CN110918891A - 一种铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属铸造的技术领域，尤其涉及一种铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置。包括金属壳型模具，其特征在于：所述金属壳型模具通过减少铸型的壁厚降低其热容量，降低铝合金薄壁件在充型过程中的冷却速度，提高金属液在装置中的充型能力，在铝合金薄壁件充型完成后对金属壳型模具进行快速水冷，提高金属液在凝固过程中的冷却速度，加快铸件的凝固速率实现快速凝固，细化铝合金薄壁件的组织，提高力学性能，本发明解决了铝合金薄壁件充型困难、力学性能差的难题，而且金属壳型模具还可以重复使用，提高生产效率，降低制造成本和环境污染。
Description
【技术领域】
本发明涉及金属铸造的技术领域，尤其涉及一种铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置。
【背景技术】
随着革命技术的更新，工业技术的发展，铝合金薄壁件在汽车、武器、航空航天等领域的运用越来越广泛，生产上对铝合金薄壁件性能的要求也越来越高。现代工业一般采用降低铝合金的结构重量、提高铝合金的力学性能等措施来提高薄壁件的各项性能。铝合金具有组织密度较低、力学强度较高、刚度高等特点，可以减少车身，航空航天类材料零件的总体重量，提高产品的整体性能。
但由于现阶段铝合金薄壁件工业生产中仍存在金属液充型能力差、所铸造成型出的产品性能差等问题。传统砂型铸造因使用的树脂、型砂等造型材料价格昂贵且产品质量参差不齐，所要求用的模板必须达到精密加工，因此生产的产品成本较高，且在浇注充型过程中还会产生有刺激性的气味，致使铝合金薄壁件的成型生产十分困难，限制了这种方法的广泛应用，而传统的金属壳型铸造却也存在着导热系数大，充型能力差及凝固时易产生裂纹与变形等问题。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，针对现有铝合金薄壁件铸造方法的不足，提供一种可重复使用的铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，克服铝合金传统铸造中金属液在模具中充型能力弱、所得铸件性能差的问题，改进传统铸造装置的不足，优化铝合金薄壁件生产过程中的工艺生产参数，提高产品质量和生产效率，大幅度降低制造成本。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，包括金属壳型模具，其特征在于：所述金属壳型模具包括定模座板、设于所述定模座板上的定模、设于所述定模下方与定模相向对应且相配合的动模、设于所述动模下方的动模座板；所述定模设有定模型腔成型部，所述定模型腔成型部靠近定模座板一侧设有定模散热空腔；所述动模设有动模型腔成型部，所述动模型腔成型部靠近动模座板一侧设有动模散热空腔；所述定模型腔成型部与所述动模型腔成型部相配合形成型腔；所述定模座板与定模之间设有若干用于支撑定模型腔成型部的定模支撑柱；所述动模座板与动模之间设有若干用于支撑动模型腔成型部的动模支撑柱。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述动模座板与动模间设有垫块，所述垫块下端固定连接在动模座板上，垫块上端固定在动模的下表面上，所述垫块右侧设有位于动模座板上的推杆支撑板，所述推杆支撑板上设有推杆固定板，所述动模与推杆固定板间设有嵌入动模用于顶出铸件的顶针。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述定模型腔成型部与动模型腔成型部上均设有加强筋，所述定模支撑柱一端设于定模加强筋上，另一端穿过散热空腔连接定模座板；所述动模支撑柱一端支撑动模加强筋，另一端穿过散热空腔依次嵌入推杆固定板和推杆支撑板并与动模座板连接。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述定模与动模一侧设有使浇注模准确开模和合模的导向机，所述导向机构为导柱导向机构。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置设有水冷系统，所述水冷系统包括分别设于定模座板与动模座板表面的若干冷却液接口，所述动模座板上的冷却液接口与定模座板上的冷却液接口上下对称均匀分布，且动模座板上的冷却液接口上端到动模型腔成型部的距离与定模座板上的冷却液接口下端到定模型腔成型部的距离相等，所述冷却液接口远离成型腔一端连接高压冷却水泵，所述定模座板靠近导向机构一侧设有贯穿定模座板与定模散热空腔连通的定模冷却液回收孔，所述动模座板底部设有贯穿动模座板与动模散热空腔连通的动模冷却液回收孔。