CN112387928A - 砂型铸造工艺方法及铸造设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造工艺方法及铸造设备。第一个方面，本申请提供了一种砂型铸造工艺方法，包括下列步骤：在铸造型腔的若干个预设位置处分别设置一加热装置，加热装置设置在形成铸造型腔的铸造型砂内；启动加热装置进行加热，通过铸造型腔的浇口注入液态金属；以预设功率降幅逐渐降低加热装置的加热功率，使得铸造型腔内的液态金属逐渐冷却，得到冷却后的铸件。本发明申请提供的铸造工艺方法通过加热装置延缓浇注到铸造型腔中的金属液体的冷却速率，使铸件按照工艺人员设定的冷却顺序逐渐冷却成型，避免在壁厚较薄的铸件部位冷却过快，造成铸件内部发生材料不够而出现缩松或缩孔的铸造缺陷，可大幅度提高砂型铸造的铸造良品率。

Description

砂型铸造工艺方法及铸造设备

技术领域

本发明涉及机械制造方法领域，特别是涉及一种砂型铸造工艺方法及铸造设备。

背景技术

铸造是机械制造过程中的一种常用手段，原理是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型中，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件。

在上述过程中，由于铸件的外形不均一，厚薄情况复杂，铸件上各位置处到浇口的距离远近不同。另外金属液体在浇注过程中，温度变化有很大区别，如果铸件尺寸较大，在浇注时需要考虑浇口的大小以及金属液体的流速，流速过快，会造成夹砂，气孔等缺陷，流速过慢，会造成局部过快冷却，铸件不饱满，局部有空缺。

现有技术中希望通过压力铸造、熔模铸造、离心铸造等铸造工艺克服上述的问题。然而，一方面以上工艺方法仅能对特殊型铸件，如果遇到大型非旋转体铸件时以上工艺就很难满足需求。另一方面，上述问题是铸造工艺原理性的问题，现有技术中提到的工艺方法也不可能完全消除上述根本问题，从而避免出现常见的疏松甚至冷隔的铸造缺陷。

发明内容

基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种铸造工艺方法及铸造设备。

第一个方面，本申请提供了一种砂型铸造工艺方法，包括下列步骤：

在铸造型腔的若干个预设位置处分别设置一加热装置，所述加热装置设置在形成所述铸造型腔的铸造型砂内；

启动所述加热装置进行加热，通过铸造型腔的浇口注入液态金属；

以预设功率降幅逐渐降低所述加热装置的加热功率，使得所述铸造型腔内的液态金属逐渐冷却，得到冷却后的铸件。

在第一个方面的某些实现方式中，所述气动所述加热装置进行加热，通过铸造型腔的浇口注入液态金属的步骤，包括：

当所述液态金属填充至所述铸造型腔的2/1～3/4容积时，启动超声波发生器，对所述液态金属以预定频率输入超声波；

继续注入所述液态金属，直至完全填充所述铸造型腔。

结合第一个方面和上述实现方式，在第一个方面的某些实现方式中，所述超声波发生器设置在所述铸造型腔的分型面边沿。

结合第一个方面和上述实现方式，在第一个方面的某些实现方式中，所述以预设功率降幅逐渐降低所述加热装置的加热功率，使得所述铸造型腔内的液态金属逐渐冷却的步骤，包括：

获取所述加热装置与所述浇口的距离数据；

根据所述距离数据，以从大到小的次序，依次降低所述加热装置的加热功率。

第二个方面，本发明申请提供了一种砂型铸造设备，用于执行如本发明申请第一个方面中任一项描述的砂型铸造工艺方法，所述砂型铸造设备包括铸造沙箱、铸造型砂、加热装置、超声波发生器和控制器，所述加热装置和所述超声波发生器均与所述控制器电连接。

