磁浇筑与石膏型结合，将真空装置及压力装置分别与保温炉及石膏型铸造型腔外的铸型区域(腔)连接，用于对保温炉及铸型区域进行抽真空及加压处理。

在本实施例中，保温炉及铸型区域可通过连接真空度传感器及压力传感器，采集真空度值及压力值。

在本实施例中，真空装置可采用真空泵及真空罐，将真空泵与真空罐连接，并分别通过管路与保温炉及铸型区域连接。

在本实施例中，压力装置可采用空压机及压力罐，将空压机与压力罐连接，并分别通过管路与保温炉及铸型区域连接。

在本实施例中，管路上可设置电磁调节阀及电磁阀。

在本实施例中，保温炉内容纳有金属流，铸型区域内设有用于浇筑金属铸件的石膏型，金属流通过电磁泵送至石膏型内形成铸件。

在保温炉内抽真空和加压处理，使得金属液内部气孔大量减少，减少了铸件内部产生气孔的可能性，并在压力作用下使得金属液能够顺利充满石膏型的铸造型腔，有效的控制金属液的充型过程，在此基础之上，提前停止电磁泵的工作，有效的提高了电磁泵的使用寿命。

电磁泵洛伦兹力的大小计算公式为F＝QvB，其中Q为流量，为泵沟内液态金属的流速，B为磁感应强度；且其中I为励磁电流，N为励磁线圈匝数。电磁泵浇注充型过程中铸造加压工艺规范过程有升压时间、结壳时间、增压时间和保压时间。

在本实施例中，保温炉设有密封舱门，密封舱门是金属进入保温炉的唯一密封可打开舱门。

在本实施例中，石膏型连接有用于采集石膏型内金属流液面高度的液面高度传感器。

下面通过具体实例进一步说明通过上述电磁浇筑系统进行电磁浇筑的过程。

实例1

a、金属液从保温炉左侧的密封舱门进入保温炉内，保温炉开始工作；当保温炉保持恒温以后，开启真空泵同时对保温炉和铸型区域抽真空。

b、当真空度达到0.01MPa时，保持一定时间，使金属液中的气体彻底被抽取出来，此时保温炉内和铸型腔里都保持真空，两边真空度相等，有利于电磁浇注时平稳充型。

c、然后开始进行电磁浇注，金属流内流过的电流会产生感应磁场，它会叠加到外加磁场上，就使合成磁场从电磁泵的进口到出口不均匀分布，随着液态金属内流动着的电流和磁场相互作用，产生推动液态金属的电磁力，电磁压力值随时间的变化进行有规律的变化。

d、金属液体在电磁力作用下平稳充进石膏型的铸造型腔中，此时液面高度传感器显示液面已充满铸造型腔时，开始对保温炉内施加压力，压力值为0.3atm，在此压力作用下，金属液顺利充满型腔，并对铸造型腔中金属液保持一定的压力，金属液正压凝固，充型完毕后，整个凝固过程都是在超过大气压的压力下进行的，较大的凝固压力可以抑制这些残余的气体析出，避免针孔缺陷的出现。

e、此时开启空压机利用电磁调节阀调节铸型真空腔的压力值和保温炉压力，使真空腔体(铸型区域)内部压力值达到0.4atm，保温炉压力达到0.7atm，关闭电磁泵停止电磁泵工作，增长电磁泵的使用寿命，在此压力下保持350s的时间。

f、铸件在保温炉内压力和电磁压力下平稳充，在真空腔的压力和保温炉压力作用下使得铸件在规定的结壳时间内结壳，且保温炉压力大于真空腔压力，凝固结束以后取下铸件铸型。

实例2

a、金属液从保温炉左侧的密封舱门进入保温炉内，保温炉开始工作；当保温炉保持恒温以后，开启真空泵同时对保温炉和铸型区域抽真空。

b、当真空度达到0.01MPa时，保持一定时间，使金属液中的气体彻底被抽取出来，此时保温炉内和铸型区域里都保持真空，两边真空度相等，有利于电磁浇注时平稳充型。

c、然后开始进行电磁浇注，液态金属内流过的电流会产生感应磁场，它会叠加到外加磁场上，就使合成磁场从电磁泵的进口到出口不均匀分布，随着液态金属内流动着的电流和磁场相互作用，产生推动液态金属的电磁力，电磁压力值随时间的变化进行有规律的变化。