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述动模内部设有浇注系统，所述浇注系统，包括设于动模内部的直浇道，所述直浇道采用蛇形浇道，所述直浇道上方设有承接液体金属的活动式浇口杯，所述直浇道连接有横浇道，所述横浇道连接有内浇道，所述内浇道另一端连接成型腔，使液体金属流入型腔内部进行充型。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置两侧设有锁紧机构，所述锁紧机构为铰链式金属型偏心锁。
如上所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置还设有排气系统和加热系统，所述加热系统为天然气加热系统。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明通过减小模具铸型厚度降低其热容量，降低铝合金薄壁件在充型过程中的冷却速度，使金属液在装置中充型完全，大幅度提高金属液在装置中的充型能力；
2、本发明采用快速水冷的方法极大程度地提升金属液的凝固速率实现快速凝固，细化铝合金薄壁件的组织，提高其力学性能；使所得力学性能优良，废品率低，避免砂芯铸造带来的污染，同时改善了环境、减少粉尘等有害物质对工作人员的身体伤害，极大的降低了工人的劳动强度；
3、本发明采用金属壳型铸造，具有多次重复高效使用的作用，提高生产效率，降低劳动成本，大大降低了制造成本，对铝合金薄壁件的生产具有重要意义。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明铝合金薄壁件水冷金属壳铸造装置的示意图；
图2为图1沿A-A向的剖视图；
图3为图1沿B-B向的剖视图；
图4为定模的主视图；
图5为动模的主视图；
图6为图5中a的局部放大图。
【具体实施方式】
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
当本发明实施例提及“第一”、“第二”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-4所示，铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，包括金属壳型模具1，其特征在于：所述金属壳型模具1包括定模座板4、设于所述定模座板4上的定模5、设于所述定模5下方与定模5相向对应且相配合的动模6、设于所述动模6下方的动模座板8；所述定模5设有定模型腔成型部29，所述定模型腔成型部29靠近定模座板4一侧设有定模散热空腔31；所述动模6设有动模型腔成型部30，所述动模型腔成型部30靠近定模5一侧设有成型腔25，所述动模型腔成型部30靠近动模座板8一侧设有动模散热空腔32；所述定模型腔成型部29与所述动模型腔成型部30相配合形成型腔；所述定模座板4与定模5之间设有若干用于支撑定模型腔成型部29的定模支撑柱12；所述动模座板8与动模6之间设有若干用于支撑动模型腔成型部30的动模支撑柱13。所述动模6与定模5壁厚设置为3mm的厚度，相对传统型腔铸型的壁厚度较薄，热容量相对较小，致使浇注液在其铸型中流动性好，薄壁件在充型过程中的冷却速度降低，金属液的充型能力增强，在浇注过程中充型完全。因为整体式免于加工定做，其强度、刚度好适用做简单的的模具的型腔，同时整体式也可以利用合模的间隙排气，加之该模具结构简单，又属于中小型模具，外表面又要求不高的薄壁件板材，所以此处选择采用整体式型腔。
具体的，所述动模座板8与动模6间设有垫块7，所述垫块7下端固定连接在动模座板8上，垫块7上端固定在动模6的下表面上，所述垫块7右侧设有位于动模座板8上的推杆支撑板9，所述推杆支撑板9上设有推杆固定板10，所述动模6与推杆固定板10间设有嵌入动模6用于顶出铸件的顶针16。推杆固定板10上设有贯穿动模6接触铸件的顶针16，方便铸造成型完成后顶出铸件。
进一步地，所述定模型腔成型部29与动模型腔成型部30上均设有加强筋，所述定模支撑柱12一端设于定模加强筋27上，另一端穿过散热空腔连接定模座板4；所述动模支撑柱13一端支撑动模加强筋28，另一端穿过散热空腔依次嵌入推杆固定板10和推杆支撑板9并与动模座板8连接。由于在金属液逐渐进入型腔后其体积和质量逐渐增大，动定模板所受重力的冲击逐渐增大，而此装置中所使用的动模板过薄，易受到力的作用压缩变形，为增强动定模板的强度和刚性，不增强其壁厚，故采用大量短而窄的加强筋固定防止动模板形状的改变，所用加强筋形状为长方形柱体附在动模板表面上，且底部与动模板相连位置加上圆角消除应力过分集中的现象。
