CN109047703B - 中压反重力铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中压反重力铸造工艺，1、将双冲头压射杆的外冲头安装在压射室内，将压射室与模具浇口装配连通；2、在模具冒口处安装挤压补缩缸；3、在压射室内浇入液态金属，启动外冲头推动压射室内的液态金属对模具型腔充型；4、当液态金属将模具型腔充满后，通过外冲头对液态金属施加2‑10MPa的中压铸造压力进行加压补缩；5、当模具内的液态金属凝固形成凝固层外壳后启动增压油缸，推动双冲头压射杆的内冲头对浇口处施加30‑150MPa的挤压压力进行高压补缩；6、当模具内的液态金属凝固形成凝固层外壳后启动挤压补缩缸，对冒口内腔施加30‑150MPa的挤压压力进行高压补缩。本发明结合了低压铸造和挤压铸造的结构和工艺优势，实现对大型铸件的致密化加压铸造。
Description
技术领域
本发明涉及铸造工艺，尤其是涉及中压反重力铸造工艺。
背景技术
在压力下凝固的有色金属铸造方法分类是以铸造压力为依据。目前现有的压力铸造方法有两大类：一、低压铸造和高压铸造；二、高压铸造，包括压铸和挤压铸造。其中，压铸方法适用于平均壁厚在5-6mm以下的薄壁铸件；而低压铸造和挤压铸造适合于平均壁厚大于6mm以上的厚壁铸件。就适合于厚壁铸件的低压铸造和挤压铸造工艺来说，其共性都是平稳的层流充型，顺序凝固。其差异是凝固时受到的铸造压力不同和补缩方式不同：低压铸造是依靠压缩空气产生的低于0.4-1MPa的铸造压力下使液态金属进行凝固；低压铸造的补缩是依靠浇口处的液态金属的压力和按工艺设计的冒口,依靠冒口内未凝固的液态金属的高度差形成的重力进行补缩。挤压铸造是液压机构推动压射室内的冲头在压室内产生大于40-200MPa的铸造压力下使液态金属进行凝固；挤压铸造的补缩是依靠极高的铸造压力通过已经凝固但处于塑性的外壳发生塑性变形传递压力，使未凝固的液态金属在压力作用下对邻近的、正在凝固的区域进行补缩，以达到铸件致密的目的。
低压铸造工艺原理如图1所示，低压铸造的充型是向密封的坩埚1.1里通入压缩空气，使坩埚1.1内的液态金属液面1.2上形成0.4-1MPa铸造压力，在此铸造压力作用下，液态金属通过升液管1.3自下而上反重力方向充入模具1.4，使模具1.4内的气体顺利排出；型腔充满后，铸造压力作用于浇口处的液态金属，对浇口补缩区域未凝固的金属进行压力凝固与补缩，对于距离浇口较远不能受到浇口补缩的区域，设置冒口1.5，冒口1.5为最后凝固区域，依靠高度差形成的重力为铸件需要补缩的区域提供补缩的液态金属。
挤压铸造工艺原理如图2所示，挤压铸造的充型是在压射油缸2.1的压力作用下，压射油缸2.1内的压射活塞2.2推动压射室2.3内的压射冲头2.4，使液态金属自下而上以层流充型模具型腔，保证了模具2.5内的气体顺利排出，型腔充满后压射油缸的油压力使压射冲头在压射室内产生40-200MPa以上的铸造压力，使模具型腔内的金属在高压下进行凝固与补缩。
低压铸造的主要技术特征为：1、充型：以压缩空气为动力产生的铸造压力直接推动液态金属通过升液管1.3自下而上反重力充型；2、凝固：在由压缩空气产生的0.4-1MPa的铸造压力下液态金属由远端向浇口或冒口1.5方向顺序凝固；3、补缩：在铸件浇口区域由0.4-1MPa的铸造压力推动液态金属流动进行补缩，远离浇口区域以冒口1.5内残余的最后凝固的液态金属在高度差的重力作用下补缩。
挤压铸造的主要技术特征为：1、充型：以压射油缸2.1的压力为动力，通过压射活塞2.2推动压射室2.3内的压射冲头2.4将压射室2.3内的液态金属自下而上反重力充型；2、凝固：在压射油缸2.1的液压压力作用下，通过压射冲头2.4在压射室2.3内产生60-150MPa的铸造压力，由铸件的距离浇口的远端向浇口方向顺序凝固；3、补缩：由压射油缸2.1的液压压力通过压射冲头2.4在压射室2.3内产生60-150MPa的铸造压力推动液态金属流动对未凝固的液态金属进行补缩。
