CN110695342A - 双金属叶轮壳体铸造模具和铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是双金属叶轮壳体铸造模具和铸造方法，铸造模具包括金属模底座，金属模底座上表面由外到内依次固定安装有砂箱、铝皮砂壳、不锈钢套和金属芯，铝皮砂壳和不锈钢套之间形成铝皮熔液注腔，不锈钢套和金属芯顶端固定安装有冒口内侧环壁，冒口内侧环壁和铝皮砂壳之间形成冒口腔，冒口腔的底部与铝皮熔液注腔顶部连通，铝皮砂壳周围设置有浇道，底部设置有环形流道，浇道与环形流道连通，环形流道通过若干根底部流道与铝皮熔液注腔底部连通。该种铸造模具能够铸造得到内壁为不锈钢结构，主体由铝合金材料制成的叶轮壳体，即能够满足摩擦面的耐磨性，有能够实现叶轮壳体整体的轻量化设计。
Description
技术领域
本发明是涉及双金属铸造技术领域，具体的说是双金属叶轮壳体铸造模具和铸造方法。
背景技术
高速舰船的推进系统中重要部件叶轮与叶轮壳体在长期的使用过程中会产生摩擦，而舰船的型量化要求就需要叶轮壳体等部件为铝合金，然而铝合金不耐磨故在使用过程中因为叶轮的摩擦很快就会使叶轮壳体受损擦破漏水或被刮擦出沟槽这就严重影响了叶轮的工作效率，使得舰船的航速降低，能耗增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供双金属叶轮壳体铸造模具和铸造方法，该种铸造模具和铸造方法能够在铸造过程中实现铝合金铸件与不锈钢件的紧密结合，铸造得到的叶轮壳体主体为铝合金，而内壁磨损面为不锈钢材质，即满足了叶轮壳体的轻量化设计，也满足了磨损面的耐磨性要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：包括金属模底座，所述的金属模底座为板状结构，所述的金属模底座固定安装在砂箱底部，铝皮砂壳紧贴砂箱内壁设置，所述的铝皮砂壳内设置有金属芯，所述的金属芯朝向铝皮砂壳一侧内壁固定安装有不锈钢套，所述的不锈钢套与铝皮砂壳之间形成铝皮熔液注腔；
所述的金属芯的底端与金属模底座密封连接，所述的金属芯的顶端固定安装有冒口内侧环壁，所述的冒口内侧环壁与铝皮砂壳之间形成冒口腔，所述的冒口腔的底部与铝皮熔液注腔顶部连通；
所述的铝皮砂壳内设置有至少一条浇道，所述的浇道的顶部开口与冒口腔顶部开口高度相同，所述的浇道的底部与环形流道，所述的环形流道设置在铝皮砂壳的底部，所述的环形流道通过底部流道与铝皮熔液注腔底部连通。
所述的环形流道设置在铝皮砂壳的底部外侧，所述的环形流道为铝皮砂壳侧壁和底部的铝皮底砂壳围成的环形空腔，所述的铝皮底砂壳固定设置在金属模底座的上表面，所述的底部流道设置在铝皮砂壳内壁底端与铝皮底砂壳的接触面处。
所述的底部流道数量不少于2条，所述的底部流道均匀分布在铝皮熔液注腔底部边缘，每条底部流道均在水平面内朝向同一侧倾斜设置。
所述的金属芯竖直设置，所述的金属芯的水平截面为圆形，所述的金属芯底端向铝皮砂壳一侧延伸形成环形底壁，所述的金属芯的环形底壁镶嵌在金属模底座上表面的凹槽内，所述的不锈钢套的底端与金属芯的环形底壁紧密接触，所述的不锈钢套的顶端与冒口内侧环壁的底板紧密固定连接，所述的不锈钢套的顶端与金属芯的顶端平齐。
所述的冒口内侧环壁的竖直截面为L型，冒口内侧环壁底板靠近铝皮砂壳的一侧向上延伸形成竖板，所述的竖板的顶端与铝皮砂壳的顶端位于同一水平面，所述的冒口内侧环壁的竖板和铝皮砂壳之间为冒口腔。
所述的金属芯的环形底壁的外侧壁与铝皮底砂壳内侧壁紧密接触连接，所述的铝皮熔液注腔的腔底面与底部流道的通道底面位于同一水平面内。
双金属叶轮壳体铸造模具的铸造方法，其特征在于：将预先加工好的不锈钢套组装进铝合金铸造的模具中，并对不锈钢套进行预热，预热结束后再进行铝合金熔液的浇注；具体步骤如下：
步骤1，按照所需尺寸加工叶轮壳体摩擦面的不锈钢套，并在不锈钢套与铝合金铸件的接触面上等间距的加工若干环形凹槽以及若干与不锈钢套轴向平行的纵向凹槽；