d、金属液体在电磁力作用下平稳充进铸造型腔中，此时液面高度传感器显示液面已充满型腔时，开始对保温炉内施加压力，压力值为0.3atm，在此压力作用下，金属液顺利充满型腔，并对石膏型铸造型腔中金属液保持一定的压力，金属液正压凝固，充型完毕后，整个凝固过程都是在超过大气压的压力下进行的，较大的凝固压力可以抑制这些残余的气体析出，避免针孔缺陷的出现。

e、此时开启空压机利用电磁调节阀调节铸型区域(真空腔)的压力值和保温炉压力，使铸型区域内部压力值达到0.5atm，保温炉压力达到0.8atm，关闭电磁泵停止电磁泵工作，增长电磁泵的使用寿命，在此压力下保持300s的时间。

f、铸件在保温炉内压力和电磁压力下平稳充，在真空腔的压力和保温炉压力作用下使得铸件在规定的结壳时间内结壳，且保温炉压力大于真空腔压力，凝固结束以后取下铸件铸型。

本实施例提供的双金属缸体的铸造方法，解决了高精度铝合金双金属缸体快速制造的难题，解决了铝合金缸体和缸套不同材料复合成形结合的问题，解决了双金属缸体半封闭水套快速PS模清粉和后期铸件清理石膏的问题，解决了石膏型复杂构件局部超厚大冷却裂纹和补缩的问题，实现了石膏型和电磁低压充型浇注系统的融合，实现了铝合金双金属缸体合格铸件的生产，为同类型缸体及薄壁复杂铸件快速研制和生产奠定基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，包括：

将电磁浇注与石膏型结合，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理；

通过电磁力驱动待浇筑金属液填充石膏型，并对保温装置中的金属液及铸型区域进行加压处理。

2.根据权利要求1所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，将电磁浇注与石膏型结合，对容纳有恒温待浇筑金属液的保温装置及石膏型铸造型腔外的铸型区域进行抽真空处理包括：

当保温装置中的真空度达到设定值时，保持设定时间，使待浇筑金属液中的气体被彻底抽出，并使保温装置中的真空度与铸型区域的真空度相等。

3.根据权利要求2所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，所述真空度的设定值为0.01MPa。

4.根据权利要求2所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，所述电磁力通过下述方法产生：

向金属流内通入直流电流以产生感应磁场；

将感应磁场叠加到外加磁场上，形成合成磁场；

合成磁场在开启状态下的电磁泵的进口到出口形成不均匀分布；

通过金属流内流动着的电流和磁场的相互作用产生推动金属流的电磁力。

5.根据权利要求4所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，所述通过电磁力驱动待浇筑金属液填充石膏型，并对保温装置中的金属液及铸型区域进行加压处理包括：

对金属液施加电磁力，使金属液在电磁力的作用下平稳充进铸造型腔中；

当金属液充满铸造型腔时，对保温装置内施加压力，并对铸型区域施加压力，使电磁浇筑过程在超过环境大气压的压力下进行。

6.根据权利要求5所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，所述当金属液充满铸造型腔时，对保温装置内施加压力，并对铸型区域施加压力，使电磁浇筑过程在超过环境大气压的压力下进行具体包括：

调节铸型区域的压力值和保温装置中压力值，使铸型区域的压力值达到0.3～0.4atm，保温装置中的压力值达到0.7～0.8atm，保持压力差在0.3atm，并在此压力下保持300s～450s的时间。

7.根据权利要求6所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，还包括当铸型区域的压力值达到0.3～0.4atm，保温装置中的压力值达到0.7～0.8atm时，关闭所述电磁泵。

8.根据权利要求1所述的一种双金属缸体的铸造方法，其特征在于，还包括制备石膏型，所述制备石膏型包括3D打印蜡膜。