在第二个方面的某些实现方式中，还包括测温传感器，所述测温传感器与所述控制器电连接；所述测温传感器设置在所述加热装置上。

结合第二个方面和上述实现方式，在第二个方面的某些实现方式中，所述加热装置为U型加热管。

本发明申请的实施例中提供的技术方案带来如下有益技术效果：

本发明申请提供的铸造工艺方法以及为实现铸造工艺方法而构建的铸造设备，通过在容易发生冷隔的铸造型腔附近的砂型中设置加热装置，通过加热装置延缓浇注到铸造型腔中的金属液体的冷却速率，使铸件按照工艺人员设定的冷却顺序逐渐冷却成型，避免在壁厚较薄的铸件部位冷却过快，造成铸件内部发生材料不够而出现缩松或缩孔的铸造缺陷，可大幅度提高砂型铸造的铸造良品率。

本申请附加的方面和优点将在后续部分中给出，并将从后续的描述中详细得到理解，或通过对本发明的具体实施了解到。

附图说明

图1为本发明申请一实施例中砂型铸造设备的结构框架示意图；

图2为本发明申请一实施例中砂型铸造设备的结构主视图；

图3为本发明申请一实施例中砂型铸造设备的结构侧视图；

图4为本发明申请一实施例中砂型铸造方法的方法流程示意图；

图5为本发明申请一实施例中启动加热装置进行加热，通过铸造型腔的浇口注入液态金属的方法流程示意图；

图6为本发明申请一实施例中使得铸造型腔内的液态金属逐渐冷却的方法流程示意图。

附图标记说明：

10-铸件，20-浇口，30-铸造沙箱，40-加热装置，50-超声波发生器；

31-分型面。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的可能的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本发明的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。

相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

铸造是一种广泛应用于生产机械零部件的传统生产工艺。然而，这一利用液态金属充型并冷却定型的生产工艺却也具备许多天然易发的缺陷，例如浇不足或冷隔等。由于铸件结构可能较为复杂，液态金属充型能力不足，或充型条件较差，在型腔被填满之前，金属液便停止流动，将使铸件产生浇不足或冷隔缺陷。浇不足时，会使铸件不能获得完整的形状；冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全融合的接缝，铸件的力学性能严重受损。

一般需要通过提高提高浇注温度与浇注速度的方式减少此类缺陷。但是，提高浇注温度，会带来大幅度的能量消耗，并且对铸造型腔的材料提出更高要求；提高浇注速度，又容易出现冲毁型腔的问题。

本发明申请提供的铸造工艺方法及铸造设备可用于解决上述技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。

本发明申请第一个方面的实施例提供了一种砂型铸造设备，用于执行如本发明申请后续实施例中提供的砂型铸造工艺方法，如图1和图2所示，砂型铸造设备包括铸造砂箱30、铸造型砂、加热装置40、超声波发生器50和控制器，加热装置40和超声波发生器50均与控制器电连接。铸造型砂根据需要生产的铸件10，在铸造砂箱30中形成对应的铸造型腔，而加热装置40埋设在铸造型砂当中，并且间隔容易发生冷隔或浇不足的铸件10部位较近，具体的距离根据铸件材料、浇注参数以及铸件结构设定。超声波发生器50可直接埋设在铸造型砂当中，也可固定或活动设置在铸造砂箱30当中。

控制器是用于进行信息处理并对铸造设备中各个零部件进行动作指挥执行的部件，当中的核心部件是处理器。处理器可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

可选的，在本发明申请第一个方面实施例的一种实现方式中，还包括测温传感器(图中未示出)，测温传感器与控制器电连接；测温传感器设置在加热装置40附近。测温传感器伴随加热装置40设置，用于监测加热装置40的温度，可设置在加热装置40附近的铸造型砂内，也可直接设置在加热装置40上。通过设置在铸造型砂内，能够及时监测需要加热部位的温度，而设置在加热装置40上，能够监测加热装置40的温度，间接获知铸造型腔中需要加热部位的温度。

可选的，在本发明申请第一个方面实施例的一种实现方式中，加热装置40为U型加热管。U型加热管是现有技术中发展较为成熟的加热设备，根据实际需要，能够提供较宽的加热温度范围。U型加热管能够方便地埋设于铸造型砂当中，结构简单，使用寿命较长，不易受到铸造型砂温度的影响。

