CN108746507A - 一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，工艺步骤如下：1)合金熔化；2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；铸造模具在对应龙头本体进水端位置开浇口；3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；4)浇铸：砂芯装配在重力铸造模具内，重力铸造模具起始浇铸角度为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。根据产品外观特点优化浇铸系统，设计重力铸造工艺参数，铸造良品率高、生产效率高、铸造成本低。

Description

一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺

技术领域

本发明属于水暖管道行业中的有色金属铸造成型技术领域，具体是指一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺。

背景技术

市场上现有卫浴本体材料主要有黄铜、不锈钢、铝合金、锌合金、工程塑料等。从环保、工艺性等因素考虑，黄铜合金(尤其是无铅黄铜)依然是高端卫浴本体的首选材料。基于涉水本体在使用过程中的金属污染物析出及腐蚀等原因，包括GB18145-2014在内的一些标准文件中明确规定，与饮用水直接接触的部件不允许使用锌合金。然而，在国内外市场上，锌合金水龙头本体依然广泛应用，为满足相关标准要求，该类合金龙头本体往往只是作为不涉水的壳体。在重量、工艺要求、质感、价格等方面具有显著优势。目前，锌合金龙头往往采用压铸工艺，内部水道需要抽芯成型。随着龙头本体外观艺术性要求日益提高，本体内部出现复杂、弯曲的水道，采用传统的压铸工艺存在无法抽芯、生产成本高、铸件成品率低等问题，从而限制其大批量应用。采用重力铸造成型时，模具型腔内置异型砂芯可完全满足复杂水道的设计要求。然而，由于锌合金与黄铜材质差异大，重力铸造复杂水道(弯曲水道内腔)的锌合金水龙头过程中，容易出现铸造缺陷，铸造良品率低、生产效率低、铸造成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，根据产品外观特点优化浇铸系统，设计重力铸造工艺参数，防止上述铸造缺陷。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其工艺步骤如下：

1)合金熔化：采用工频有芯感应电炉熔化锌合金锭；

2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；重力铸造模具包括上模和下模，上模和下模之间形成有模腔，砂芯位于模腔内并且二者间构成有型腔；铸造模具在对应龙头本体进水端位置开浇口；

3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；

4)浇铸：砂芯装配在重力铸造模具内，重力铸造模具起始浇铸角度为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。

所述步骤2)中，重力铸造模具的浇口和型腔口平齐，并且浇口离龙头本体距离最少要保持60mm以上；铸造模具其开模后的模具厚度设计为15mm～20mm，在铸造模具的厚度区域，沿龙头本体内腔通道方向设有若干处溢流槽和若干处排气片。

所述步骤1)中，非浇铸生产期间，锌合金熔体保温温度为420℃。

所述步骤1)中，锌合金锭还添加同成分废料，其添加比例不高于1/3。

所述步骤1)中，浇铸前及浇铸后每2h取样检测合金成分，并针对易烧损元素Al、Mg进行成分调整。

所述步骤2)中，采用锌合金专用铸造脱模剂C399，与水按1：8～1：10的比例稀释，搅拌均匀后喷涂在模具表面。

所述步骤4)中，控制模具泡水频次，保证模具温度处于200～260℃。

采用上述方案后，本发明为一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，相对于现有技术的有益效果在于：

(1)采用黄铜材质重力铸造模具，易加工，模具表面光滑，传热能力比45#钢强，不易因高温导致模具材料腐蚀，模具温度好控制，不易氧化，模具不易翘曲变形，寿命长。

(2)根据产品大小、复杂程度、浇口开设位置等因素确定浇铸温度460～510℃，保证流动性。

(3)锌合金浇铸温度和保温温度低，节能环保效果显著；砂芯只有表面轻微燃烧分解，不易被熔体冲刷掉沙，故内腔光滑干净，不易粘沙。

(4)区分重力铸造模具和砂芯模具的收缩率，避免铸件壁厚不均匀。

(5)浇铸期间，重力铸造模具不用每次浸泡石墨水或自来水进行冷却，不存在石墨粉尘污染，铸造环境比黄铜铸造更环保，在整个铸造周期(55～60秒)，可直接靠模具材料散热。

附图说明

图1是一种U型锌合金水龙头本体的结构示意图；

图2是本发明铸造模具的示意图；

图3是本发明砂芯的示意图；

图4是本发明铸造模具和砂芯的配合示意图；

图5是锌合金水龙头本体重力铸造起始浇铸角度示意图；

图6是本发明重力铸造方案示意图；

图7是与本发明相重力铸造方案相对比的其他方案一；

图8是与本发明相重力铸造方案相对比的其他方案二；

图9是与本发明相重力铸造方案相对比的其他方案三；

图10是铸造模具的截面示意图；

图11是锌合金铸造本体显微组织示意图(黄铜模具，左：100×；右：500×)。

标号说明

铸造模具400：

模腔40，上模41，下模42，浇口43，排气兼补缩槽44，

排气兼溢流槽45，溢流槽46，排气片47，

砂芯500：砂芯本体51，避空砂芯部52，砂芯定位部53。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本案针对具有弯曲水道的锌合金龙头本体在压铸机上难以直接成型的问题，提出一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，针对一款具有弯曲水道内腔(U型)锌合金水龙头本体100(如图1，成品壁厚2.0mm)进行浇铸系统优化分析，受所述本件形状结构限制，采用锌合金压铸已不可能；若采用黄铜重力铸造，成品壁厚至少为2.8mm，则铸造壁厚需达到3.3mm才可以保证铸造良品率，铸件成本高。