再进一步地，所述定模5与动模6一侧设有保证浇注模准确开模和合模的导向机构11，所述导向机构11为导柱导向机构，包括导套19、导柱20，所述导套19外径与导柱20的安装直径相等。因为导向机构需能够承受一定的侧向压力且必须具有定位、导向作用，其中导向零件导入，引导动模6和定模5准确合模，故该模具采用导柱导向结构。导柱20与导套19的配合精度应符合规定标准要求，且间隙均匀，可采用间隙配合的方式从而保证浇注模的准确开模和合模。导套19外径与导柱20的安装直径相等，使导柱20和导套19固定孔一起加工，保证它们之间的同轴度。所述导套19采用螺钉止动结构进行安装固定，导套19前端设有倒圆角，使导柱20顺利进入导套19。导套19材料的硬度低于导柱20的硬度，以减少两者之间的摩擦作用并且防止导柱20或导套19拉毛。所述导向机构的导柱20位于模具分型面周围，零柱中心至模具外缘有着足够的距离。
更具体地，所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置设有水冷系统，所述水冷系统包括分别设于定模座板4与动模座板8表面的若干冷却液接口14，所述动模座板8上的冷却液接口14与定模座板4上的冷却液接口14上下对称均匀分布，且动模座板8上的冷却液接口14上端到动模型腔成型部30的距离与定模座板4上的冷却液接口14下端到定模型腔成型部29的距离相等，所述冷却液接口14远离成型腔25一端连接高压冷却水泵，其下方连接有管道，所述定模座板4靠近导向机构11一侧设有贯穿定模座板4与定模散热空腔31连通的定模冷却液回收孔15，所述动模座板8底部设有贯穿动模座板8与动模散热空腔32连通的动模冷却液回收孔33。当浇注的金属溶液通过浇注系统充满整个型腔后，立即开启高压冷却水泵开关，喷洒出高速水流对金属壳型模具1进行迅速冷却，使之快速凝固，冷却液从定模冷却液回收孔15与动模冷却液回收孔33流出回收。
再进一步地，所述浇注系统，包括设于动模6内部的直浇道17，所述直浇道17采用蛇形浇道，所述直浇道17上方设有承接金属液体的活动式浇口杯，所述直浇道17连接有横浇道18，所述横浇道18连接有内浇道，所述内浇道另一端连接型腔25，使金属液迅速流入型腔内部进行充型。此封闭式蛇形浇道置于活动式浇口杯下，起减缓金属液流速，减少金属液对型腔冲击作用。所述蛇形浇道上方连接活动式浇口杯，下连接起缓冲、稳流和挡渣的作用的横浇道18，所述横浇道18上承接直流道，便于金属液的流动与填充，下连接内浇道。所述内浇道是金属液进入铸型型腔的通道，在连接上，内浇道距横浇道末端有一定距离，在高度方向上，内浇道置于横浇道的中部，其底面与横浇道的底面平齐，便于浮渣和挡渣。蛇形流道将金属液分配给内浇道，内浇口设在有冒口的厚壁处，使金属液体通过冒口进入型腔，内浇道位置水平放置并与铸件直接连接，不仅可以控制金属液的流动速度和方向，并且分担着一部分型腔金属液的充型，使金属液流动平稳。为制造方便，内浇道设计在分型面上，所述分型面选在工件的最大端面上，内浇道的上壁厚度相对铸件更薄，内浇道的宽度是厚度的3倍以上，当铸件的壁很薄，且表面质量要求高时，充型时金属液选用较高的充填速度值进行填充。
另外，所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置两侧设有锁紧机构3，所述锁紧机构3使用现有的铰链式金属型偏心锁。当金属液从浇铸系统进入铸件位置(分型面)位置后，锁紧机构可使铸型夹紧，防止金属液从分型面流出，并在一定程度上防止金属型的翘曲变形。
最后，所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置还设有排气系统和加热系统，所述排气系统包括排气槽、涂料和分型面，排气效果好。因研究对象为铝合金薄壁件，若使用排气片排气，成本大，制造加工麻烦，排气效果欠佳，而涂料本身可以蓄气，所以可以在模具表面刷一层厚实的涂料，利于熔融金属液的流动和开模取件，还促进铸型的排气。动模6、定模5之间的分型面设为平面分型面，在分型面、导向面(金属型芯、顶杆)的间隙排气，此间隙控制于0.1-0.3mm。为使气体的迅速排出，还要设置专用排气槽，所述排气槽即为定模冷却液回收孔15和顶杆孔，顶杆与顶杆孔采用间隙配合，两者之间的间隙较大，可进行有效排气，所安装的排气槽也极大的增加水冷金属壳型铸造装置的排气效果。模具温度是影响浇注铸件质量的一个重要因素，在实际生产过程中往往被严格地控制，可将温度控制在400℃内。
