CN109550903B - 一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，根据铸件的结构设计仿生补缩浇注系统：包括主浇道，主浇道的上端连接浇口杯/池，主浇道的下端连接多个分浇道，每个分浇道上连接内浇道，内浇道与铸件直接相连；根据铸件的结构合理设计普通补缩内浇道的尺寸，确保补缩内浇道内部的温度场高于铸件上被补缩的部位，使得铸件的厚大部位得到充分的补缩；将仿生补缩浇注系统和铸件蜡型连接后整体置于箱内造型，待成型后经脱蜡、焙烧后，向型腔内浇注金属液得到铸件。本发明公开的方法采用层次分明的仿生补缩浇注系统，解决了现有技术生产薄壁、多凸台、变截面的铸件是，由于存在较多孤立热节，从而造成分散热节补缩困难、易形成缩孔缩松的问题。

Description

一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法
技术领域
本发明属于铸造成形技术领域，具体涉及一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法。
背景技术
对于重力铸造和压力铸造方法，通常采用加强冷却或加强补缩的方法改善铸件内部缩孔、缩松缺陷的问题，提高铸件的致密度。但薄壁变截面铸件厚大部分在顺序凝固过程中，最后凝固部位中心位置仍无法可靠避免缩松的存在。尤其对采用熔模铸造精密成形的薄壁、复杂(多筋、凸台或镂空结构等)以及局部截面变化的铸件，由于其孤立热节多，不宜采用冷铁激冷(因复杂结构加工干涉或不加工等要求)的情况下，凝固时难以建立完整的顺序凝固温度场，分散热节补缩困难，极易形成缩孔和缩松等缺陷。
为了解决复杂结构熔模铸造铸件的厚大部位热节补缩问题，通常采用冒口补缩和冷铁激冷方式提高铸件的内部质量。中国专利名称为“用于熔模铸造的浇注补缩系统”(申请日：2016年10月25日，专利号：CN206241188U，授权公告日：2017年6月13日)，包含顶部热冒口和环绕冒口的浇道，整体称为“补缩浇注系统”，但这种浇注系统通过顶部开设冒口进行补缩，通过冒口外设置环绕浇道增加铸件冒口顶端热量来加强冒口补缩铸件，该方法仅对顶端有大热节的铸件适用。中国专利名称为“一种筒形铸件补缩方法”(申请日：2016年11月8日，申请号：201610979058.4，公开号：CN106424573A，公开日：2017年2月22日)，在筒形件需补缩的厚大部位一侧放置冷铁，另一侧设置整体与筒形件壁直接相连的补贴式的补缩浇道，使热节外移至浇道内，从而使厚大部位得到补缩的方法。该方法通过冷铁与铸件相连的“补缩浇道”共同作用加强补缩，对结构复杂、薄壁、变截面、多凸台铸件而言，浇注系统整体与铸件相连带来的加工、清理及薄壁处缺肉问题十分突出。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，采用层次分明的仿生补缩浇注系统，解决了现有技术生产薄壁、多凸台以及变截面铸件时，由于其孤立热节多、凝固时难以建立完整的顺序凝固温度场，从而造成分散热节补缩困难和易形成缩孔缩松的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，包括以下步骤：
步骤1.根据铸件的结构设计仿生补缩浇注系统：
仿生补缩浇注系统的包括主浇道，主浇道的上端连接浇口杯/池，主浇道的下端连接多个分浇道，每个分浇道上连接有内浇道，内浇道包括普通补缩内浇道、集液包式补缩内浇道和充型内浇道；普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道的另一端均与铸件需要补缩的部位直接相连，根据铸件的结构设计普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道的尺寸，确保普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道内部的温度场高于铸件上被补缩的部位，使得铸件的厚大部位得到充分的补缩；充型内浇道的另一端连接到铸件薄壁处，用于平衡铸件整体充型，其数量和分布根据铸件各部位均衡充型需求开设。
步骤2.将步骤1的仿生补缩浇注系统与铸件的蜡模连接组装后整体用于造型，得到的铸型经脱蜡、焙烧、浇注金属液后得到精密铸造铸件。
本发明的其他特点还在于，
步骤1中的仿生补缩浇注系统中主浇道根据铸件的结构、浇注系统其余部分规模和结构以及浇注重量需求开设1个或多个。
