CN110814289A - 一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法和装置，根据待铸件的形状尺寸制作铸件蜡模、浇冒系统蜡模、通气道蜡模，在石膏型中预先放入通气道蜡模，待蜡模去除后，形成通气道，将增压气体流过该通气道，进而起到对铸型冷却的作用；依靠通气道的设置，改变铸型的温度分布，从而调整铸件的凝固顺序，使铸件的趋于顺序凝固，有利于提高铸件的成品率。
Description
技术领域
本发明一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法和装置，属于铸造方法技术领域。
背景技术
石膏型精密铸造是二十世纪70年代发展起来的一种精密铸造新技术。它是将熔模组装，并固定在专供灌浆用的砂箱平板上，在真空下把石膏浆料灌入，待浆料凝结后经干燥即可脱除熔模，再经烘干、焙烧成为石膏型，在真空下浇注获得铸件。石膏型铸造的优点是复模性优异，型精确、光洁，可应用于大型复杂铸件。缺点是石膏型的热导率很低，铸型激冷作用差，当铸件壁厚差异大时，厚大处容易出现缩松、缩孔等缺陷。石膏型透气性极差，铸件易形成气孔、浇不足等缺陷，一般采用石膏型真空浇注加压凝固工艺技术来生产铸件。真空浇注充型，在净化铝液的同时，解决了石膏型浇注过程中因“憋气”而造成的浇不足、气孔等缺陷问题。浇注后加压凝固，可以通过增加浇注系统压头的方式提高浇注系统对铸件的补缩能力，从而消除铝合金铸件疏松缺陷，获得组织致密的铸件。
为解决石膏型冷却慢的问题，已开展的方法主要有：在石膏型内预埋金属散热片，如采用冷铁铸件，急冷过程受金属散热片形状和位置限制，冷却效果不佳。
在镁合金石膏型铸造中，公开号CN104209497A的专利申请：一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法，同样采用了在热节部位放置不定型冷铁的方法提高铸型的冷却速度，不定形冷铁的混合料组份以质量百分比计为苯酚树脂、甲苯磺酸、硼酸、膨润土、铬铁矿砂，而后在罐内充含有SF6的干燥空气或CO2气氛，实施真空浇注和增压凝固，采用该方法一方面受冷铁形状和位置的限制，另一方面还需要进行配置混合料组分，既不方便又容易造成排气不畅，最终在铸件内形成气孔。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法和装置，该方法可以改变铸型的温度分布，有利于实现顺序凝固，提高铸件质量。
本发明通过以下技术方案实现：
一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，在石膏型中预先放入铸件蜡模与通气道蜡模，铸件蜡模分别通过连接块连接通气道蜡模和石膏型套箱，待通气道蜡模去除后，形成通气道，将增压气体流过该通气道，进而起到对铸型冷却的作用。
优选的，一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，包括以下步骤：
1）根据待铸件的形状尺寸制作铸件蜡模、浇冒系统蜡模、通气道蜡模；通气道蜡模围绕于铸件蜡模四周，也可以通入中空的铸件蜡模内部，可以是任意需要的形状，通气道蜡模尺寸可以大于铸件蜡模，也可以小于。所述的通气道设置有多个开口，连通套箱底部的通气口和压力罐内腔。
2）在套箱上设置浇注口和通气口，将铸件蜡模与通气道蜡模组装，铸件蜡模与通气道蜡模之间采用第二连接块粘接固定，铸件蜡模一侧通过浇冒系统蜡模与套箱的浇注口粘接；将通气道蜡模末端与套箱的通气口粘接，通气道蜡模与套箱的侧壁采用第一连接块粘接；
3）将套箱、通气道蜡模及铸件蜡模置入压力罐的底板上，浇灌石膏浆料；
4）浇注后的石膏型放置12-24小时定形后，连同套箱放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧，得到内部有通气道、铸型型腔、浇冒系统的成形石膏型；
5）在焙烧后的成形石膏型温度为200-300℃时，将成形石膏型连同套箱推入压力罐，套箱与底板固定，将石膏型中的通气道与套箱底部的通气口连接，套箱底部的通气口连接上增压气罐；
6）将浇包内装入金属液，并悬挂于浇注位置的浇注口上方，在浇注位置上安装浇口杯；
7）关闭压力罐的门，并锁死，压力罐连接上真空罐，打开真空罐的阀门，将真空罐内压力降为102-103Pa；
8）用金属液浇注铸件；
9）浇注完铸件后，迅速打开增压气罐，增压气体沿着通气口进入压力罐，当压力罐压力为1×105-6×105Pa时，停止通气加压并开始保压，直到铸件完全凝固时，将压力卸掉，并打开压力罐门，取出铸件，浇注完毕。
