CN108057865B - 铸造装置及其铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了铸造装置及其铸造方法，铸造装置包括离心下模、离心上模、砂型、顶模装置及离心机，离心下模形成收容腔，离心下模于收容腔的外侧穿设有导杆，离心上模设有收容砂型的型腔，砂型的底面形成补缩浇道，并于补缩浇道的顶面设有浇口，补缩浇道的外围设有至少二环形的铸腔，各铸腔由砂型的底面向内凹进，各铸腔设有与补缩浇道连通的连接道，顶模装置包括设于收容腔内的起模板、连接起模板下的顶轴、设于离心下模下方的顶模板及设于顶模板下方的驱动设备，导杆两端分别固定于离心上模及顶模板上，铸造方法包括顶模装置伸出、顶模装置回缩、离心浇注、顶模、成型体推出及补缩浇口去除。该铸造装置制的铸件组织均匀，减少了气孔砂眼等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种成型技术，特别涉及一种铸造装置及其铸造方法。
背景技术
铸造是将液体金属浇注到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。现有的铸造方式通常分为重力铸造及离心铸造，重力铸造指将金属液在重力的作用下注入铸型的工艺，金属液流经直浇道、横浇道及内浇道，其金属液流径长，充型缓慢，极易产生气孔砂眼夹渣等铸造缺陷。现有的离心铸造指将液体金属注入到高速旋转的铸型内，使金属液在离心力的作用下充满铸型，高速旋转产生的大离心力，其形成的产品内孔粗糙度较差，有待于改进。
发明内容
本发明提出一种铸造装置及其铸造方法，解决了现有技术中重力铸造流径长、离心铸造内孔粗糙度差等问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种铸造装置，包括离心下模、设于该离心下模上的离心上模、设于该离心上模内的砂型及设于该砂型下方的顶模装置，该离心下模的顶端中部向内凹进形成一收容腔，该收容腔的中部设有一穿孔，该离心下模于收容腔的外侧设有导向孔，并于导向孔内可活动地穿设有导杆，该离心上模对应收容腔的位置设有一贯通离心上模上下表面的型腔，该砂型的底面中部向内凹进形成补缩浇道，并于补缩浇道位置的顶面中部设有浇口，该补缩浇道的外围设有至少2个与待铸件的形状相对应的环形的铸腔，每个铸腔由砂型的底面向内凹进，各铸腔于靠近补缩浇道的一侧设有与补缩浇道连通的连接道，该顶模装置包括收容于离心下模的收容腔内并支撑于砂型下方的起模板、连接设于该起模板的中部并穿过离心下模的穿孔的顶轴、间隔设于离心下模下方的顶模板及设于顶模板下方的驱动设备，该导杆的两端分别固定于离心上模及顶模板上，该顶轴的底端穿过顶模板而位于其下方，该驱动设备可提供向上驱动力先后带动顶模板及顶轴上移，该铸造装置还包括设于离心下模下方的离心机，该离心机的转速为100-300rpm。
优选方案为，所述补缩浇道的中心位于砂型所在圆的圆心，各铸腔所在圆的圆心位于同一圆上，且该圆的圆心与补缩浇道所在圆的圆心同心设置。
优选方案为，该浇口的外围向上延伸形成一流道。
优选方案为，所述顶轴于顶模板下方设有一用于抵靠带动顶轴上移的抵靠台，所述顶模装置还包括设于顶模板下方的导套，所述导套包括具有底壁的圆筒形的套筒及由套筒于靠近其顶端位置的周缘向外延伸形成的抵靠壁，该抵靠壁的上表面抵靠于顶模板的下方，所述顶轴可活动地穿设于套筒内并使其底端伸至套筒的底壁的外侧，驱动设备驱动套筒带动顶模板上移，套筒抵靠抵靠台带动顶轴上。
优选方案为，所述顶轴的抵靠台位于顶模板的下表面的下方，所述起模板的表面低于离心下模的收容腔的顶端，该抵靠台低于顶模板下表面的距离与起模板低于离心下模的收容腔的距离相同，当顶模板抵靠于离心下模的下表面上时，起模板的顶面与离心下模的上表面相平齐。
优选方案为，所述顶模装置还包括设于导套下方的顶模件，该顶模件包括底壁、由该底壁的周缘向上延伸的侧壁及连接设于侧壁顶端的抵靠缘，该驱动设备驱动顶模件上移。
优选方案为，所述型腔的横截面由下向上呈逐渐渐缩状延伸，该砂型的外周面形成与型腔的内壁相对应的斜面。
优选方案为，所述离心下模于收容腔外围向上突出形成一凸环，该离心上模于型腔外侧的位置的下表面形成与离心下模于收容腔外侧的位置的上表面的形状相配合的形状。
