CN108480599B - 一种真空吸铸装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型真空吸铸装置及方法，属于金属铸造领域。一种新型真空吸铸装置，其特征在于：包括熔炼室、位于熔炼室下方的吸铸室、位于吸铸室下方的真空室、与熔炼室和真空室相连的机械泵和气罐、真空分子泵；吸铸室内装有模具和包裹在模具外部的冷却装置，冷却装置的介质入口和介质出口通往吸铸室外壁；熔炼室和真空室侧壁设有气压计，各部件通过通气管和气动薄膜开关阀、气动薄膜调节阀相连；经熔炼的金属合金液在其上下之间的压差及重力耦合作用下进入模具，被冷却系统冷却后凝固成铸件。本发明能加快铸件充型和凝固速度，降低缩孔缩松、气孔等铸造缺陷，提高铸件的机械性能，减轻人工劳动强度，提高生产效率。

Description

一种真空吸铸装置与方法

技术领域

本发明涉及一种新型真空吸铸装置，尤其涉及一种新型真空吸铸装置及使用该装置进行铸件的方法。

背景技术

近年来，随着航空航天、载运工具、通信电子等科技的飞速发展，对复杂薄壁结构件的需求越来越高，特别是先进作战飞机的进气道、飞机垂尾、坦克发动机缸体、导弹及鱼雷的壳体、仪表舱体、雷达系统的波导管等对此的需求更为突出，复杂薄壁件的制造水平代表着国家制造业的核心竞争力。

目前，市场上已有的底漏式真空吸铸设备在制备铸件过程中，不仅铸件吸铸成功率较低，存在吸铸时只有少部分金属合金液被吸入模具中的吸铸不足现象，而且成功的吸铸件仍存在缩孔缩松、气孔等等铸造缺陷，不仅费时费力，浪费实验材料，还影响实验进度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种在底漏式真空吸铸设备的基础上，基于差压铸造原理进行真空吸铸的装置及使用该装置的方法，通过惰性气体压力和重力的耦合作用将经过电弧熔炼的熔融合金压入模具中，并由模具外设置的冷却装置快速降温，能够减少铸件充型阻力，加快充型和凝固速度，提高铸件的机械性能。

技术方案如下：

一种真空吸铸装置，包括熔炼室，其上盖设置有透明的观察窗，中心安装有一门熔炼电弧枪，底部设置三个半球形的坩埚，侧壁设有气压计和一个可转动的小勺，左右两侧的坩埚用于熔炼金属合金颗粒，中间的坩埚底部有通孔与模具相通，用于吸铸完成熔炼的金属合金液，小勺用于在坩埚间移动金属合金；吸铸室，位于熔炼室下方，内装有模具和包裹在模具外部的冷却装置，模具下方有多个进气孔与真空室相通，冷却装置的介质入口和介质出口通往吸铸室外壁；真空室，位于吸铸室下方，侧壁设有气压计，通过通气管和气动薄膜开关阀K2与熔炼室相连，通过通气管和气动薄膜开关阀K4和真空分子泵相连，通过通气管和气动薄膜开关阀K5连接室外大气；机械泵，通过通气管、气动薄膜开关阀K6和气动薄膜调节阀T3与熔炼室相连，通过通气管、气动薄膜开关阀K6和气动薄膜调节阀T4与真空室相连；气罐，内部为带压惰性气体，通过通气管和气动薄膜开关阀K1、气动薄膜调节阀T2 与熔炼室相连，通过通气管、气动薄膜调节阀T1、气动薄膜开关阀K1和K3 与真空室相连；冷却装置的介质入口设置在下端，介质出口设置在上端，冷却介质采用压力水；冷却装置的内部螺旋状设置L形导流板，导流板外侧与导流板内侧成阶梯状，且L形短边相较于L形长边向下倾斜一个角度，通过更换有不同倾斜角度的L形短边的导流板来调整冷却装置内冷却介质的流速；经熔炼的金属合金液在其上下之间的压差及重力耦合作用下进入模具，被冷却装置冷却后凝固成铸件。