如图2和图3所示，在本发明申请第一个方面实施例的一种实现方式中，超声波发生器50具有多个，围绕在铸造型腔进行设置，每个超声波发生器50都独立与控制器电连接，通过控制器发出的指令对应进行工作，该指令包括超声波的发生功率和持续时间等内容。

本发明申请第二个方面的实施例提供了一种砂型铸造工艺方法，如图4所示，包括下列步骤：

S100：在铸造型腔的若干个预设位置处分别设置一加热装置40，加热装置40设置在形成铸造型腔的铸造型砂内。

S200：启动加热装置40进行加热，通过铸造型腔的浇口20注入液态金属。

S300：以预设功率降幅逐渐降低加热装置40的加热功率，使得铸造型腔内的液态金属逐渐冷却，得到冷却后的铸件10。

砂型铸造是铸造工艺当中最基础的铸造方式，利用铸造型砂将铸件模具埋设在铸造砂箱30当中，定型后，将铸件模具取出，留下用于后续填入铸件材料的铸造型腔。通过S100，提前在进行铸件型腔设置的步骤中加入适当的加热装置40，对于不同结构的铸件10，加热装置40的设置位置不同。具体位置由相关技术人员根据铸件10自身的特点具体设置。加热装置40埋设在铸造型砂内，避免与铸造型腔直接接触，防止高温金属溶液损坏加热装置40。当然，也可与铸造型腔相切，使得加热装置40成为铸造型腔的一部分侧壁。

经过S100的准备，在S200中，首先启动加热装置40，将加热装置40周围的铸造型砂加热至预定温度，然后浇入高温状态的液态金属，使得液态金属充分填充已经准备好的铸造型腔。通过加热装置40的辅助，高温状态的液态金属进入铸造型腔后，不会被快速冷却，即使液态金属到达的位置远离浇口20，也能够确保液态金属到达指定位置前不会提前凝固或者流速大幅度降低。

待液态金属填充整个铸造型腔之后，就需要使得液态金属逐渐凝固并形成铸件10。由于液态金属凝固过程中往往体积会收缩，因此在收缩过程中还需要不断补充液态金属，以防止逐渐内出现冷隔或缩孔等缺陷。S300中，通过对加热装置40的加热功率进行控制，使得液态金属的冷却呈现为一定的顺序，以便于铸造型腔内的液态金属按照一定的设计规律逐渐实现冷却，先冷却的部分如果出现液态金属缺失，还能从未冷却的铸件10部分得到补充，并依序从浇口20处得到液态金属的补充，彻底防止铸件10出现浇不足、冷隔、缩孔或缩松的铸造缺陷。

本发明申请提供的铸造工艺方法以及为实现铸造工艺方法而构建的铸造设备，通过在容易发生冷隔的铸造型腔附近的砂型中设置加热装置40，通过加热装置40延缓浇注到铸造型腔中的金属液体的冷却速率，使铸件10按照工艺人员设定的冷却顺序逐渐冷却成型，避免在壁厚较薄的铸件10部位冷却过快，造成铸件10内部发生材料不够而出现缩松或缩孔的铸造缺陷，可大幅度提高砂型铸造的铸造良品率。

可选的，在本发明申请第二个方面的某些实现方式中，如图5所示，S200启动加热装置40进行加热，通过铸造型腔的浇口20注入液态金属的步骤，包括：

S210：当液态金属填充至铸造型腔的2/1～3/4容积时，启动超声波发生器50，对液态金属以预定频率输入超声波。

S220：继续注入液态金属，直至完全填充铸造型腔。

本发明申请提供的砂型铸造工艺方法中不仅采用了加热装置40辅助加热以去除铸造中的浇不足、冷隔等缺陷，还引入了超声波，通过超声波影响液态金属中可能存在的气泡或夹渣。当浇注的液态金属基本填充完成整个铸造型腔的2/1～3/4容积，例如2/3的铸造型腔时，启动预先设置好的超声波发生器50。在浇注过程中难免会混入气泡，此时铸件材料处于液态，当超声波发生器50启动后，气泡将获得较大的动能，会被打散并且向液面的顶部移动。保持该过程一定时间后，大多数的气泡都会上浮至液面，由此就降低了铸件10中的缩孔，甚至缩松的出现概率。