步骤1中的仿生补缩浇注系统中分浇道根据铸件高度和内浇道的数量和位置设置1层或多层。
每层分浇道上的普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道根据铸件需要补缩部位的数量和结构设置1个或多个。
步骤1中，如果铸件上凸台的厚度H<2δ时，普通补缩内浇道的截面面积A普＝(0.8～1.2)AR；如果铸件上凸台的厚度H≥2δ时，普通补缩内浇道设置为集液包式补缩内浇道，且集液包式补缩内浇道的截面面积A集＝(1.2～1.5)AR，普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道的长度L≥1.5H，各热节与铸件外形的距离Lm≥0.25H，其中，δ为铸件壁厚，AR为被补缩部位热节圆的面积。
充型内浇道与铸件连接的一端为缝隙式结构，单个充型内浇道的截面积A充＝(0.3～0.7)A分，充型内浇道与铸件连接处的截面宽度B≤0.7δ，其中，A分为与充型内浇道相连的分浇道的截面积，δ为铸件壁厚。
本发明的有益效果是，一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，采用类似人体血管分布结构的、层次分明的仿生补缩浇注系统，解决了现有技术由于无法建立完整的顺序凝固温度场，从而造成分散热节补缩困难和易形成缩孔缩松的问题。浇注系统本身能够对铸件上分散热节进行直接补缩，将铸件上的各分散热节引入浇注系统内，铸件各部分先于相连的浇道凝固，最终达到铸件局部顺序凝固，实现薄壁、复杂、局部截面变化以及多凸台的铸件无缺陷凝固。
附图说明
图1是本发明的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法中的补缩浇注系统的结构示意图；
图2是本发明的实施例生产的筒形铸件浇注系统局部示意图；
图3是本发明的实施例生产的筒形铸件内部局部厚大部位示意图。
图中，1.主浇道，2.分浇道，3.普通补缩内浇道，4.集液包式补缩内浇道，5.充型内浇道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，包括以下步骤：
步骤1.根据铸件的结构设计仿生补缩浇注系统，如图1所示：
仿生补缩浇注系统包括主浇道1，主浇道1的上端连接浇口杯/池，主浇道1的下端连接多个分浇道2，每个分浇道2上连接有内浇道，内浇道包括普通补缩内浇道3、集液包式补缩内浇道4和充型内浇道5；普通补缩内浇道3和集液包式补缩内浇道4的另一端均与铸件需要补缩的部位直接相连，根据铸件的结构合理设计普通补缩内浇道3和集液包式补缩内浇道4的尺寸，确保普通补缩内浇道3和集液包式补缩内浇道4内部的温度场高于铸件上被补缩的部位，使得铸件的厚大部位得到充分的补缩；充型内浇道5的另一端连接到铸件薄壁处，用于平衡铸件整体充型，其数量和分布根据铸件各部位均衡充型需求开设。
步骤2.将步骤1制作的仿生补缩浇注系统与铸件的蜡模组装后整体用于造型，得到的铸型经脱蜡、焙烧、浇注金属液后得到精密铸造铸件。
主浇道1根据铸件的结构和浇注重量需求开设1个或多个；
分浇道2根据铸件高度及内浇道(即普通补缩内浇道3、集液包式补缩内浇道4和充型内浇道5)的数量和位置等设置1层或多层。
每层分浇道2上连接的普通补缩内浇道3和集液包式补缩内浇道4根据铸件需要补缩部位的数量和结构设置1个或多个。
如果铸件上凸台的厚度H<2δ时，采用普通补缩内浇道3补缩，其截面面积A普＝(0.8～1.2)AR；如果铸件上凸台的厚度H≥2δ时，采用较普通补缩内浇道3尺寸更大的集液包式补缩内浇道4，集液包式补缩内浇道4的截面面积A集＝(1.2～1.5)AR；普通补缩内浇道3和集液包式补缩内浇道4的长度L≥1.5H，各热节距铸件外形距离Lm≥0.25H，其中，δ为铸件壁厚，AR为被补缩部位热节圆的面积。
充型内浇道5与铸件连接的一端为缝隙式结构，单个充型内浇道5的截面积A充＝(0.3～0.7)A分，充型内浇道5为变径结构，过渡到与铸件连接处时，充型内浇道5与铸件连接处的截面宽度B≤0.7δ，其中A分与充型内浇道5相连的分浇道2的截面积，δ为铸件壁厚。
本发明的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法中的仿生补缩浇注系统，起补缩作用的主要是补缩内浇道，补缩内浇道的尺寸依据与之相连的铸件热节大小进行设置，经过流经熔体的持续加热，蓄热量高，可实现铸件上热节部位的补缩。补缩内浇道具体包含普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道两种形式。普通补缩内浇道补缩较小热节，集液包式补缩内浇道用于补缩较大热节；补缩内浇道的功能是将铸件上的各分散热节引入浇注系统内，使铸件各部分先于相连的浇道凝固，最终达到铸件局部顺序凝固、铸件整体弱顺序凝固，实现薄壁、复杂、局部截面变化、多凸台的铸件无缺陷凝固。
