CN110548856B - 一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法，属于铝合金壳体铸件铸造技术领域，解决了现有砂型铸造方法无法满足大型复杂薄壁铝合金壳体的铸件尺寸与性能要求及金属型铸造无法清理铸件的技术问题。该复合铸型包括铸件型芯和复合金属外模；复合金属外模包括缝隙浇道型芯和金属外模；缝隙浇道型芯与金属外模之间设有具有固定作用的第一定位结构；金属外模上设有多个封闭缝隙浇道，封闭缝隙浇道沿金属外模环向方向均匀设置；缝隙浇道型芯内腔的形状构成铸件和封闭缝隙浇道的外形；缝隙浇道型芯的外侧为金属外模，铸件型芯底部设有与封闭缝隙浇道连通的横浇道和过渡浇道。本发明能够实现大型复杂薄壁铝合金壳体铸件的高精度、高强度成型。

Description

一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法

技术领域

本发明涉及铸造成型技术领域，尤其涉及一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法。

背景技术

在航天领域的大型、薄壁、复杂的铝合金壳体铸件(壁厚4mm～30mm，直径360mm～1000mm)，一般采用砂型低压铸造的成型工艺进行生产，砂型低压铸造能够提高铸件的致密度、力学性能。随着对铝合金壳体铸件尺寸精度和表面质量的逐渐提高，单一砂型铸型难以满足复杂型腔(复杂型面、多筋多凸台、结构大)铝合金壳体铸件的相关技术要求。

而金属型铸造生产的铸件具有尺寸精度高、表面质量好的优点，在许多中小型、大批量铝合金壳体铸件中广泛应用。但是金属型低压铸造不适合大型复杂铝合金壳体铸件，不宜开设复杂的浇注系统，尤其是缝隙式浇注系统，无法开箱和清理铸件。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法，用于解决现有砂型铸造方法无法满足大型复杂薄壁铝合金壳体铸件尺寸与性能要求及金属型铸造无法清理铸件的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种铝合金壳体铸件的复合铸型，包括铸件型芯和复合金属外模；复合金属外模包括缝隙浇道型芯和金属外模；缝隙浇道型芯与金属外模之间设有第一定位结构，第一定位结构用于固定缝隙浇道型芯与金属外模；金属外模包括封闭缝隙浇道，封闭缝隙浇道沿金属外模环向方向均匀设置；缝隙浇道型芯内腔的形状构成铸件和封闭缝隙浇道的外形；缝隙浇道型芯的外侧为金属外模，铸件型芯底部设有横浇道和过渡浇道，横浇道和过渡浇道均与封闭缝隙浇道连通。

在一种可能的设计中，金属外模至少包括第一金属外模分块和第二金属外模分块，第一金属外模分块和第二金属外模分块的分界面为金属外模分模面，金属外模分模面为对立的两个封闭缝隙浇道的竖直中分面。

在一种可能的设计中，第一定位结构包括定位凹槽和定位凸块，定位凹槽设于金属外模顶端，定位凸块设于铸件型芯顶端，定位凸块能够嵌入定位凹槽内；

缝隙浇道型芯的上端厚度大于下端厚度；金属外模的上端厚度小于下端厚度。

在一种可能的设计中，铸件型芯由铸件型芯模具制作而成，铸件型芯模具包括第二定位结构，第二定位结构用于固定铸件型芯与复合金属外模。

在一种可能的设计中，第二定位结构包括第二定位凹槽和第二导向结构，第二定位凹槽设于铸件型芯上，第二导向结构设于金属外模底部，第二导向结构通过嵌入第二定位凹槽内实现金属外模与铸件型芯固定连接。

在一种可能的设计中，金属外模的材质为45#钢。

在一种可能的设计中，铸件型芯采用自硬树脂砂制成。

另一方面，本发明还提供了一种铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，用于制备上述的复合铸型；该复合铸型方法包括以下步骤：