一种铸造方法，包括如下步骤：
一、顶模装置伸出，通过驱动设备驱动顶模件推动导套向上运行而带动顶模板向上运行，使顶模板向上推动导杆而使离心上模上移，该导套上移过程中其底壁抵靠于顶轴的抵靠台上使顶轴向上而使起模板上移，直至起模板的顶面与离心下模的上表面相平齐，此时，顶模板抵靠于离心下模的下方，顶模达到最大行程；
二、通过气枪吹净铸造装置内的杂质，将砂型置于起模板上，顶模装置回缩，使离心上模落下而使离心上模的型腔内周面抵靠于砂型上；
三、启动离心机，通过离心机带动离心下模旋转，金属液由砂型的浇口注入，金属液在离心力的作用下由补缩浇道经由连接道迅速向外铸腔内充型，待充型完毕离心机停止转动；补缩浇道位置形成补缩浇口，铸腔位置形成铸件，补缩浇口与铸件底端相连接；
四、顶模装置伸出，重复第一步的动作，使砂型顶出，离心上模顶到最大行程；
五、将铸件与补缩浇口形成的成型体推出，更换砂型，再进行下一次浇注；
六、将补缩浇口由铸件上去除。
优选方案为，步骤六中补缩浇口由铸件上的去除方法为车床、水刀、冲床、电火花或气割。
本发明的有益效果为：
本发明中的铸造装置及其铸造方法生产的铸件组织均匀，相较于现有的高速离心旋转可防止其出现密度偏析情况发生，该铸造装置金属液流径短，相较于现有的流径长的重力铸造，减少了气体及杂质被卷入高温金属液的几率，减少了气孔砂眼等缺陷；由于制造的成型体带有补缩浇口，其为铸件提供补缩金属液，有效地消除了铸件剖面缩孔缩松等铸造缺陷，使产品的整体结构均匀一致，降低施力后由于应力不均匀而对产品密封性能及机械性能产生的不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明铸造装置的结构示意图；
图2为图1中砂型的俯视图；
图3为图1处于顶模状态的结构示意图；
图4为采用图1的铸造装置铸造后的成型体的结构示意图。
图中：
10、离心下模；20、离心上模；30、砂型；50、顶模装置；11、装夹止口；12、收容腔；13、穿孔；14、凸环；15、导向孔；60、导杆；21、型腔；32、铸腔；31、补缩浇道；33、流道；35、连接道；36、浇口；51、起模板；52、顶轴；53、顶模板；54、导套；55、顶模件；56、抵靠台；540、套筒；541、抵靠壁；550、底壁；551、侧壁；552、抵靠缘；71、补缩浇口；72、铸件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，该铸造装置可用于生产浮封环、活塞环、法兰及垫片等环体，本发明以浮封环为例进行说明。该铸造装置包括离心下模10、设于该离心下模10上的离心上模20、设于该离心上模20内的砂型30及设于该砂型30下方的顶模装置50。
该离心下模10的外周面设有装夹止口11以用于对其定位。该离心下模10的顶端中部向内凹进形成一收容腔12，该收容腔12的中部设有一穿孔13。该离心下模10于收容腔12外围向上突出形成一凸环14。该离心下模10于凸环14的外侧设有导向孔15，并于导向孔15内穿设有导杆60。
该离心上模20对应设于离心下模10上。该离心上模20对应收容腔12的位置设有一贯通离心上模20上下表面的型腔21。该型腔21的横截面由下向上呈渐缩状延伸，即型腔21的内周面由下向上形成逐渐向内倾斜延伸的环形斜面。该离心上模20于型腔21外侧的位置对应导杆60设有固定导杆60端部的固定件。该离心上模20于型腔21外侧的位置的下表面形成与离心下模10于收容腔12外侧的位置的上表面的形状相配合的形状，即离心上模20于型腔21外侧的下表面与离心下模10于收容腔12外侧的上表面之间相互抵靠，没有间距。
请同时参阅图2，该砂型30的外周面形成与型腔21的内壁相对应的斜面。该砂型30的底面中部向内凹进形成补缩浇道31。该补缩浇道31的横截面为圆形，其中心位于砂型30所在圆的圆心。该砂型30于补缩浇道32位置的顶面中部设有浇口36，该浇口36的外围向上延伸形成一流道33，该流道33由下向上呈渐缩状延伸。本实施例中，该补缩浇道32的外围等间距设有四个与待铸件的形状相对应的环形的铸腔32。每个铸腔32由砂型的底面向内凹进。各铸腔32所在圆的圆心位于同一圆上，且该圆的圆心与补缩浇道31所在圆的圆心同心设置。各铸腔32于靠近补缩浇道32的一侧设有与补缩浇道31连通的连接道35。具体实施时，铸腔32的个数不受本实施例的限制，其也可为两个或多个，其铸腔32的个数为2-16个。