优选的，所述的第一连接块和第二连接块采用冷铁或者耐热陶瓷块。防止加压进气时进入铸型型腔；
优选的，所述浇注铸件的过程中，压力罐内通过真空罐进行抽真空，通过真空表进行真空度监控，通过增压气罐进行增压，通过泄压阀进行泄压，通过压力传感器进行压力检测。
优选的，所述浇注口设置在套箱顶部、通气口设置在套箱底部。
一种石膏型真空浇注加压凝固铸造装置，包括设置有压力罐门的压力罐，所述压力罐底部设置有增压气口，并通过增压气口连接增压气罐，所述压力罐还连接有真空罐，所述压力罐内底板上设置有套箱，所述套箱内设置有石膏型、铸件型腔、浇冒系统和通气道；所述套箱上设置有浇注口、通气口和多个开口，所述的开口均连接通气道，所述的铸件型腔、浇冒系统和通气道均位于石膏型内部，所述的铸件型腔与通气道之间采用第二连接块粘接固定，铸件型腔一侧通过浇冒系统与套箱的浇注口粘接；通气道末端与套箱的通气口粘接，通气道与套箱的侧壁采用第一连接块粘接。
所述的压力罐上还设置有压力表、真空表、泄压阀和安全阀，所述的泄压阀上设置有压力传感器。
所述的压力罐内还设置有浇包，所述的浇包悬挂于浇注位置的浇注口上方。
所述的真空罐和增压器罐上均设置有开关阀门。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明与在铸型内置冷铁的方法不同，是在石膏型中通过预先放入流道蜡模，待蜡模去除后，会形成流道空腔，在增压过程中，将增压气体流过该气道，可以起到对铸型冷却的作用，从而改变铸型的温度分布，调整铸件的凝固顺序，有利于实现顺序凝固，提高铸件质量，本发明适用于铝合金、铜合金、锌合金、金、银以及不锈钢等不易氧化合金的石膏型方法铸造。
依靠通气道的设置，改变铸型的温度分布，从而调整铸件的凝固顺序，使铸件的趋于顺序凝固，有利于冒口的补缩，提高铸件的成品率。
附图说明
图1为本发明方法所用装置的结构示意图。
图2为实施例1中石膏型焙烧曲线。
图3为实验例1中不同气流条件下铸件的凝固速度图。
图中，1-压力表，2-压力罐，3-泄压阀，4-浇包，5-通气道，6-铸件型腔，7-石膏型，8-真空罐，9-增压气罐，10-底板，11-压力罐门，12-通气口，13-安全阀，14-压力传感器，15-真空表，16-套箱，17-第一连接块，18-第二连接块，19-浇冒系统，20-浇口杯，25-增压气口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
一种石膏型真空浇注加压凝固铸造装置，包括设置有压力罐门11的压力罐2，所述压力罐2底部设置有增压气口25，并通过增压气口25连接增压气罐9，所述压力罐还连接有真空罐8；所述压力罐2底部设置有增压气口25，所述压力罐内底板上设置有套箱，所述套箱内设置有石膏型7、铸件型腔6、浇冒系统19和通气道5；所述套箱上设置有浇注口、通气口12和多个开口，所述的开口均连接通气道的开口，并通向压力罐内部；所述的铸件型腔6、浇冒系统19和通气道5均位于石膏型内部，所述的铸件型腔6与通气道5之间采用第二连接块18粘接固定，铸件型腔6一侧通过浇冒系统19与套箱16的浇注口粘接；通气道5末端与套箱16的通气口12粘接，通气道5与套箱16的侧壁采用第一连接块17粘接；
所述的压力罐上还设置有压力表、真空表、泄压阀和安全阀，所述的泄压阀上设置有压力传感器。
所述的压力罐内还设置有浇包4，所述的浇包悬挂于浇注位置的浇注口上方，即套箱的浇注口上方。
所述的真空罐8和增压气罐9上均设置有开关阀门。
一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，在石膏型中预先放入铸件蜡模与通气道蜡模，铸件蜡模分别通过连接块连接通气道蜡模和石膏型套箱，待通气道蜡模去除后，形成通气道，将增压气体流过该通气道，进而起到对铸型冷却的作用。
实施例1
一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，具体包括以下步骤：
1）根据待铸件的形状尺寸制作铸件蜡模、浇冒系统蜡模、通气道蜡模；通过设置通气道距离铸件蜡模的的远近和截面积大小来控制最终的冷却速度。
2）在套箱16上设置浇注口和通气口12，将铸件蜡模与通气道蜡模组装，铸件蜡模与通气道蜡模之间采用第二连接块18粘接固定，铸件蜡模一侧通过浇冒系统蜡模与套箱16的浇注口粘接；将通气道蜡模末端与套箱16的通气口12粘接，通气道蜡模与套箱16的侧壁采用第一连接块17粘接；
所述浇注口设置在套箱顶部、通气口12设置在套箱底部。