所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造方法如下：
首先将ADC-12铝合金原材料放入熔炉，炉子设置温度为800℃进行加热，时刻关注熔炉内的金属状态，等待铝合金全部熔化；对金属液进行保温处理，将其温度控制在730±2℃，使用高纯氩气对铝合金熔体进行除气处理，吹气时间1-2分钟；吹气完进行扒渣，保持熔体温度至720±2℃，静置10-15分钟；然后加入Al-5Ti-B进行细化处理，静置5-10分钟；然后加入Al-10％Sr进行变质处理，静置5-10分钟，准备浇铸；开启动定模板间隙处和浇注系统旁的加热系统，保持动定模和浇注系统周围温度大致维持在400℃；向动模6、定模5、动模座板8、定模座板4、推杆固定板10、推杆支撑板9、支撑柱等直接承受高温的表面均匀喷洒合适的涂料；从熔炉取出保温在740℃的金属液体，迅速向活动式浇口杯浇注金属液体，金属液体首先径直流过直浇道17，再经过具有缓冲、稳流和挡渣作用的横浇道18，其次流入内浇道，控制金属液的流速和方向，最后流入动模6、定模5所包含的型腔内，浇注金属液体时应注意不要断液流，不可浇注过满，使金属液体溢出；金属液体充满整个型腔用控制在3s以内，在这期间用红外线温度计测量记录模具温度；当模具表面温度接近400℃时，使红外线温度计一直处于测量状态，保证能够时刻监测模具温度，当红外线温度计显示模具温度达到400℃时且不在有大幅度变化时，关闭动定模间隙处和浇注系统旁的加热系统，立即停止对模具的加热；打开水泵上的平衡回液管路上的受控隔离阀，关闭排出管路，再打开泵排气口，打开吸入管路的进口阀，一直等到排气口切焦水没有气泡时再关紧排气口，打开高压水泵轴封的冲洗冷却水，启泵，启动各自保系统(温度、压力、液位报警)，启动主机后，略开出口阀，建立循环，观察及电机运转情况无异常现象，再缓慢开给水阀，水泵迅速喷出高速的冷却液，经过冷却液接口14，穿过管道，直接喷向动模6、定模5；水泵喷洒冷却液控制在2s以内，保证金属壳型模具的温度能迅速降至260℃左右，用红外线温度计实时测量金属壳型模具温度，当金属壳型模具温度达到260℃左右后立即关闭水泵；待冷却液接口14处所连接的管道处仅有少量液滴落下且壳型模具表面温度为室温时，即可手握偏心锁手柄24，此时偏心锁手柄24仍与锁扣22下方凸出的圆柱体部分连接，对其偏心锁手柄24施加一定的力，松开锁扣22，另一侧的铰链式金属型用偏心锁重复上述操作；调节顶针16将动模6、定模5推开，平稳取出铸件；用刷子将铸件表面残余的废料清理干净以及清理模具表面和内腔，然后对水冷壳型铸造装置进行保护处理，开启动定模间隙处和浇注系统旁的加热系统，使之温度达到100℃，将水冷壳型装置中的液滴全部蒸发，防止锈蚀，延长水冷壳型铸造装置的使用寿命；检查薄壁件产品质量，用抗拉强度测试机测试产品的抗拉强度、伸长度，再用布式硬度机测出产品的布氏硬度值，观测其力学性能是否达到国家标准，ADC-12铝合金抗拉强度不得低于240Mpa，伸长度大于1，布氏硬度超过90Kgf/mm2，清理废弃铸件，最后将合格铸件进行入库。
本发明通过减小模具铸型厚度降低其热容量，降低铝合金薄壁件在充型过程中的冷却速度，使金属液在装置中充型完全，大幅度提高金属液在装置中的充型能力；本发明采用快速水冷的方法极大程度地提升金属液的凝固速率实现快速凝固，细化铝合金薄壁件的组织，提高其力学性能；使所得力学性能优良，废品率低，避免砂芯铸造带来的污染，同时改善了环境、减少粉尘等有害物质对工作人员的身体伤害，极大的降低了工人的劳动强度；本发明采用金属壳型铸造，具有多次重复高效使用的作用，提高生产效率，降低劳动成本，大大降低了制造成本，对铝合金薄壁件的生产具有重要意义。
如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，包括金属壳型模具(1)，其特征在于：所述金属壳型模具(1)包括定模座板(4)、设于所述定模座板(4)上的定模(5)、设于所述定模(5)下方与定模(5)相向对应且相配合的动模(6)、设于所述动模(6)下方的动模座板(8)；所述定模(5)设有定模型腔成型部(29)，所述定模型腔成型部(29)靠近定模座板(4)一侧设有定模散热空腔(31)；所述动模(6)设有动模型腔成型部(30)，所述动模型腔成型部(30)靠近动模座板(8)一侧设有动模散热空腔(32)；所述定模型腔成型部(29)与所述动模型腔成型部(30)相配合形成型腔(25)；所述定模座板(4)与定模(5)之间设有若干用于支撑定模型腔成型部(29)的定模支撑柱(12)；所述动模座板(8)与动模(6)之间设有若干用于支撑动模型腔成型部(30)的动模支撑柱(13)。