该顶模装置50包括收容于离心下模10的收容腔12内的起模板51、连接设于该起模板51的中部并穿过离心下模10的穿孔13的顶轴52、间隔设于离心下模10下方的顶模板53、设于顶模板53下方的导套54及位于导套54下方的顶模件55。
该起模板51刚好收容于离心下模10的收容腔12内，其外边缘与砂型30的最底端的边缘平齐。该起模板51的顶面略低于收容腔12的顶端。该起模板51支撑于砂型30的下面。该顶轴52可活动地穿设于离心下模10的穿孔13内。该顶轴52外表面的中部设有一抵靠台56，该抵靠台56为环形的台阶状，其表面朝下设置。该顶轴52于抵靠台56下部的外径小于抵靠台56上部的外径。该顶模板53平行设于离心下模10的下方，其抵靠于导杆60的下端并固定。该顶模板53对应顶轴52的位置设有一供顶轴52穿过的通孔，顶轴52的抵靠台56略低于顶模板53的下表面。该抵靠台56低于顶模板53下表面的距离与起模板51低于离心下模10的收容腔12的距离相同，即可为1㎜。该导套54对应设于顶模板53的通孔下方，其包括具有底壁的圆筒形的套筒540及由套筒540于靠近其顶端位置的周缘向外延伸形成的抵靠壁541。该套筒540的顶端穿设于顶模板53的通孔内并套设于顶轴52于抵靠台56上方的外周缘，该顶轴52穿过至套筒540的底壁并延伸至其下方。该抵靠壁541的上表面抵靠于顶模板53的下方。该顶模件55的下方还设有一驱动设备。本实施中，该顶模件55为圆筒状，其包括底壁550、由该底壁550的周缘向上延伸的侧壁551及连接设于侧壁551顶端的抵靠缘552。
具体实施时，该铸造装置还包括设于离心下模下方的离心机及与离心机电连接的继电器。该离心机的转速为100-300rpm。
使用该铸造装置的铸造方法包括如下步骤：
一、顶模装置50伸出，通过驱动设备驱动顶模件推动导套54向上运行而带动顶模板53向上运行，使顶模板53向上推动导杆60而使离心上模20上移，该导套54上移过程中其底壁抵靠于顶轴52的抵靠台56上使顶轴52向上而使起模板51上移，直至起模板51的顶面与离心下模10的上表面相平齐，此时，如图3所示，顶模板53抵靠于离心下模10的下方，顶模达到最大行程，机构停止运行；该顶模的最大行程为40㎜；
二、通过气枪吹净铸造装置内的杂质，将砂型30置于起模板51上，顶模装置50回缩，使离心上模20落下而使离心上模20的型腔21内周面抵靠于砂型30上，即回复至图1状态；
三、启动离心机，通过离心机带动离心下模10旋转，其转速为100-300rpm，金属液由砂型30的流道33注入(如图中箭头所示)，金属液在离心力的作用下由补缩浇道31经由连接道35迅速向外铸腔32内充型，浇注温度为1420-1580℃，待充型完毕离心机停止转动；补缩浇道31位置形成补缩浇口71，铸腔32位置形成铸件72，补缩浇口71与铸件72底端相连接，如图4所示。具体实施时，该离心机的转动时间为20-180秒；
四、顶模装置50伸出，重复第一步的动作，使砂型30顶出，离心上模20顶到最大行程；
五、将砂型30及铸件72与补缩浇口71形成的成型体推出，更换砂型，再进行下一次浇注。
六、将补缩浇口71由各铸件72上去除，通过车床、水刀、冲床、电火花或气割等加工方式将补缩浇口71去除而得到所要铸件。
通过该铸造装置采用的离心机转速为100-300rpm，在该离心转速范围下生产的铸件组织均匀，相较于现有的高速离心旋转可防止其出现密度偏析情况发生，该铸造装置金属液流径短，相较于现有的流径长的重力铸造，减少了气体及杂质被卷入高温金属液的几率，减少了气孔砂眼等缺陷。由于制造的成型体带有补缩浇口71，其为铸件72提供补缩金属液，有效地消除了铸件剖面缩孔缩松等铸造缺陷，使产品的整体结构均匀一致，降低施力后由于应力不均匀而对产品密封性能及机械性能产生的不利影响。