步骤1、根据铸件内腔结构和铸造工艺方案设计铸件型芯模具，利用铸件型芯模具制作铸件型芯，铸件型芯外形形成铸件内形；

步骤2、制作缝隙浇道型芯和金属外模分块，缝隙浇道型芯与金属外模之间通过第一定位结构固定连接；

步骤3、装配缝隙浇道型芯与金属外模，形成复合金属外模；复合金属外模内腔形成铸件和封闭缝隙浇道外形；

步骤4、装配复合金属外模与铸件型芯，形成复合铸型；

步骤5、通过低压浇注成型、将复合铸型进行成型，进行及开箱、清理。

进一步地，在步骤5中，将复合铸型放入烤芯炉内预热1h～2h，预热温度为50℃～100℃，预热后进行低压浇注。

进一步地，在步骤5中，低压浇注的工艺条件为：工作压力≥450KPa、升液速率为35mm/s～45mm/s、充型速率40mm/s～50mm/s、保压压力90KPa、浇注温度690℃～710℃、结壳时间5～15s、保压时间195s～205s。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明采用的复合铸型低压铸造成型工艺集成了砂型铸造和金属型铸造，能够实现大型复杂薄壁铝合金壳体铸件高精度、高强度成型；本发明制造的铸件公差等级提高3个数量级，达到CT6～CT8级，表面粗糙度提高2倍，达到1.6μm～6.3μm，本体力学性能提高10％左右，满足复杂型面、多筋多凸台、结构大等复杂型腔铝合金壳体铸件的相关技术要求。

(2)本发明通过采用金属型铸造制作金属外模，提高了铸件的尺寸精度、表面质量和本体力学性能；同时利用砂型铸造制作铸件型芯和缝隙浇道型芯，缝隙浇道型芯与金属外模设计自锁定位结构，实现自锁定位和装配，解决金属铸造中，缝隙浇道无法开箱和清理的问题，能够满足大型复杂薄壁铝合金壳体铸件的精度和力学性能要求。

(3)与单独利用金属铸造或者砂型铸制备的产品相比，本发明采用金属铸造和砂型铸造相结合的复合铸型成型工艺，生产的铸件不仅具有尺寸精度高、表面质量好的优点，而且利用砂型铸造能够开设复杂的浇注系统，尤其是缝隙式浇注系统，避免了开箱和清理困难的缺陷；利用本发明的复合铸型成型方法制备的大型薄壁铝合金壳体铸件具有良好的尺寸精度、表面质量和本体力学性能。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明实施例1提供的铸件型芯示意图；

图2是本发明实施例1提供的复合铸型结构的俯视图；

图3为本发明实施例1提供的复合铸型结构的剖视图。

附图标记：

1-铸件型芯；2-铸件型芯模具；3-缝隙浇道型芯；4-第一金属外模分块；5-第二金属外模分块；6-横浇道与过渡浇道；7-铸型型腔；8-第一定位结构；9-第二定位结构；10-封闭缝隙浇道；11-金属外模分模线。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明提供了一种铝合金壳体铸件的复合铸型，如附图1至附图3所示，包括铸件型芯1和复合金属外模；复合金属外模包括缝隙浇道型芯3和金属外模；缝隙浇道型芯3与金属外模之间设有第一定位结构8，第一定位结构8用于固定缝隙浇道型芯3和金属外模；金属外模包括封闭缝隙浇道10，封闭缝隙浇道10沿金属外模环向方向均匀设置；缝隙浇道型芯3内腔的形状构成铸件和封闭缝隙浇道10的外形；缝隙浇道型芯3的外侧为金属外模，铸件型芯1底部设有横浇道和过渡浇道6，横浇道和过渡浇道6均与封闭缝隙浇道10连通。具体地，本发明的复合铸型包括设于内部的铸件型芯1和设于外部的复合金属外模；其中，根据铸件内腔结构和铸造工艺方案设计铸件型芯模具2，利用铸件型芯模具2制作铸件型芯1(即内型芯)；复合金属外模包括缝隙浇道型芯3和金属外模，缝隙浇道型芯3和金属外模通过第一定位结构8固定连接，金属外模包括封闭缝隙浇道10，封闭缝隙浇道10沿金属外模环向方向均匀设置；缝隙浇道型芯3内腔的形状构成铸件和封闭缝隙浇道10的外形。需要说明的是，该铸型型腔7为复杂型面、多筋多凸台和结构大的复杂型腔，缝隙浇道型芯3外侧为金属外模，铸件型芯1底部设有横浇道和过渡浇道6，横浇道和过渡浇道6与封闭缝隙浇道10连通。