低压铸造由于铸造压力低，需要的锁模力也较低，所以对设备、模具的强度和刚性要求相应较低，因此设备投资相对较小，而且可以生产较大的铸件。但是，由于低压铸造的压力为压缩空气，压力和流量的控制相对液压系统很不稳定，可控性较差。由于压缩空气的压力稳定性差且压力比较低，压力补缩效果有限，因此限制了对铸件性能的提高。
挤压铸造由于采用了液压系统控制，压力高，稳定性好，受控性强，生产效率高，由于高压凝固补缩，铸件强度提高明显，外观质量优良。但挤压铸造由于挤压压力很高，对设备的锁模力要求很大，对设备和模具的强度和刚性要求较高，因而设备和模具投资较大，且不能生产较大的铸件。
发明内容
本发明目的在于提供一种中压反重力铸造工艺。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的中压反重力铸造工艺，按照下述步骤进行：
步骤1、将由压射油缸驱动的双冲头压射杆的外冲头安装在压射室内，将所述压射室与模具浇口装配连通；
步骤2、在所述模具上对应于冒口位置处安装挤压补缩缸，使所述挤压补缩缸的活塞杆端部经开设在模具上的孔通延伸至所述冒口腔体内，组成挤压补缩冒口；
步骤3、在压射室内浇入液态金属，启动压射油缸，通过所述压射油缸的压射活塞驱动所述双冲头压射杆的所述外冲头推动压射室内的液态金属对模具型腔充型；
步骤4、当液态金属将模具型腔充满后，通过压射油缸驱动双冲头压射杆的外冲头对液态金属施加2-10MPa的中压铸造压力进行加压补缩；
步骤5、当模具内的液态金属凝固形成一定厚度的凝固层外壳后启动双冲头压射杆的增压油缸，推动双冲头压射杆的内冲头对浇口处施加30-150MPa的挤压压力进行高压补缩；
步骤6、当模具内的液态金属凝固形成一定厚度的凝固层外壳后启动挤压补缩缸，使其活塞杆向冒口腔体内延伸，对冒口内腔施加30-150MPa的挤压压力进行高压补缩。
步骤5和步骤6中所述凝固层外壳的厚度为铸件平均壁厚的1/4--1/3。
所述双冲头压射杆包括杆体，设置在所述杆体底部的增压油缸，所述增压油缸内设置有增压活塞，所述增压活塞的活塞杆沿开设在杆体内的通孔延伸至杆体的顶端面；增压油缸的有杆腔室和无杆腔室的侧壁上均开设有与泵站连通的进、回油口。
本发明优点在于结合了低压铸造和挤压铸造的结构和工艺优势，采用液压系统控制浇注机构，铸造压力采用中压压力（2-10MPa），这样使得设备和模具的投资综合成本与低压铸造相当，生产的铸件强度性能和致密性接近挤压铸造。同时，对于超出一个浇口最大可能允许的充型长度的大型铸件，采用多浇口同时中压反重力浇注，实现对大型铸件的致密化加压铸造。
附图说明
图1是现有低压铸造工艺的原理图。
图2是现有挤压铸造工艺的原理图。
图3是本发明所述双冲头压射杆、压射室、模具和挤压补缩冒口的装配结构示意图。
图4是图3的I部放大结构示意图。
图5是本发明所述双冲头压射杆的结构示意图。
图6是本发明所述多个浇注机构分区域同时中压浇注的装配结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明所述的中压反重力铸造工艺，按照下述步骤进行：
步骤1、如图3所示，将由压射油缸1驱动的双冲头压射杆2的外冲头3安装在压射室4内，将压射室4与模具浇口装配连通；
步骤2、如图4所示， 在模具5上对应于冒口6位置处安装挤压补缩油缸7，使挤压补缩油缸7的活塞杆8端部经开设在模具5上的孔通延伸至冒口6腔体内，组成挤压补缩冒口；
步骤3、在压射室4内浇入液态金属，启动压射油缸1，通过压射油缸1的压射活塞驱动双冲头压射杆2的外冲头3推动压射室4内的液态金属对模具型腔充型；
步骤4、当液态金属将模具型腔充满后，通过压射油缸驱动双冲头压射杆2的外冲头3对液态金属施加2-10MPa的中压铸造压力进行加压补缩；
步骤5、当模具5内的液态金属凝固形成一定厚度的凝固层外壳后（凝固层厚度在铸件平均壁厚的1/4--1/3），启动双冲头压射杆2的增压油缸9，推动双冲头压射杆2的内冲头10对浇口处施加30-150MPa的挤压压力进行高压补缩；
步骤6、当模具5内的液态金属凝固形成一定厚度的凝固层外壳后（凝固层厚度在铸件平均壁厚的1/4--1/3），启动挤压补缩油缸7，使其活塞杆8向冒口腔体内延伸，对冒口内腔施加30-150MPa的挤压压力进行高压补缩。