该铸造方法可实现一砂型多铸腔同时成型，其仅通过更换砂型30便能实现批量生产，降低了连续浇注对离心模具的要求，避免了金属液的高温及高离心力直接对模具的冲击，提高模具的使用寿命，适合大批自动化生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铸造装置，其特征在于：包括离心下模、设于该离心下模上的离心上模、设于该离心上模内的砂型及设于该砂型下方的顶模装置，该离心下模的顶端中部向内凹进形成一收容腔，该收容腔的中部设有一穿孔，该离心下模于收容腔的外侧设有导向孔，并于导向孔内可活动地穿设有导杆，该离心上模对应收容腔的位置设有一贯通离心上模上下表面的型腔，该砂型收容于型腔内，该砂型的底面中部向内凹进形成补缩浇道，并于补缩浇道位置的顶面中部设有浇口，该补缩浇道的外围设有至少2个与待铸件的形状相对应的环形的铸腔，每个铸腔由砂型的底面向内凹进，各铸腔于靠近补缩浇道的一侧设有与补缩浇道连通的连接道，该顶模装置包括收容于离心下模的收容腔内并支撑于砂型下方的起模板、连接设于该起模板的中部并穿过离心下模的穿孔的顶轴、间隔设于离心下模下方的顶模板及设于顶模板下方的驱动设备，该导杆的两端分别固定于离心上模及顶模板上，该顶轴的底端穿过顶模板而位于其下方，该驱动设备可提供向上驱动力先后带动顶模板及顶轴上移，该铸造装置还包括设于离心下模下方的离心机，该离心机的转速为100-300rpm。
2.如权利要求1所述的铸造装置，其特征在于：所述补缩浇道的中心位于砂型所在圆的圆心，各铸腔所在圆的圆心位于同一圆上，且该圆的圆心与补缩浇道所在圆的圆心同心设置。
3.如权利要求1所述的铸造装置，其特征在于：该浇口的外围向上延伸形成一流道。
4.如权利要求1所述的铸造装置，其特征在于：所述顶轴于顶模板下方设有一用于抵靠带动顶轴上移的抵靠台，所述顶模装置还包括设于顶模板下方的导套，所述导套包括具有底壁的圆筒形的套筒及由套筒于靠近其顶端位置的周缘向外延伸形成的抵靠壁，该抵靠壁的上表面抵靠于顶模板的下方，所述顶轴可活动地穿设于套筒内并使其底端伸至套筒的底壁的外侧，驱动设备驱动套筒带动顶模板上移，套筒抵靠抵靠台带动顶轴上移。
5.如权利要求4所述的铸造装置，其特征在于：所述顶轴的抵靠台位于顶模板的下表面的下方，所述起模板的顶面低于离心下模的收容腔的顶端，该抵靠台低于顶模板下表面的距离与起模板低于离心下模的收容腔的顶端的距离相同，当顶模板抵靠于离心下模的下表面上时，起模板的顶面与离心下模的上表面相平齐。
6.如权利要求4所述的铸造装置，其特征在于：所述顶模装置还包括设于导套下方的顶模件，该顶模件包括底壁、由该底壁的周缘向上延伸的侧壁及连接设于侧壁顶端的抵靠缘，该驱动设备驱动顶模件上移。
7.如权利要求1至6任何一项所述的铸造装置，其特征在于：所述型腔的横截面由下向上呈逐渐渐缩状延伸，该砂型的外周面形成与型腔的内壁相对应的斜面。
8.如权利要求1至6任何一项所述的铸造装置，其特征在于：所述离心下模于收容腔外围向上突出形成一凸环，该离心上模于型腔外侧的位置的下表面形成与离心下模于收容腔外侧的位置的上表面的形状相配合的形状。
9.一种铸造方法，其特征在于：该铸造方法采用权利要求6所述的铸造装置进行铸造，该铸造方法包括如下步骤：
一、顶模装置伸出，通过驱动设备驱动顶模件推动导套向上运行而带动顶模板向上运行，使顶模板向上推动导杆而使离心上模上移，该导套上移过程中其底壁抵靠于顶轴的抵靠台上使顶轴向上移而使起模板上移，直至起模板的顶面与离心下模的上表面相平齐，此时，顶模板抵靠于离心下模的下方，顶模板达到最大行程；
二、通过气枪吹净铸造装置内的杂质，将砂型置于起模板上，顶模装置回缩，使离心上模落下而使离心上模的型腔内周面抵靠于砂型上；
三、启动离心机，通过离心机带动离心下模旋转，金属液由砂型的浇口注入，金属液在离心力的作用下由补缩浇道经由连接道迅速向外铸腔内充型，待充型完毕离心机停止转动；补缩浇道位置形成补缩浇口，铸腔位置形成铸件，补缩浇口与铸件底端相连接；
四、顶模装置伸出，重复第一步的动作，使砂型顶出，离心上模顶到最大行程；
五、将铸件与补缩浇口形成的成型体推出，更换砂型，再进行下一次浇注；
六、将补缩浇口由铸件上去除。
10.如权利要求9所述的铸造方法，其特征在于：步骤六中补缩浇口由铸件上的去除方法为车床、水刀、冲床、电火花或气割。
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