进一步地，其中通孔的直径为5-8mm；进气孔的直径为1-5mm。

进一步地，使用的惰性气体为氩气。

一种进行真空吸铸的方法，使用上述真空吸铸装置并采用如下步骤：

步骤S1、在吸铸室内放置待浇注的模具，打开熔炼室上盖，将需要熔炼的金属合金颗粒置于熔炼室的左右坩埚中，同时确保整个真空吸铸装置的气动薄膜开关阀和气动薄膜调节阀均处于关闭状态，调节冷却装置内的导流板角度将供水管接到冷却装置的介质入口，排水管接到冷却装置的介质出口；

步骤S2、开启机械泵，打开气动薄膜开关阀K6、气动薄膜调节阀T3和 T4，对真空室和吸铸室进行粗抽真空，当达到极限粗抽真空度后关闭气动薄膜开关阀K6、气动薄膜调节阀T3和T4，打开气动薄膜开关阀K4并开启真空分子泵，将真空室和吸铸室抽成高真空状态后关闭气动薄膜开关阀K4，再关闭机械泵和真空分子泵；

步骤S3、打开气动薄膜开关阀K1和K3、气动薄膜调节阀T1和T2用气罐对熔炼室和真空室充入惰性气体，观察气压计当熔炼室和真空室均达到设定压力p1时停止充气，关闭气动薄膜开关阀K3，气动薄膜调节阀T1和T2；

步骤S4、操作熔炼电弧枪对左右坩埚中的金属合金颗粒进行熔炼，通过观察窗观察到左右坩埚中的金属合金颗粒凝固完全后用小勺将其转移到中间的坩埚中，向供水管供压力水；

步骤S5、对在中间坩埚内的凝固金属合金进行熔炼使其呈现熔融状态，打开调节阀T2对熔炼室再次充入惰性气体，使熔炼室的气压达到p2大于真空室的气压p1，关闭气动薄膜开关阀K1和气动薄膜调节阀T2，经熔炼的金属合金液在压差作用下被压入模具，并被模具外部的冷却装置快速降温，凝固成形铸件；

步骤S6、待铸件恢复到室温后，打开气动薄膜开关阀K2和K5，排出惰性气体，待装置内气压与室外平衡后打开吸铸室，取出模具中的铸件。

有益效果：

1)本发明在底漏式真空吸铸设备的基础上，基于差压铸造原理将合金溶液压入模具中完成铸造，能够减少铸件充型阻力，并有效控制在充型过程中产生的金属液紊流及卷气，大大降低了缩孔缩松等铸造缺陷的产生，减轻人工劳动强度，提高生产效率。

2)通过在模具外设置高效的冷却装置对铸件进行快速降温，能加快铸件充型和凝固速度，降低缩孔缩松、气孔等铸造缺陷，提高铸件的机械性能。

附图说明

图1为真空吸铸装置的结构示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为冷却装置的结构示意图；

图4为导流板的结构示意图；

图5为使用真空吸铸装置进行铸件的流程图；

其中：1为熔炼室、11为上盖、111为观察窗、12为熔炼电弧枪、13为坩埚、14为小勺、15为通孔、2为吸铸室、3为真空室、4为模具、41为进气孔、5为冷却装置、51为介质入口、52为介质出口、531为导流板外侧、 532为导流板内侧、6为气压计、7为机械泵、8为真空分子泵、9为气罐、10 为通气管，K1、K2、K3、K4、K5、K6为气动薄膜开关阀，T1、T2、T3、T4为气动薄膜调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图4所示一种真空吸铸装置，包括熔炼室1，其上盖11设置有透明的观察窗111，中心安装有一门熔炼电弧枪12，底部设置三个半球形的坩埚13，侧壁设有气压计6和一个可转动的小勺14，左右两侧的坩埚13用于熔炼金属合金颗粒，中间的坩埚13底部有通孔15与模具4相通，用于吸铸完成熔炼的金属合金液，小勺14用于在坩埚13间移动金属合金；吸铸室2，位于熔炼室1下方，内装有模具4和包裹在模具4周围的冷却装置5，模具4 下方有多个进气孔41与真空室3相通，冷却装置5的介质入口51和介质出口52通往吸铸室2外壁；真空室3，位于吸铸室2下方，侧壁设有气压计6，通过通气管10和气动薄膜开关阀K2与熔炼室1相连，通过通气管10和气动薄膜开关阀K4和真空分子泵8相连，通过通气管10和气动薄膜开关阀K5连接室外大气；机械泵7，通过通气管10、气动薄膜开关阀K6和气动薄膜调节阀T3与熔炼室1相连，通过通气管10、气动薄膜开关阀K6和气动薄膜调节阀T4与真空室3相连；气罐9，内部为带压惰性气体，通过通气管10和气动薄膜开关阀K1、气动薄膜调节阀T2与熔炼室1相连，通过通气管10、气动薄膜调节阀T1、气动薄膜开关阀K1和K3与真空室3相连；冷却装置5的介质入口51设置在下端，介质出口52设置在上端，冷却介质采用压力水；冷却装置5的内部螺旋状设置L形导流板，导流板外侧531与导流板内侧532 成阶梯状，且L形短边相较于L形长边向下倾斜一个角度，通过更换有不同倾斜角度的L形短边的导流板来调整冷却装置5内冷却介质的流速；经熔炼的金属合金液在其上下之间的压差及重力耦合作用下进入模具4，被冷却装置 5冷却后凝固成铸件。