步骤2，按照组装顺序将双金属叶轮壳体铸造模具组装完毕；
步骤3，不锈钢套预加热；由于金属芯与不锈钢套紧密连接，通过对金属芯加热进而实现对不锈钢套的预加热，所述的不锈钢套的预加热温度为300-350度；
步骤4，将铝合金加热到熔融状态，并维持浇注温度为700-720度；
步骤5 ，浇注，通过多个浇道向铝皮熔液注腔内同时注入铝合金熔液，直到铝合金熔液充满冒口腔；
步骤6，自然冷却12小时，去除去除砂壳并切除冒口。
所述的不锈钢套表面的环形凹槽相邻之间间距为5mm,不锈钢套表面设置有6至10条与不锈钢套轴向平行的纵向凹槽，所述的纵向凹槽均匀分布在不锈钢套表面；所述的环形凹槽和纵向凹槽的深度均为1mm。
所述的步骤5中向铝皮熔液注腔内注入铝合金熔液的所用时长为12-20秒，所述的铝皮熔液注腔铝合金熔液的上升速度为30-40mm每秒。
所述的步骤2中金属芯的底部通过底部法兰卡入金属模底座上表面的环形槽中。
该种双金属叶轮壳体铸造模具的有益效果为：第一，在铝皮熔液注腔内预设不锈钢套，在铸造的过程中实现不锈钢套与铝合金铸件的紧密连接，叶轮壳体主体为铝合金，而内壁磨损面为不锈钢材质，即满足了叶轮壳体的轻量化设计，也满足了磨损面的耐磨性要求。第二，多条浇道的设置，能够使铸造的过程中铝合金溶液能够快速注入，提高铸造件的质量。第三，底部流道倾斜设置，最优是能够和铝皮熔液注腔底部内边缘相切，减少注入的铝合金溶液对铝皮熔液注腔侧壁的冲击，极大减少了铸件成型后的内部缺陷。第四，不锈钢套表面设置的环形凹槽和纵向凹槽提高了铝合金铸件和不锈钢套连接的紧密度。第五，在注入铝合金熔液前需要对不锈钢套进行预热，保证了接触面在注入铝合金熔液时温度不会剧烈变化，提高铸造质量。第六，金属芯的设置保证了预加热时热量能够传导至不锈钢套内，实现对不锈钢套的预热。
附图说明
图1为本发明双金属叶轮壳体铸造模具的结构示意图。
图2为本发明双金属叶轮壳体铸造模具的剖面示意图。
图3为本发明双金属叶轮壳体铸造模具的剖面示意图。
图4为本发明双金属叶轮壳体铸造模具铝皮砂壳的结构示意图。
图5为本发明双金属叶轮壳体铸造模具铝皮底砂壳的结构示意图。
图6为本发明双金属叶轮壳体铸造模具铝合金注入流道的示意图。
图7为本发明双金属叶轮壳体铸造模具不锈钢套的示意图。
说明书附图标注：1、金属模底座；2、金属芯；3、沙箱；4、铝皮砂壳；5、不锈钢套；6、冒口内侧环壁；7、浇道；8、铝皮熔液注腔；9、冒口腔；10、环形流道；11、底部流道；12、铝皮底砂壳。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。
如图1，图2和图3所示，双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：包括金属模底座1，所述的金属模底座1为板状结构，所述的金属模底座1固定安装在砂箱3底部，铝皮砂壳4紧贴砂箱3内壁设置，所述的铝皮砂壳4内设置有金属芯2，所述的金属芯2朝向铝皮砂壳4一侧内壁固定安装有不锈钢套5，所述的不锈钢套5与铝皮砂壳4之间形成铝皮熔液注腔8；
所述的金属芯2的底端与金属模底座1密封连接，所述的金属芯2的顶端固定安装有冒口内侧环壁6，所述的冒口内侧环壁6与铝皮砂壳4之间形成冒口腔9，所述的冒口腔9的底部与铝皮熔液注腔8顶部连通；
所述的铝皮砂壳4内设置有至少一条浇道7，所述的浇道7的顶部开口与冒口腔9顶部开口高度相同，所述的浇道7的底部与环形流道10，所述的环形流道10设置在铝皮砂壳4的底部，所述的环形流道10通过底部流道11与铝皮熔液注腔8底部连通。
本实施例中，环形流道10设置在铝皮砂壳4的底部外侧，所述的环形流道10为铝皮砂壳4侧壁和底部的铝皮底砂壳12围成的环形空腔，所述的铝皮底砂壳12固定设置在金属模底座1的上表面，所述的底部流道11设置在铝皮砂壳4内壁底端与铝皮底砂壳12的接触面处。
本实施例中，底部流道11数量不少于2条，所述的底部流道11均匀分布在铝皮熔液注腔8底部边缘，每条底部流道11均在水平面内朝向同一侧倾斜设置。