本案一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其工艺步骤如下：

1)合金熔化：采用工频有芯感应电炉熔化锌合金锭；

根据客户要求选用或自制适合于该类产品重力铸造成型的锌合金。采用工频有芯感应电炉(额定功率45kW)熔化锌合金锭，其中锌合金锭较佳地还添加同成分废料，其添加比例不高于1/3。非浇铸生产期间，锌合金熔体保温温度优选地控制为420℃。另外，浇铸前及浇铸后每2h取样检测合金成分，并针对易烧损元素Al、Mg进行成分调整。

2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；重力铸造模具400如图2所示，包括上模41和下模42，上模41和下模42之间形成有模腔40，砂芯500位于模腔40内并且二者间构成有型腔；铸造模具400在对应龙头本体进水端位置开浇口43。

优选的，为了利于脱模，采用锌合金专用铸造脱模剂C399，与水按1：8～1：10的比例稀释，搅拌均匀后喷涂在模具表面，保证浇铸更顺畅，2.5mm铸造壁厚可以顺利成型(由于后续需要表面抛光等工序因素，铸件的壁厚要比成品零件大)，提高铸造良品率。

3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；

4)浇铸：如图5－6所示，砂芯500装配在重力铸造模具400内，重力铸造模具起始浇铸角度α→β为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。

优选的，控制模具泡水频次，保证模具温度处于200～260℃。所述采用重力铸造浇铸机，上下浇铸臂带顶出油缸，顶出顺序可调节，模具冷却泡水频率可调节。

经上述铸造工艺成型后，锌合金本体结晶组织初生相(白色)细小圆钝且尺寸均匀；共晶相细小圆整(深灰色)，见图11；经测试，基体平均硬度为105HRB。

所述步骤2)中，针对具有弯曲水道内腔的锌合金水龙头壳体而专门设计制造的重力铸造模具综合考虑了模具材质、浇口高度、砂芯定位、排气排杂、冷却等关键工艺对成型模具结构设计的要求，即针对铸造模具400主要从浇口、模具厚度、排溢系统等方面进行结构优化设计，下面进行详细阐述。

模具浇口设计主要涉及浇口位置、方向、高度及纵截面面积等因素。在浇口的选择上需综合考虑以下原则：一般选最厚部位、产品大小、砂芯易定位、避免直接冲刷砂芯、易于排气及补缩、模具浇铸角度、避免最易产生缩水的地方有最高的温度、砂芯燃烧产生的气体易顺畅排出等。铸造模具400在对应龙头本体进水端位置开浇口43，熔体流动顺畅无冲击。本系列产品(具有弯曲水道内腔的锌合金水龙头壳体)其内腔通道很长，浇口高度和纵截面面积决定锌合金熔体在模具里流动能力和注满型腔的时间，浇口离产品距离最少要保持60mm以上，浇铸时保证浇口纵截面面积里注满熔体，以获得良好的表面状态，避免产生浮渣、涡流、氧化等现象，并可保证铸件下部得到充分的填充力，阻止浇铸工具中的杂质流入模具。

铸造模具大小与厚度既要考虑其重量与倾斜难易程度，以便现场工作人员操作，还要考虑浸泡冷却过程中冷却速度对铸造成型带来的影响。对于本系列产品，开模后的模具厚度限定为15mm～20mm。优选地，在铸型温度最高部位，即铸造模具对应浇口位置加大模具厚度，保留至少30mm以上模具厚度，以利于散热，保持模具温度均衡。