需要强调的是，本发明采用砂型铸造和金属铸造相结合的复合型铸造成型工艺主要针对的是大型复杂薄壁铝合金壳体铸件；利用砂型铸造制作铸件型芯1和缝隙浇道型芯3，利用金属铸造工艺制作金属外模，以提高铸件的尺寸精度、表面质量和本体力学性能；通过在缝隙浇道型芯3与金属外模之间设置第一定位结构8，实现缝隙浇道型芯3与金属外模之间的自锁定位和装配，解决金属铸造中缝隙浇道无法起模的问题。

为解决金属外模中缝隙浇道无法开箱和清理的问题，金属外模的包括第一金属外模分块4和第二金属外模分块5，第一金属外模分块4和第二金属外模分块5的分界面为金属外模分模面11，金属外模分模面11为对立的两个封闭缝隙浇道10的竖直中分面。

同样地，为解决金属外模中缝隙浇道无法开箱和清理的问题，本发明的第一金属外模分块4和第二金属外模分块5所用材料为45#钢；铸件型芯1和缝隙浇道型芯3所用材料为自硬树脂砂。

与现有技术相比，本发明采用的自硬树脂砂在铸件成型前具有硬化快、强度高的特点；在铸件成型后具有易溃散和易清理的特点。本发明将自硬树脂砂与金属外模组合使用，解决了金属外模中缝隙浇道无法开箱和清理的技术问题。

为了实现固定缝隙浇道型芯3与金属外模之间的自锁定位和装配，本发明的第一定位结构8为自锁定位结构，其中，自锁定位结构包括定位凹槽和定位凸块，见附图2和附图3。定位凹槽设于金属外模顶端，定位凸块设于铸件型芯1顶端，定位凸块能够嵌入定位凹槽内；自锁定位结构的顶部形状为半圆形结构和基准边；缝隙浇道型芯3的上端厚度大于下端厚度；金属外模的上端厚度小于下端厚度，这种独特设计能够方便缝隙浇道型芯3与金属外模装配。

本发明的铸件型芯1根据铸件型芯模具2制作而成，铸件型芯模具2包括第二定位结构9，第二定位结构9用于固定铸件型芯1与复合金属外模。

具体地，该第二定位结构9包括定位基准面和配合面，组型时，首先将铸件型芯1放置平稳，将复合铸型沿着基准面进行装配，与配合面结合后，装配完毕。

实施例2

本实施例提供了一种铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，用于制备实施例1中的复合铸型；该复合铸型方法包括以下步骤：

步骤1、根据铸件内腔结构和铸造工艺方案设计铸件型芯模具2，铸件型芯模具2包括固定金属外模的第二定位结构9；利用铸件型芯模具2制作铸件型芯1，铸件型芯1外形形成铸件内形；

步骤2、制作缝隙浇道型芯3和金属外模分块，缝隙浇道型芯3与金属外模之间设计自锁定位结构；自锁定位结构包括定位凹槽和导向结构，在金属外模上设计定位凹槽，半圆形结构和基准直边；导向结构自带拔模，拔模用于方便装配缝隙浇道型芯3与金属外模；