第一连接块和第二连接块采用冷铁或者耐热陶瓷块，后期石膏型脱蜡步骤后，第一连接块和第二连接块能够对通气道与铸型型腔之间进行隔离，金属液浇注后加压进气时，防止加压气从通气道进入铸型型腔；
3）将套箱16、通气道蜡模及铸件蜡模置入压力罐2的底板上，浇灌石膏浆料；
4）浇注后的石膏型放置18小时后定型，连同套箱放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧，焙烧工艺图2所示曲线进行；得到内部有通气道5、铸型型腔6、浇冒系统19的成形石膏型7；在浇冒系统的顶部出口处连接浇口杯20；
5）在焙烧后的成形石膏型温度为200-300℃时，将成形石膏型7连同套箱16推入压力罐2，套箱16与底板10固定，将石膏型中的通气道与套箱底部的通气口连接，套箱底部的通气口连接上增压气罐9；所述的通气道5设置有多个开口，连通套箱16底部的通气口12和压力罐内腔。
6）将浇包4内装入金属液，并悬挂于浇注位置；
7）关闭压力罐的门，并锁死，压力罐2连接上真空罐8，打开真空罐8的阀门对真空罐进行抽真空，将真空罐内压力降为5×102Pa，与之连通的压力罐内压力降为5×102Pa；
8）用金属液浇注铸件；
9）浇注完铸件后，迅速打开增压气罐，增压气体沿着通气口进入压力罐，当压力罐压力为1×105Pa时，停止通气加压并开始保压，直到铸件完全凝固时，将压力卸掉，并打开压力罐门11，取出铸件，浇注完毕。
所述压力罐内通过真空罐8进行抽真空，通过真空表进行真空度监控，通过增压气罐进行增压，通过压力传感器进行压力检测，压力超限时，通过泄压阀进行泄压，保证压力罐内气体为流通状态。
安全阀13，当空气压力超过一定值以后，防止压力罐发生爆炸，能够马上卸压的一种结构。
本方法可以但不限于用于铝合金、铜合金、锌合金、金、银等不易氧化合金的铸造。
实例2：
（1）根据待铸件的形状尺寸制作铸件蜡模、浇冒系统蜡模、通气道蜡模，置于套箱内，通气道蜡模末端按照通气口位置与套箱16粘接，确保通气口位置安装正确；
（2）将套箱16、通气道蜡模及铸件蜡模置入真空罐，浇灌石膏浆料；
（3）浇注后的石膏型放置12小时定型后，放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧，焙烧工艺如图2所示；
（4）焙烧完后，石膏型冷却至200-300℃时，将石膏型推入压力罐，将石膏型中通气道与增压进气口对应，套箱16与底板10固定；
（5）将浇包4内装入金属液，并悬挂于浇注位置；
（6）关闭压力罐门11，并锁死；
（7）打开真空罐阀门8，将真空罐内压力降为102-103Pa；
（8）浇注铸件；
（9）浇注完铸件后，迅速打开压力罐阀门9，增压气体沿着增压通道进入压力罐，当压力罐压力为6×105Pa时，关闭压力罐阀门9，停止加压并开始保压10-20min，直到铸件完全凝固时，打开泄压阀3，将压力卸掉，并打开压力罐门11，取出铸件，浇注完毕。
实例3：
（1）将通气道蜡模与铸件蜡模粘接，连接处采用冷铁和耐热陶瓷块，防止加压进气时进入铸型型腔，随后将铸件蜡模、浇冒系统蜡模等蜡模置于套箱内，并确保通气口位置安装正确；
（2）将套箱16、通气道蜡模及铸件蜡模等置入真空罐，浇灌石膏浆料；
（3）浇注后的石膏型放置24小时后，放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧，焙烧工艺按照石膏型铸造工艺手册选取；
（4）焙烧后的石膏型温度为200-300℃时，将石膏型推入真空罐，将石膏型中通气道与增压进气口对应，套箱16与底板10固定；
（5）将浇包4内装入金属液，并悬挂于浇注位置；
（6）关闭压力罐门11，并锁死；
（7）打开真空罐阀门8，将真空罐内压力降为102-103Pa；
（8）浇注铸件；
（9）浇注完铸件后，迅速打开压力罐阀门9，增压气体沿着增压通道进入压力罐，当压力罐内压力超过4×105Pa时，打开泄压阀3，进行排气，保持罐内压力为4×105Pa，直到铸件完全凝固时，关闭压力罐阀门9，并打开泄压阀3，将压力卸掉，并打开压力罐门11，取出铸件，浇注完毕。
实验例
一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法用于浇注Al-7Si-1.8Cu-0.3Mg铝合金时，用此方法可以通过设置通气道的远近和截面积大小来控制冷却速度。图2为石膏型增压凝固过程通气时贴近型壁2mm处的冷却速度曲线。铸件壁厚为12mm，通气道与铸件间距为8mm，浇注温度700℃。