当浇口越长时，充型压力越大，若铸件上部充型不满时，要做排气和补缩。本案在铸造模具的厚度区域，沿龙头本体内腔通道方向设有若干处溢流槽46和若干处排气片47，可综合起到排气和排渣的作用。具体来讲，所述铸造模具400的浇口43位置，对应下模42上开与型腔平齐的排气兼补缩槽44，实现易排气、排渣效果；铸造模具400的出水口端部开排气兼溢流槽45，可以将熔体前端冷料排出，排气效果好；铸造模具在对应龙头本体内弯的位置开溢流槽46，排出熔体前峰冷料、兼排气作用，此溢流槽可以分散本体冷却时的收缩应力，减少开裂。关于溢流槽46的设计，优选地溢流槽46设于上模41和下模42上，上模41和下模42的对应模腔40的两侧位置均设有溢流槽46。较佳的，如图10所示，46溢流槽直径10～12mm，距离型腔40为5～8mm，溢流槽46与型腔40用排气片47连接，保证冷料能快速流入溢流槽46中；溢流槽46与模具外部距离15～20mm，保证在此距离内，金属液可以凝固冷却，不会流到模具外面来，保障操作安全。关于排气片47的设计，排气片47设于下模42上，下模42的对应模腔40的两侧位置均设有排气片47。较佳的，排气片47厚度设为1mm，即可以排气，又能迅速凝固冷却，摇沙时可以自行断裂，不用单独切割去除。

所述砂芯500如图3所示，包括砂芯本体51、避空砂芯部52和砂芯定位部53。砂芯定位部53分两部分，分别连接砂芯本体51的两端，避空砂芯部52连接砂芯定位部53的两部分。砂芯500的定位稳定可靠是产品壁厚均匀的关键。砂芯定位部53其定位要求牢固可靠，整个沙芯的重心避免设计到型腔中心。其中，砂芯定位部53的定位一部54和定位二部56即是起到此作用，避免砂芯本体51的重量引起沙芯定位不准偏心。对于本系列产品，定位方头宽度一般不小于18mm，深度不小于15mm；考虑模具加工工艺因素，定位方头圆角半径不小5mm；在重力模具上加工砂芯定位时，单边间隙应放大0.15mm，砂芯模脱模斜度不小于1°。

优选的，为保证锌合金熔体的充型能力，不管是重力铸造模还是砂芯模都不能设计型腔直角。尤其对于砂芯模，当型腔直角部位强度不够时，有可能在铸造时剥落而残留在产品中，最终导致铸件缩水和龟裂。故而本案铸造模具400呈避开型腔直角设计。砂芯尺寸衔接过渡部位(砂芯本体、避空砂芯部和砂芯定位部相互衔接过渡部位)为圆弧过渡设计，以提高补缩效果。

综上，本系列产品重力铸造浇铸系统的主要设计优点在于：实现对具有弯曲水道内腔的锌合金水龙头壳体的简易、高效、高成品率的铸造生产，本体进水端开浇口，浇口和型腔口平齐，熔体流动顺畅无冲击；在进水口端部上模开排气兼补缩，与型腔平齐，易排气、排渣；在出水口端部开排气兼溢流槽，可以将熔体前端冷料排出，排气效果好；在产品内弯处开溢流槽，排出熔体前峰冷料、兼排气作用，此溢流槽可以分散本体冷却时的收缩应力，减少开裂；浇口切除简单，排气充分，铸造良品率高，铸造效率高，铸造成本低。

图7给出是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案一:重力铸造方案，浇口61、上模排气62朝上，易排气；在产品内弯处进浇注，浇口太长，导致浇口前锋冷料多；切割锯条不能转弯，锯切浇口困难。图8是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案二：重力铸造方案，在产品背部进水，易浇满；但是型腔窝气不易排出，铸造良品率低。图9是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案三：低压铸造方案，排气朝上，易排气；浇口在下方，靠压力升液充型，良品率高；生产效率低，设备昂贵，铸造成本高。综合铸造良品率、生产效率、铸造成本等因素，本案重力铸造方案是最优最理想方案。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，工艺步骤如下：

1)合金熔化：采用工频有芯感应电炉熔化锌合金锭；

2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；重力铸造模具包括上模和下模，上模和下模之间形成有模腔，砂芯位于模腔内并且二者间构成有型腔；铸造模具在对应龙头本体进水端位置开浇口；

3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；

4)浇铸：砂芯装配在重力铸造模具内，重力铸造模具起始浇铸角度为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。

2.如权利要求1所述的一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，所述步骤2)中，重力铸造模具的浇口和型腔口平齐，并且浇口离龙头本体距离最少要保持60mm以上；铸造模具其开模后的模具厚度设计为15mm～20mm，在铸造模具的厚度区域，沿龙头本体内腔通道方向设有若干处溢流槽和若干处排气片。

3.如权利要求1所述的一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，所述步骤1)中，非浇铸生产期间，锌合金熔体保温温度为420℃。

4.如权利要求1所述的一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，所述步骤1)中，锌合金锭还添加同成分废料，其添加比例不高于1/3。

5.如权利要求1所述的一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，所述步骤1)中，浇铸前及浇铸后每2h取样检测合金成分，并针对易烧损元素Al、Mg进行成分调整。

6.如权利要求1所述的一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，所述步骤2)中，采用锌合金专用铸造脱模剂C399，与水按1：8～1：10的比例稀释，搅拌均匀后喷涂在模具表面。

7.如权利要求1所述的一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，其特征在于，所述步骤4)中，控制模具泡水频次，保证模具温度处于200～260℃。