步骤3、将缝隙浇道型芯3放入金属外模预留的位置，沿自锁定位结构，与金属外模进行装配，形成复合金属外模；复合金属外模内腔组成铸件和浇注系统的外形；

步骤4、按照第二定位结构9，将复合金属外模与铸件型芯1进行装配，形成复合铸型；

步骤5、将复合铸型进行成型，进行低压浇注成型及开箱、清理；

具体地，在步骤5中，将复合铸型放入烤箱预热1h～2h，预热温度为50℃～100℃，预热后进行低压浇注；低压浇注的工艺条件为：工作压力≥450KPa、升液速率为35mm/s～45mm/s、充型速率40mm/s～50mm/s、保压压力90KPa、浇注温度690℃～710℃、结壳时间5s～15s、保压时间195s～205s，完成复合铸型成型，开箱、清理，形成大型复杂薄壁铝合金壳体铸件。

与单独利用金属铸造或者砂型铸制备的产品相比，一方面，本发明能够利用了金属型铸造生产的铸件具有尺寸精度高、表面质量好的优点；另一方面，本发明利用砂型铸造能够开设复杂的浇注系统，尤其是缝隙式浇注系统，避免了开箱和清理困难的缺陷；利用本发明的复合铸型成型方法制备的大型薄壁铝合金壳体铸件具有良好的尺寸精度、表面质量和本体力学性能。

实施例3

本实施例提供了一种铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，具体包括以下步骤，

步骤1、制作铸件型芯1；根据铸件内腔结构和铸造工艺方案设计铸件型芯模具2并制作铸件型芯1；铸造型芯所用的造型材料为自硬树脂砂；

步骤2、制作缝隙浇道型芯3和金属外模；缝隙浇道型芯3与金属外模之间设计自锁定位结构；设计缝隙浇道型芯3模具并制作缝隙浇道型芯3；采用45#钢制作金属外模；

步骤3、将缝隙浇道型芯3与金属型外模进行装配，形成复合金属外模；复合金属外模内腔形成铸件和封闭缝隙浇道10外形；

步骤4、复合金属外模与铸件型芯1装配，形成复合铸型；按照下芯顺序对制作好的金属外模、铸件型芯1、铸件型芯模具2进行装配，形成复合铸型；将装配好的复合铸型置于烤芯炉中进行预热，预热时间为1h，预热温度为100℃；

步骤5、步骤5、将复合铸型进行成型，进行低压浇注成型及开箱、清理；在步骤5中，将复合铸型放入烤箱预热1h～2h，预热温度为50℃～100℃，预热后进行低压浇注；低压浇注的工艺条件为：工作压力≥450KPa、升液速率为40mm/s、充型速率为45mm/s、保压压力为90KPa、浇注温度为(695±5)℃、结壳时间为10s、保压时间为200s，完成复合铸型成型，开箱、清理，形成大型复杂薄壁铝合金壳体铸件。

利用此方法制备的薄壁铝合金壳体铸件具有良好的尺寸精度、表面质量和本体力学性能。

实施例4

本实施例提供了一种铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，具体包括以下步骤，

步骤1、根据铸件内腔结构和铸造工艺方案设计铸件型芯模具2并制作铸件型芯1；

步骤2、制作缝隙浇道型芯3和金属外模。其中缝隙浇道型芯3与金属外模之间设计自锁定位结构；制作缝隙浇道型芯3所用的材料为自硬树脂砂；相邻两块金属外模的分界线设置缝隙浇道；

步骤3、将缝隙浇道型芯3与金属型外模进行装配，形成复合金属外模；复合金属外模内腔形成铸件和封闭缝隙浇道10外形；

步骤4、复合金属外模与铸件型芯1装配，形成复合铸型。将装配好的复合铸型，在烤芯炉中预热时间为1.5h，预热温度为150℃；

步骤5、将预热后的复合铸型进行低压浇注，低压浇注工艺参数为工作压力≥450KPa、升液速率为45mm/s、充型速率为45mm/s、保压压力为90KPa、浇注温度为(700±5)℃、结壳时间为15s、保压时间为200s。

