CN1110389C - 大型整体铝合金件电磁压力铸造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大型整体铝合金件电磁压力铸造装置及方法，利用该方法及装置可以生产出在砂型和金属型等传统铸造技术中不能获得的大型薄壁铸件，从而使铸件的最小壁厚受技术条件的限制大大减小，也可以使用非金属型(壳型、石膏型)，当生产铸件的批量不大时，有特别重要意义，并且可以用不太贵的金属型来取代昂贵的压铸型。

Description

大型整体铝合金件电磁压力铸造装置及方法

本发明提出一种大型整体铝合金件电磁压力铸造装置及方法。

研究电磁和流体流动间相互关系的科学，称为电磁流体力学。这一领域包括经典电动力学、磁动力学和流体力学。磁流体力学之所以能在各种冶金过程中得到广泛应用，主要是由于熔融金属是电的良导体，因此能因磁束和电流的作用而在金属熔体内产生电磁力，利用电磁力就可以对熔融金属进行非接触性搅拌、传输和形状控制，而这与采用机械手段是不同的。在采用电磁力的冶金过程中，作为电磁场的时间和场所的变化而引起熔融金属流动的工艺及其装置有：连铸中的电磁搅拌，ASEA-SKF装置和电磁泵以及磁流铸造等。铸造铝合金由于其密度小、比强度高等特点，被广泛地应用于汽车、机械制造等行业。随着现代工业及铸造新技术的发展，对铸造铝合金的需求量不断增大。特别是近年来，为了满足船舶、汽车、电子等行业对零件结构合理，减轻重量，以实现少切削或无切削加工，降低成本和提高生产率的要求，铝合金铸件朝着大型、薄壁、整体方向发展。其铸造成形方法主要包括：顺序结晶铸造、低压铸造、差压铸造、挤压铸造、压力铸造、金属型铸造等。这些方法虽然在一定程度上可以解决铝合金铸件的成形问题，但仍存在许多缺点，如顺序结晶铸造：1.需要严格控制工艺因素，否则极易产生各种铸造缺陷；2.浇注后期进入型腔上部的金属液温度下降极快，会造成铸件上部浇不足和冷隔等缺陷；3.对于有些结构较复杂，薄厚不均匀的铸件会出现严重的疏松和裂纹；4.对于运载铸型升降的机构有着特殊的要求：运动平衡，无冲击，并且能够在较大范围内实现无极调速。低压铸造：1.低压铸造所用的俦型，不易排气，如充型时出现憋气，会使充型时金属液上升速度出现波动，严重时甚至浇不成铸件；2.型腔内气体给金属液的反压力不易调节，难准确控制充型速度。差压铸造：差压铸造的工作压力受气源压力和设备条件的限制，一般生产中工作压力只有(5.5-6.0)×10^-1Mpa，不能充分利用铸件在高压下凝固的优点。挤压铸造：1.由于没有浇冒系统，浇注到铸型型腔内的金属流中的氧化夹杂物无法排除，因而对金属液的要求比较严格；2.挤压铸造不能铸造结构很复杂的铸件。压力铸造：1.普通压铸法压铸的铸件易产生气孔，不能进行热处理；2.压铸某些内凹件，高熔点合金铸件还比较困难，难以生产具有大尺寸封闭腔和具有厚大热节的铸件；3.压铸设备投资高，压铸模制造复杂，周期长，费用高。一般不宜用于小批量生产。金属型铸造：1.不能生产长的大型薄壁复杂件；2.金属型排气条件差，工艺设计难度较大，生产的铸件不能太大，壁不能太薄。

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种1.可以生产出在砂型和金属型等传统铸造技术中不能获得的大型薄壁铸件，从而使铸件的最小壁厚受技术条件的限制大大减小；2.可以使用非金属型(壳型、石膏型等)，当生产铸件的批量不大时，有特别重要的意义，并且可以用不太贵的金属型来取代昂贵的压铸型；3.电磁压力铸造所使用的设备十分简单，与压力铸造等特种铸造相比较，它不需要庞大的、结构复杂的机器或机构来形成压力或大的压型锁紧力。