在不使用通气道冷却增压时，从浇注温度到开始凝固时间为18.68s，凝固时间为112s；采用0.2MPa压差控制气流速度时，从浇注温度到开始凝固时间为17.2s，凝固时间为103s；采用0.5MPa压差控制气流速度时，从浇注温度到开始凝固时间为14.5s，凝固时间为95s。无气流通过时凝固总时间为130.68s，压差0.5MPa时凝固总时间为109.5s，平均提高了铸件16%的冷却速度。
本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。
Claims (10)
1.一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，其特征在于，在石膏型中预先放入铸件蜡模与通气道蜡模，铸件蜡模分别通过连接块连接通气道蜡模和石膏型套箱，待通气道蜡模去除后，形成通气道，将增压气体流过该通气道，进而起到对铸型冷却的作用。
2.根据权利要求1所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据待铸件的形状尺寸制作铸件蜡模、浇冒系统蜡模、通气道蜡模；
2）在套箱上设置浇注口和通气口，将铸件蜡模与通气道蜡模组装，铸件蜡模与通气道蜡模之间采用第二连接块粘接固定，铸件蜡模一侧通过浇冒系统蜡模与套箱的浇注口粘接；将通气道蜡模末端与套箱的通气口粘接，通气道蜡模与套箱的侧壁采用第一连接块粘接；
3）将套箱、通气道蜡模及铸件蜡模置入压力罐的底板上，浇灌石膏浆料；
4）浇注后的石膏型放置12-24小时定形后，连同套箱放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧，得到内部有通气道、铸型型腔、浇冒系统的成形石膏型；
5）在焙烧后的成形石膏型温度为200-300℃时，将成形石膏型连同套箱推入压力罐，套箱与底板固定，将石膏型中的通气道与套箱底部的通气口连接，套箱底部的通气口连接增压气罐；
6）将浇包内装入金属液，并悬挂于浇注位置上方；
7）关闭压力罐的门，并锁死，压力罐连接真空罐，将压力罐内压力降为102-103Pa；
8）用金属液浇注铸件；
9）浇注完铸件后，迅速打开增压气罐，增压气体沿着通气口进入压力罐，当压力罐压力为1×105-6×105Pa时，停止通气加压并开始保压，直到铸件完全凝固时，将压力卸掉，并打开压力罐门，取出铸件，浇注完毕。
3.根据权利要求2所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，其特征在于，所述的第一连接块和第二连接块采用冷铁或者耐热陶瓷块。
4.根据权利要求2所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，其特征在于，所述压力罐内通过真空罐进行抽真空，通过真空表进行真空度监控，通过增压气罐进行增压，通过泄压阀进行泄压，通过压力传感器进行压力检测。
5.根据权利要求2所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，其特征在于，所述浇注口设置在套箱顶部、通气口设置在套箱底部。
6.根据权利要求2所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造方法，其特征在于，所述的通气道设置有多个开口，连通套箱底部的通气口和压力罐内腔。
7.一种石膏型真空浇注加压凝固铸造装置，其特征在于，包括设置有压力罐门的压力罐，所述压力罐底部设置有增压气口，并通过增压气口连接增压气罐，所述压力罐还连接有真空罐，所述压力罐内底板上设置有套箱，所述套箱内设置有石膏型、铸件型腔、浇冒系统和通气道；所述套箱上设置有浇注口、通气口和多个开口，所述的开口均连接通气道，所述的铸件型腔、浇冒系统和通气道均位于石膏型内部，所述的铸件型腔与通气道之间采用第二连接块粘接固定，铸件型腔与浇冒系统粘接，浇冒系统开口与套箱的浇注口粘接；通气道末端与套箱的通气口连通，通气道与套箱的侧壁采用第一连接块粘接。
8.根据权利要求7所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造装置，所述的压力罐上还设置有压力表、真空表、泄压阀和安全阀，所述的泄压阀上设置有压力传感器。
9.根据权利要求7所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造装置，其特征在于，所述的压力罐内还设置有浇包，所述的浇包悬挂于浇注位置的浇注口上方。
10.根据权利要求7所述的一种石膏型真空浇注加压凝固铸造装置，其特征在于，所述的真空罐和增压气罐上均设置有开关阀门。
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