其中通孔15的直径为5-8mm；进气孔41的直径为1-5mm。

采用的惰性气体为氩气。

如图5所示，使用上述真空吸铸装置采用以下步骤进行真空吸铸：

步骤S1、在吸铸室内放置待浇注的模具，打开熔炼室上盖，将需要熔炼的金属合金颗粒置于熔炼室的左右坩埚中，同时确保整个真空吸铸装置的气动薄膜开关阀和气动薄膜调节阀均处于关闭状态，调节冷却装置内的导流板角度将供水管接到冷却装置的介质入口，排水管接到冷却装置的介质出口；

步骤S2、开启机械泵，打开气动薄膜开关阀K6、气动薄膜调节阀T3和T4，对真空室和吸铸室进行粗抽真空，当达到极限粗抽真空度后关闭气动薄膜开关阀K6、气动薄膜调节阀T3和T4，打开气动薄膜开关阀K4并开启真空分子泵，将真空室和吸铸室抽成高真空状态后关闭气动薄膜开关阀K4，再关闭机械泵和真空分子泵；

步骤S3、打开气动薄膜开关阀K1和K3、气动薄膜调节阀T1和T2用气罐对熔炼室和真空室充入惰性气体，观察气压计当熔炼室和真空室均达到设定压力p1时停止充气，关闭气动薄膜开关阀K3，气动薄膜调节阀T1和T2；

步骤S4、操作熔炼电弧枪对左右坩埚中的金属合金颗粒进行熔炼，通过观察窗观察到左右坩埚中的金属合金颗粒凝固完全后用小勺将其转移到中间的坩埚中，向供水管供压力水；

步骤S5、对在中间坩埚内的凝固金属合金进行熔炼使其呈现熔融状态，打开调节阀T2对熔炼室再次充入惰性气体，使熔炼室的气压达到p2大于真空室的气压p1，关闭气动薄膜开关阀K1和气动薄膜调节阀T2，因为熔融的金属合金液堵住了通孔，熔炼室与模具内不通，但模具与真空室通过通气孔相通，气压仍然相等，金属合金液上下存在了一个压差，经熔炼的金属合金液在压差作用下被压入模具，并被模具外部的冷却装置快速降温，凝固成形铸件，避免了缓慢降温造成各种铸造缺陷；

步骤S6、待铸件恢复到室温后，打开气动薄膜开关阀K2和K5，排出惰性气体，待装置内气压与室外平衡后打开吸铸室，取出模具中的铸件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种真空吸铸装置，其特征在于：包括熔炼室(1)，其上盖(11)设置有透明的观察窗(111)，中心安装有一门熔炼电弧枪(12)，底部设置三个半球形的坩埚(13)，侧壁设有气压计(6)和一个可转动的小勺(14)，左右两侧的坩埚(13)用于熔炼金属合金颗粒，中间的坩埚(13)底部有通孔(15)与模具(4)相通，用于吸铸完成熔炼的金属合金液，小勺(12)用于在坩埚(13)间移动金属合金；