本实施例中，金属芯2竖直设置，所述的金属芯2的水平截面为圆形，所述的金属芯2底端向铝皮砂壳4一侧延伸形成环形底壁，所述的金属芯2的环形底壁镶嵌在金属模底座1上表面的凹槽内，所述的不锈钢套5的底端与金属芯2的环形底壁紧密接触，所述的不锈钢套5的顶端与冒口内侧环壁6的底板紧密固定连接，所述的不锈钢套5的顶端与金属芯2的顶端平齐。
本实施例中，冒口内侧环壁6的竖直截面为L型，冒口内侧环壁6底板靠近铝皮砂壳4的一侧向上延伸形成竖板，所述的竖板的顶端与铝皮砂壳4的顶端位于同一水平面，所述的冒口内侧环壁6的竖板和铝皮砂壳4之间为冒口腔9。
本实施例中，金属芯2的环形底壁的外侧壁与铝皮底砂壳12内侧壁紧密接触连接，所述的铝皮熔液注腔8的腔底面与底部流道11的通道底面位于同一水平面内。
进一步的，双金属叶轮壳体铸造模具在铝皮砂壳4的两侧对称设置有浇道7，所述的浇道7的底部与环形流道10连通，两浇道7之间的环形流道10上均匀分布有4组底部流道11，用于将液态铝合金注入铝皮熔液注腔8内。
双金属叶轮壳体铸造模具的铸造方法，其特征在于：将预先加工好的不锈钢套5组装进铝合金铸造的模具中，并对不锈钢套5进行预热，预热结束后再进行铝合金熔液的浇注；具体步骤如下：
步骤1，按照所需尺寸加工叶轮壳体摩擦面的不锈钢套5，并在不锈钢套5与铝合金铸件的接触面上等间距的加工若干环形凹槽以及若干与不锈钢套5轴向平行的纵向凹槽；
步骤2，按照组装顺序将双金属叶轮壳体铸造模具组装完毕；
步骤3，不锈钢套预加热；由于金属芯2与不锈钢套5紧密连接，通过对金属芯2加热进而实现对不锈钢套5的预加热，所述的不锈钢套5的预加热温度为300-350度；
步骤4，将铝合金加热到熔融状态，并维持浇注温度为700-720度；
步骤5 ，浇注，通过多个浇道7向铝皮熔液注腔8内同时注入铝合金熔液，直到铝合金熔液充满冒口腔9；
步骤6，自然冷却12小时，去除去除砂壳并切除冒口。
进一步的，不锈钢套5表面的环形凹槽相邻之间间距为5mm,不锈钢套5表面设置有6至10条与不锈钢套5轴向平行的纵向凹槽，所述的纵向凹槽均匀分布在不锈钢套5表面；所述的环形凹槽和纵向凹槽的深度均为1mm。
进一步的，步骤5中向铝皮熔液注腔8内注入铝合金熔液的所用时长为12-20秒，所述的铝皮熔液注腔8铝合金熔液的上升速度为30-40mm每秒。
进一步的，步骤2中金属芯2的底部通过底部法兰卡入金属模底座1上表面的环形槽中。
本装置中不锈钢套5能够包裹铝合金铸件的两端面和内侧面，通过设置不锈钢套5形状可以对所需铝合金铸件表面进行包裹。本装置中，冒口内侧环壁6竖板的外侧面与铝皮熔液注腔8的外壁顶端位于同一竖直平面内，保证形成的冒口与铝合金铸件的上、下端面不连接，方便铸件冒口的去除。
最终在去除模具的砂壳后，得到由不锈钢套5和铝合金铸件紧密结合形成的双金属叶轮壳体，叶轮壳体内表面和端面的不锈钢套5保证了摩擦面的耐磨性，同时，叶轮壳体主体由铝合金制成，满足了轻量化设计的要求。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：包括金属模底座（1），所述的金属模底座（1）为板状结构，所述的金属模底座（1）固定安装在砂箱（3）底部，铝皮砂壳（4）紧贴砂箱（3）内壁设置，所述的铝皮砂壳（4）内设置有金属芯（2），所述的金属芯（2）朝向铝皮砂壳（4）一侧内壁固定安装有不锈钢套（5），所述的不锈钢套（5）与铝皮砂壳（4）之间形成铝皮熔液注腔（8）；
所述的金属芯（2）的底端与金属模底座（1）密封连接，所述的金属芯（2）的顶端固定安装有冒口内侧环壁（6），所述的冒口内侧环壁（6）与铝皮砂壳（4）之间形成冒口腔（9），所述的冒口腔（9）的底部与铝皮熔液注腔（8）顶部连通；
所述的铝皮砂壳（4）内设置有至少一条浇道（7），所述的浇道（7）的顶部开口与冒口腔（9）顶部开口高度相同，所述的浇道（7）的底部与环形流道（10），所述的环形流道（10）设置在铝皮砂壳（4）的底部，所述的环形流道（10）通过底部流道（11）与铝皮熔液注腔（8）底部连通。