另外，在液态金属冷却的过程中，通过超声波发生器50的能量定向输入，还能够抵消冷却过程中出现的内应力，提高铸件10的力学质量。

可选的，如图2和图3所示，结合本发明申请第二个方面的实施例以及上述实现方式，在第二个方面实施例的某些实现方式中，超声波发生器50设置在铸造型腔的分型面31边沿。对于多数铸件10，分型面31是铸件10结构的中间位置，分型面31两边的铸件10重量相近，将超声波发生器50设置在分型面31附近，能够最大程度地充分利用超声波发生器50对整个铸件10造成影响，发挥超声波发生器50的最大使用效率。

可选的，结合本发明申请第二个方面的实施例以及上述实现方式，在第二个方面实施例的某些实现方式中，如图6所示，S300以预设功率降幅逐渐降低加热装置40的加热功率，使得铸造型腔内的液态金属逐渐冷却的步骤，包括：

S310：获取加热装置与浇口的距离数据。

S320：根据距离数据，以从大到小的次序，依次降低加热装置的加热功率。

在S100中，跟随进行铸造型腔成型的过程中，进行了加热装置40的分布，由于铸件10的形状已知，根据铸造操作人员的经验以及相关工艺知识，能够得知容易发生冷隔、浇不足等铸造缺陷的位置，也就能够明确加热装置40的设置位置。相应地，也就能够确定各个加热装置40与浇口20的距离。根据铸件10的产品类型不同，浇口20的数量也各不相同。将这些距离数据输入计算机当中，根据计算机模拟得到的浇注顺序和冷却规律，相应控制加热装置40的工作状态。在S320中，根据这些距离数据，按照从大到小的次序调控加热装置40的工作状态。一般远离浇口20位置的液态金属容易先冷却。

在液态金属填充完成整个型腔之后，确保远离浇口20位置处的加热装置40以较大的功率降幅降低加热功率，使得该处的液态金属先冷却，其他位置处的加热装置40仍然保持较高的加热功率，单位时间内提供较大的热量，防止液态金属冷却，使得液态金属能够流到先行冷却的部位，补充其中可能存在的冷隔或浇不足。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种砂型铸造工艺方法，其特征在于，包括下列步骤：

在铸造型腔的若干个预设位置处分别设置一加热装置，所述加热装置设置在形成所述铸造型腔的铸造型砂内；

启动所述加热装置进行加热，通过铸造型腔的浇口注入液态金属；

以预设功率降幅逐渐降低所述加热装置的加热功率，使得所述铸造型腔内的液态金属逐渐冷却，得到冷却后的铸件。

2.根据权利要求1所述的砂型铸造工艺方法，其特征在于，所述气动所述加热装置进行加热，通过铸造型腔的浇口注入液态金属的步骤，包括：

当所述液态金属填充至所述铸造型腔的2/1～3/4容积时，启动超声波发生器，对所述液态金属以预定频率输入超声波；

继续注入所述液态金属，直至完全填充所述铸造型腔。

3.根据权利要求2所述的砂型铸造工艺方法，其特征在于，所述超声波发生器设置在所述铸造型腔的分型面边沿。

4.根据权利要求1所述的砂型铸造工艺方法，其特征在于，所述以预设功率降幅逐渐降低所述加热装置的加热功率，使得所述铸造型腔内的液态金属逐渐冷却的步骤，包括：

获取所述加热装置与所述浇口的距离数据；

根据所述距离数据，以从大到小的次序，依次降低所述加热装置的加热功率。

5.一种砂型铸造设备，其特征在于，用于执行如权利要求1～4中任一项所述的砂型铸造工艺方法，所述砂型铸造设备包括铸造沙箱、铸造型砂、加热装置、超声波发生器和控制器，所述加热装置和所述超声波发生器均与所述控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的砂型铸造设备，其特征在于，还包括测温传感器，所述测温传感器与所述控制器电连接；所述测温传感器设置在所述加热装置上。

7.根据权利要求5所述的砂型铸造设备，其特征在于，所述加热装置为U型加热管。

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