与现有技术相比，本发明提供的复杂薄壁铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法制备的薄壁铝合金壳体铸件具有良好的尺寸精度、表面质量和本体力学性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝合金壳体铸件的复合铸型，其特征在于，包括铸件型芯和复合金属外模；所述复合金属外模包括缝隙浇道型芯和金属外模；所述缝隙浇道型芯与金属外模之间设有第一定位结构，所述第一定位结构用于固定缝隙浇道型芯与金属外模；所述铸件型芯包括第二定位结构，所述第二定位结构用于固定铸件型芯与复合金属外模；

所述金属外模包括封闭缝隙浇道，所述封闭缝隙浇道沿所述金属外模环向方向均匀设置；所述缝隙浇道型芯内腔的形状构成铸件和封闭缝隙浇道的外形；所述缝隙浇道型芯的外侧为金属外模，所述铸件型芯底部设有横浇道和过渡浇道，所述横浇道和过渡浇道均与封闭缝隙浇道连通；

所述金属外模至少包括第一金属外模分块和第二金属外模分块，所述第一金属外模分块和第二金属外模分块的分界面为金属外模分模面，所述金属外模分模面为对立的两个封闭缝隙浇道的竖直中分面；

所述第一定位结构包括定位凹槽和定位凸块，所述定位凹槽设于金属外模顶端，所述定位凸块设于铸件型芯顶端，所述定位凸块能够嵌入定位凹槽内；

所述缝隙浇道型芯的上端厚度大于下端厚度；所述金属外模的上端厚度小于下端厚度。

2.根据权利要求1所述的铝合金壳体铸件的复合铸型，其特征在于，所述铸件型芯由铸件型芯模具制作而成，所述铸件型芯包括第二定位结构，所述第二定位结构用于固定铸件型芯与复合金属外模。

3.根据权利要求2所述的铝合金壳体铸件的复合铸型，其特征在于，所述第二定位结构包括第二定位凹槽和第二导向结构，所述第二定位凹槽设于铸件型芯上，所述第二导向结构设于金属外模底部，所述第二导向结构通过嵌入第二定位凹槽内实现金属外模与铸件型芯固定连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金壳体铸件的复合铸型，其特征在于，所述金属外模的材质为45#钢。

5.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金壳体铸件的复合铸型，其特征在于，所述铸件型芯采用自硬树脂砂制成。

6.一种铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，其特征在于，用于制备权利要求1-5任一项所述的复合铸型；所述复合铸型成型方法包括以下步骤：

步骤1、根据铸件内腔结构和铸造工艺方案设计铸件型芯模具，利用铸件型芯模具制作铸件型芯，所述铸件型芯外形形成铸件内形；

步骤2、制作缝隙浇道型芯和金属外模分块，缝隙浇道型芯与金属外模之间通过第一定位结构固定连接；

步骤3、装配缝隙浇道型芯与金属外模，形成复合金属外模；复合金属外模内腔形成铸件和封闭缝隙浇道外形；

步骤4、装配复合金属外模与铸件型芯，形成复合铸型；

步骤5、通过低压浇注成型、将复合铸型进行成型，进行及开箱、清理。

7.根据权利要求6所述的铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，其特征在于，在所述步骤5中，将所述复合铸型放入烤芯炉内预热1h～2h，预热温度为50℃～100℃，预热后进行低压浇注。

8.根据权利要求6或7所述的铝合金壳体铸件的复合铸型成型方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述低压浇注的工艺条件为：工作压力≥450KPa、升液速率为35mm/s～45mm/s、充型速率40 mm/s～50mm/s、保压压力90KPa、浇注温度690ºC～710ºC、结壳时间5~15s、保压时间195s～205s。

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