实施例
对直径Φ500mm，高度700mm，主体壁厚15mm的铝合金筒形铸件，采用熔模石膏型真空增压铸造方式生产，仿生浇注系统设计如下：
(1)仿生补缩浇注系统：以Φ25mm圆截面普通补缩内浇道直接补缩铸件上30mm厚度以内的8个凸台，内浇道延伸长度大于45mm后，与Φ30mm分浇道相连；采用50mm×60mm×75mm和70mm×70mm×110mm的集液包式补缩内浇道分别补缩40mm和50mm厚凸台，集液包式补缩内浇道分别与Φ30mm的分浇道相连，如图2所示；
(2)采用高度50mm、宽度10mm的缝隙式充型内浇道，延伸长度40mm截面逐渐变化至Φ25mm，并与Φ25mm的分浇道相连，数量4个，均匀分布在铸件未设置普通补缩内浇道和集液包式补缩内浇道的位置；
(3)根据铸件上补缩内浇道和充型内浇道的分布，分2层设置，上层各内浇道用Φ30mm分浇道串联，下层补缩内浇道和充型内浇道则分别用Φ30mm、Φ25mm分浇道连通至上层分浇道上；
(4)主浇道分两侧，每侧的主浇道在50mm×60mm×75mm的集液包式补缩内浇道处分为3各方向的分浇道；
(5)铸件的蜡模与仿生补缩浇注蜡模粘结好之后，整体置于型框内浇注石膏型，经脱蜡、焙烧后浇注铝合金金属液。所得铸件充型完整，表面光洁无缺陷，产品上分布的凸台、厚壁处等成形完整无缺陷。

Claims (4)

1.一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.根据铸件的结构设计仿生补缩浇注系统：
仿生补缩浇注系统包括主浇道(1)，所述主浇道(1)的上端连接浇口杯/池，所述主浇道(1)的下端连接多个分浇道(2)，每个所述分浇道(2)上连接有内浇道，内浇道包括普通补缩内浇道(3)、集液包式补缩内浇道(4)和充型内浇道(5)；所述普通补缩内浇道(3)和集液包式补缩内浇道(4)的另一端均与铸件需补缩部位直接相连，根据铸件的结构设计所述普通补缩内浇道(3)和集液包式补缩内浇道(4)的尺寸，确保所述普通补缩内浇道(3)和集液包式补缩内浇道(4)内部的温度场高于铸件上被补缩的部位，使得铸件的厚大部位得到充分的补缩；所述充型内浇道(5)的另一端连接到铸件薄壁处，用于平衡铸件整体充型，其数量和分布根据铸件各部位均衡充型需求开设；
所述步骤1中，如果铸件上凸台的厚度H<2δ时，所述普通补缩内浇道(3)的截面面积A普＝(0.8～1.2)AR；如果铸件上凸台的厚度H≥2δ时，普通补缩内浇道(3)设置为集液包式补缩内浇道(4)，且集液包式补缩内浇道(4)的截面面积A集＝(1.2～1.5)AR，普通补缩内浇道(3)和集液包式补缩内浇道(4)的长度L≥1.5H，各热节与铸件外形的距离Lm≥0.25H，其中，δ为铸件壁厚，AR为被补缩部位热节圆的面积；
充型内浇道(5)与铸件连接的一端为缝隙式结构，单个所述充型内浇道(5)的截面积A充＝(0.3～0.7)A分，充型内浇道与铸件连接处的截面宽度B≤0.7δ，其中，A分为与所述充型内浇道(5)相连的分浇道(2)的截面积，δ为铸件壁厚；
步骤2.将步骤1制作的仿生补缩浇注系统与铸件的蜡模组装后整体用于造型，得到的铸型经脱蜡、焙烧、浇注金属液后得到精密铸造铸件。
2.如权利要求1所述的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，其特征在于，所述步骤1中的仿生补缩浇注系统中主浇道(1)根据铸件的结构、浇注系统其余部分规模和结构以及浇注重量需求开设1个或多个。
3.如权利要求1所述的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，其特征在于，所述步骤1中的仿生补缩浇注系统中所述分浇道(2)根据铸件高度和内浇道的数量和位置设置1层或多层。
4.如权利要求3所述的一种薄壁变截面铸件的精密铸造成形方法，其特征在于，每层分浇道(2)上的普通补缩内浇道(3)和集液包式补缩内浇道(4)根据铸件需要补缩部位的数量和结构设置1个或多个。
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