2.根据权利要求1所述的双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：所述的环形流道（10）设置在铝皮砂壳（4）的底部外侧，所述的环形流道（10）为铝皮砂壳（4）侧壁和底部的铝皮底砂壳（12）围成的环形空腔，所述的铝皮底砂壳（12）固定设置在金属模底座（1）的上表面，所述的底部流道（11）设置在铝皮砂壳（4）内壁底端与铝皮底砂壳（12）的接触面处。
3.根据权利要求2所述的双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：所述的底部流道（11）数量不少于2条，所述的底部流道（11）均匀分布在铝皮熔液注腔（8）底部边缘，每条底部流道（11）均在水平面内朝向同一侧倾斜设置。
4.根据权利要求2所述的双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：所述的金属芯（2）竖直设置，所述的金属芯（2）的水平截面为圆形，所述的金属芯（2）底端向铝皮砂壳（4）一侧延伸形成环形底壁，所述的金属芯（2）的环形底壁镶嵌在金属模底座（1）上表面的凹槽内，所述的不锈钢套（5）的底端与金属芯（2）的环形底壁紧密接触，所述的不锈钢套（5）的顶端与冒口内侧环壁（6）的底板紧密固定连接，所述的不锈钢套（5）的顶端与金属芯（2）的顶端平齐。
5.根据权利要求4所述的双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：所述的冒口内侧环壁（6）的竖直截面为L型，冒口内侧环壁（6）底板靠近铝皮砂壳（4）的一侧向上延伸形成竖板，所述的竖板的顶端与铝皮砂壳（4）的顶端位于同一水平面，所述的冒口内侧环壁（6）的竖板和铝皮砂壳（4）之间为冒口腔（9）。
6.根据权利要求5所述的双金属叶轮壳体铸造模具，其特征在于：所述的金属芯（2）的环形底壁的外侧壁与铝皮底砂壳（12）内侧壁紧密接触连接，所述的铝皮熔液注腔（8）的腔底面与底部流道（11）的通道底面位于同一水平面内。
7.利用如权利要求1所述的双金属叶轮壳体铸造模具的铸造方法，其特征在于：将预先加工好的不锈钢套（5）组装进铝合金铸造的模具中，并对不锈钢套（5）进行预热，预热结束后再进行铝合金熔液的浇注；具体步骤如下：
步骤1，按照所需尺寸加工叶轮壳体摩擦面的不锈钢套（5），并在不锈钢套（5）与铝合金铸件的接触面上等间距的加工若干环形凹槽以及若干与不锈钢套（5）轴向平行的纵向凹槽；
步骤2，按照组装顺序将双金属叶轮壳体铸造模具组装完毕；
步骤3，不锈钢套预加热；由于金属芯（2）与不锈钢套（5）紧密连接，通过对金属芯（2）加热进而实现对不锈钢套（5）的预加热，所述的不锈钢套（5）的预加热温度为300-350度；
步骤4，将铝合金加热到熔融状态，并维持浇注温度为700-720度；
步骤5 ，浇注，通过多个浇道（7）向铝皮熔液注腔（8）内同时注入铝合金熔液，直到铝合金熔液充满冒口腔（9）；
步骤6，自然冷却12小时，去除去除砂壳并切除冒口。
8.根据权利要求7所述的双金属叶轮壳体的铸造方法，其特征在于：所述的不锈钢套（5）表面的环形凹槽相邻之间间距为5mm,不锈钢套（5）表面设置有6至10条与不锈钢套（5）轴向平行的纵向凹槽，所述的纵向凹槽均匀分布在不锈钢套（5）表面；所述的环形凹槽和纵向凹槽的深度均为1mm。
9.根据权利要求7所述的双金属叶轮壳体的铸造方法，其特征在于：所述的步骤5中向铝皮熔液注腔（8）内注入铝合金熔液的所用时长为12-20秒，所述的铝皮熔液注腔（8）铝合金熔液的上升速度为30-40mm每秒。
10.根据权利要求7所述的双金属叶轮壳体的铸造方法，其特征在于：所述的步骤2中金属芯（2）的底部通过底部法兰卡入金属模底座（1）上表面的环形槽中。
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