下面结合附图详细阐述本发明的装置及方法，本发明的装置具体结构是：通过支架1将装置主体固定于地面之上，联接垫块2通过螺栓联结方式将线圈铁芯3和装置的支架联接起来，线圈铁芯3一方面是线圈6的载体，同时又增强了磁场的强度，紧固夹4将上半铸型9和下半铸型8紧紧地夹持在一起，以避免金属液10因受强大电磁感应力作用而产生的跑火现象，浇口杯5固定于上半铸型9之上，以用于导入金属液体，12组线圈6被分成四个部分，且每部分均通入三相电，线圈采用两两串联，然后并联。线圈采用Y型联接，电源转换器13采用Δ联接，13块磁厄7将12组线圈隔开，用于阻挡磁力线的渗漏，下半铸型8采用非铁磁质材料制造，本装置应用了两种材质：陶瓷质材料和石膏材料；上半铸型9采用铁磁质材料制造，本装置应用的材质为普通碳素钢；金属液10通过浇口杯被浇注入铸型的型腔中，其做为复合次极的组成部分起到导电的作用；型腔11由上半铸型和下半铸型围成，用于呈接金属液而最终形成铸件；排气孔12开于上半铸型，其作用为在金属液浇注入型腔时排除气体；电源转换器13作为三相电源输出，供应所需的电能，其输出电压在零到500伏特变化，输出频率为50赫兹。由铁芯、线圈和磁厄共同组成了本装置的核心部分--感应器，其实质为一直线电机，本装置感应器为卷筒型。本发明的方法具体步骤是：1.将铸型整体预先加热到100-150℃；2.将预热完成的铸型安放在电磁增压器上；3.打开电源开关，通过电源转换器调节电磁增压器的输入电压，使其调整到150V以上；4.将铝合金在坩埚电阻炉中熔化，并进行去气和变质处理，合金的浇注温度控制在稍高于所浇注合金的液相线温度之上；5.将合金液浇注到铸型中，由于受到强大的电磁体积推力作用，合金液会迅速由铸型的注入端而到达铸型的末端，从而充满整个型腔；6.保持输入电压30-50秒后，切断电源，待铸件全部凝固后，等待10-15分钟，然后打开铸型，取出铸件。

本发明具有的优点是：能极大提高金属液压头和充填铸型能力，生产出高质量的薄壁铝合金铸件，具有极其重要的经济价值和社会效益。

图1为本发明装置的原理结构图。

实施例1：

本发明磁流器的基本结构参数为长1＝684mm，宽b＝282mm，极距τ＝171mm，齿距t＝54mm，槽宽b₀＝20mm，下型厚度d₁＝10mm，金属液深度d₂＝3mm，极数p＝2，每相匝数ω＝375，每匝导线的横截面直径φ＝1.25mm。合金材料                A357(高强铸造Al-Si-Mg系铝合金)上半铸型材质            普通碳素钢下半铸型材质            陶瓷合金的熔化温度          615℃合金的浇注温度          700℃铸型型腔的厚度          3mm铸型型腔的长度          680mm铸型预热温度            100-150℃电磁增压器的输入电压    150-380volt电磁增压器的输入频率    50Hz所铸铸件的成形效果      铸件的形状完好，且铸件壁厚均匀所铸铸件的表面粗糙度    Ra＝2.7-4.7

实施例2：

本实施例磁流器的参数同实施例1相同。合金材料                       A357(高强铸造Al-Si-Mg系铝合金)上半铸型材质                   普通碳素钢下半铸型材质                   石膏合金的熔化温度                 615℃合金的浇注温度                 700℃铸型型腔的厚度                 3mm铸型型腔的长度                 680mm铸型预热温度                   室温电磁增压器(感应器)的输入电压   150-380volt电磁增压器(感应器)的输入频率   50Hz所铸铸件的成形效果             铸件的形状完好，且铸件壁厚均匀所铸铸件的表面粗糙度           Ra＝1.7-5.1

Claims (4)

1、一种大型整体铝合金件电磁压力铸造方法，其特征在于：它包括下列步骤：

1.将铸型整体预先加热到100-150℃；

2.将预热完成的铸型安放在电磁增压器上；

3、打开电源开关，通过电源转换器调节电磁增压器的输入电压，使其调整到150V以上；

4.将铝合金在坩埚电阻炉中熔化，并进行去气和变质处理，合金的浇注温度控制在稍高于所浇注合金的液相线温度之上；

5.将合金液浇注到铸型中，由于受到强大的电磁体积推力作用，合金液会迅速由铸型的注入端而到达铸型的末端，从而充满整个型腔；

6.保持输入电压30-50秒后，切断电源，待铸件全部凝固后，等待10-15分钟，然后打开铸型，取出铸件。

2、一种使用权利要求1所述方法而专门设计的铸造装置，其特征在于：通过支架[1]将装置主体固定于地面之上，联接垫块[2]通过螺栓联结方式将线圈铁芯[3]和装置的支架联接起来，紧固夹[4]将上半铸型[9]和下半铸型[8]紧紧地夹持在一起，浇口杯[5]固定于上半铸型[9]之上，12组线圈[6]被分成四个部分，且每部分均通入三相电，线圈采用两两串联，然后并联，线圈采用Y型联接，电源转换器[13]采用Δ联接，13块磁厄[7]将12组线圈隔开，金属液[10]通过浇口杯被浇注入铸型的型腔中，型腔[11]由上半铸型和下半铸型围成，排气孔[12]开于上半铸型。

3、根据权利要求2所述的铸造装置，其特征在于：下半铸型[8]采用非铁磁质材料制造。

4、根据权利要求2所述的铸造装置，其特征在于：上半铸型[9]采用铁磁质材料制造。