吸铸室(2)，位于熔炼室(1)下方，内装有模具(4)和包裹在模具(4)周围的冷却装置(5)，模具(4)下方有多个进气孔(41)与真空室(3)相通，冷却装置(5)的介质入口(51)和介质出口(52)通往吸铸室(2)外壁；

真空室(3)，位于吸铸室(2)下方，侧壁设有气压计(6)，通过通气管(10)和气动薄膜开关阀K2与熔炼室(1)相连，通过通气管(10)和气动薄膜开关阀K4和真空分子泵(8)相连，通过通气管(10)和气动薄膜开关阀K5连接室外大气；

机械泵(7)，通过通气管(10)、气动薄膜开关阀K6和气动薄膜调节阀T3与熔炼室(1)相连，通过通气管(10)、气动薄膜开关阀K6和气动薄膜调节阀T4与真空室(3)相连；

气罐(9)，内部为带压惰性气体，通过通气管(10)和气动薄膜开关阀K1、气动薄膜调节阀T2与熔炼室(1)相连，通过通气管(10)、气动薄膜调节阀T1、气动薄膜开关阀K1和K3与真空室(3)相连；

冷却装置(5)的介质入口(51)设置在下端，介质出口(52)设置在上端，冷却介质采用压力水；冷却装置(5)的内部螺旋状设置L形导流板，导流板外侧(531)与导流板内侧(532)成阶梯状，且L形短边相较于L形长边向下倾斜一个角度，通过更换有不同倾斜角度的L形短边的导流板来调整冷却装置(5)内冷却介质的流速；

经熔炼的金属合金液在其上下之间的压差及重力耦合作用下进入模具(4)，被冷却装置(5)冷却后凝固成铸件。

2.如权利要求1所述的真空吸铸装置，其特征在于：所述通孔(15)的直径为5-8mm；所述进气孔(41)的直径为1-5mm。

3.如权利要求1所述的真空吸铸装置，其特征在于：所述惰性气体为氩气。

4.一种进行真空吸铸的方法，其特征在于：使用权利要求1至3之一所述真空吸铸装置并采用如下步骤：

步骤S1、在吸铸室内放置待浇注的模具，打开熔炼室上盖，将需要熔炼的金属合金颗粒置于熔炼室的左右坩埚中，同时确保整个真空吸铸装置的气动薄膜开关阀和气动薄膜调节阀均处于关闭状态，调节冷却装置内的导流板角度将供水管接到冷却装置的介质入口，排水管接到冷却装置的介质出口；

步骤S2、开启机械泵，打开气动薄膜开关阀K6、气动薄膜调节阀T3和T4，对真空室和吸铸室进行粗抽真空，当达到极限粗抽真空度后关闭气动薄膜开关阀K6、气动薄膜调节阀T3和T4，打开气动薄膜开关阀K4并开启真空分子泵，将真空室和吸铸室抽成高真空状态后关闭气动薄膜开关阀K4，再关闭机械泵和真空分子泵；

步骤S3、打开气动薄膜开关阀K1和K3、气动薄膜调节阀T1和T2用气罐对熔炼室和真空室充入惰性气体，观察气压计当熔炼室和真空室均达到设定压力p1时停止充气，关闭气动薄膜开关阀K3，气动薄膜调节阀T1和T2；

步骤S4、操作熔炼电弧枪对左右坩埚中的金属合金颗粒进行熔炼，通过观察窗观察到左右坩埚中的金属合金颗粒凝固完全后用小勺将其转移到中间的坩埚中，向供水管供压力水；

步骤S5、对在中间坩埚内的凝固金属合金进行熔炼使其呈现熔融状态，打开调节阀T2对熔炼室再次充入惰性气体，使熔炼室的气压达到p2大于真空室的气压p1，关闭气动薄膜开关阀K1和气动薄膜调节阀T2，经熔炼的金属合金液在压差作用下被压入模具，并被模具外部的冷却装置快速降温，凝固成形铸件；

步骤S6、待铸件恢复到室温后，打开气动薄膜开关阀K2和K5，排出惰性气体，待装置内气压与室外平衡后打开吸铸室，取出模具中的铸件。

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