2.根据权利要求1所述的铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述动模座板(8)与动模(6)间设有垫块(7)，所述垫块(7)下端固定连接在动模座板(8)上，垫块(7)上端固定在动模(6)的下表面上，所述垫块(7)右侧设有位于动模座板(8)上的推杆支撑板(9)，所述推杆支撑板(9)上设有推杆固定板(10)，所述动模(6)与推杆固定板(10)间设有嵌入动模(6)用于顶出铸件的顶针(16)。
3.根据权利要求1所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述定模型腔成型部(29)与动模型腔成型部(30)上均设有加强筋，所述定模支撑柱(12)一端设于定模加强筋(27)上，另一端穿过散热空腔连接定模座板(4)；所述动模支撑柱(13)一端支撑动模加强筋(28)，另一端穿过散热空腔依次嵌入推杆固定板(10)和推杆支撑板(9)并与动模座板(8)连接。
4.根据权利要求1所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述定模(5)与动模(6)一侧设有使浇注模准确开模和合模的导向机构(11)，所述导向机构(11)为导柱导向机构。
5.根据权利要求4所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置设有水冷系统，所述水冷系统包括分别设于定模座板(4)与动模座板(8)表面的若干冷却液接口(14)，所述动模座板(8)上的冷却液接口(14)与定模座板(4)上的冷却液接口(14)上下对称均匀分布，且动模座板(8)上的冷却液接口(14)上端到动模型腔成型部(30)的距离与定模座板(4)上的冷却液接口(14)下端到定模型腔成型部(29)的距离相等，所述冷却液接口(14)远离成型腔(25)一端连接高压冷却水泵，所述定模座板(4)靠近导向机构(11)一侧设有贯穿定模座板(4)与定模散热空腔(31)连通的定模冷却液回收孔(15)，所述动模座板(8)底部设有贯穿动模座板(8)与动模散热空腔(32)连通的动模冷却液回收孔(33)。
6.根据权利要求4所述的铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述动模(6)内部设有浇注系统，所述浇注系统，包括设于动模(6)内部的直浇道(17)，所述直浇道(17)采用蛇形浇道，所述直浇道(17)上方设有承接液体金属的活动式浇口杯，所述直浇道(17)连接有横浇道(18)，所述横浇道(18)连接有内浇道，所述内浇道另一端连接成型腔(25)，使液体金属流入型腔内部进行充型。
7.根据权利要求1所述的铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置两侧设有锁紧机构(3)，所述锁紧机构(3)为铰链式金属型偏心锁。
8.根据权利要求1所述的铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置，其特征在于：所述铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置还设有排气系统和加热系统，所述加热系统为天然气加热系统。
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| CN201911414076.8A CN110918891A (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种铝合金薄壁件水冷金属壳型铸造装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113070449A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-06 | 焦作市万方集团精密制造有限公司 | 一种飞机模型铸造模具 |
| CN115383091A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-11-25 | 广东金志利科技股份有限公司 | 一种风力发电机组毂铸件的浇筑装置 |
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2019
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