如图5所示，双冲头压射杆包括杆体2，设置在杆体2底部的增压油缸9，增压油缸9内设置有增压活塞11，增压活塞11的活塞杆12沿开设在杆体2内的通孔延伸至杆体2的顶端面，活塞杆12的顶端直径大于活塞杆12的直径构成内冲头10，杆体2的顶端直径大于杆体2的直径构成外冲头3；增油缸体的有杆腔室和无杆腔室的侧壁上均开设有与泵站连通的进、回油口。
如图6所示，对于大型铸件，根据浇口的允许充型长度，可以放置多个浇注机构分区域同时中压浇注。
本发明的中压反重力铸造原理简述如下：
1、充型：以压射油缸1压力为动力，通过压射油缸1驱动双冲头压射杆2的外冲头3将压射室4内的液态金属自下而上反重力充型；
2、凝固：压射油缸1的液压压力通过双冲头压射杆2的外冲头3在压射室4内产生2-10MPa的铸造压力下，由铸件距离浇口的远端向浇口方向顺序凝固；
3、补缩：采用冒口6补缩和浇口补缩相结合的补缩方式，采用两级补缩控制：第一级补缩是常规中压补缩，即如同低压铸造的补缩方式，在铸件浇口区域由压射室4内的2-10mpa的中压铸造压力推动液态金属流动进行补缩，远离浇口区域以冒口6内残余的液态金属在高度差的重力作用下补缩；第二级补缩是高压挤压补缩，即采用双冲头压射杆2的内冲头10和挤压补缩油缸7，在铸件凝固结成一定厚度和强度的外壳后，对浇口和冒口6实施40-100MPa的压力，压破浇口和冒口6局部已凝固的外壳、或使外壳发生局部大塑性变形的方式，使外壳内的液态金属进行补缩，达到铸件致密无缩松的目的。正是由于中压铸造铸件凝固的外壳层强度承担了挤压补缩时对模具5产生的高的涨模力，所以实现了低锁模力下可采用高压挤压提高铸件强度的目的。
4、多压射机构同时压射充型可生产大型铸件：由于每个浇口的充型长度都是有限的，对于超出一个浇口充型长度的铸件可使用多个压射机构布置，实现多浇口同时中压充型凝固，高压挤压补缩。
中压铸造压力在2-10MPa范围的选择与铸件的大小、质量要求和壁厚等因素有关：对于大型铸件应尽可能选择低的铸造压力，这样可以降低设备的合模力要求；质量要求高的铸件需要高的补缩压力，因而铸造压力要选择的高些；对于壁厚铸件，由于能够结成有一定厚度和强度的外壳抵抗高压补缩的涨力，因此铸造压力可以向低的方向选择。
由于本发明方法的铸造压力较挤压铸造大幅度降低，需要的锁模力也大幅度降低，因而设备与模具成本与低压铸造趋同，而使用的双冲头压射杆和高压挤压补缩冒口，使铸件的致密度达到了挤压铸造的要求，并能够以接近挤压铸造的致密性要求生产挤压铸造不能够生产的大型铸件。
Claims (2)
1.一种中压反重力铸造工艺，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1、将由压射油缸驱动的双冲头压射杆的外冲头安装在压射室内，将所述压射室与模具浇口装配连通；
步骤2、在所述模具上对应于冒口位置处安装挤压补缩缸，使所述挤压补缩缸的活塞杆端部经开设在模具上的孔通延伸至所述冒口腔体内，组成挤压补缩冒口；
步骤3、在压射室内浇入液态金属，启动压射油缸，通过所述压射油缸的压射活塞驱动所述双冲头压射杆的所述外冲头推动压射室内的液态金属对模具型腔充型；
步骤4、当液态金属将模具型腔充满后，通过压射油缸驱动双冲头压射杆的外冲头对液态金属施加2-10MPa的中压铸造压力进行加压补缩；
步骤5、当模具内的液态金属凝固形成一定厚度的凝固层外壳后启动双冲头压射杆的增压油缸，推动双冲头压射杆的内冲头对浇口处施加30-150MPa的挤压压力进行高压补缩；
步骤6、当模具内的液态金属凝固形成一定厚度的凝固层外壳后启动挤压补缩缸，使其活塞杆向冒口腔体内延伸，对冒口内腔施加30-150MPa的挤压压力进行高压补缩；
步骤5和步骤6中所述凝固层外壳的厚度为铸件平均壁厚的1/4--1/3。
2.根据权利要求1所述的中压反重力铸造工艺，其特征在于：所述双冲头压射杆包括杆体，设置在所述杆体底部的增压油缸，所述增压油缸内设置有增压活塞，所述增压活塞的活塞杆沿开设在杆体内的通孔延伸至杆体的顶端面；增压油缸的有杆腔室和无杆腔室的侧壁上均开设有与泵站连通的进、回油口。
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