CN113369442B - 用于铸件内部缺陷改善的注射冒口及冒口装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于铸件内部缺陷改善的注射冒口及注射冒口装置，注射冒口包括冒口壳，其设有内腔，内腔的底端为开口端，内腔包括冒口有效段和容纳段，且冒口有效段靠近开口端；活塞，设置于冒口有效段内，且活塞底部设置有保持架；弹性组件，连接于内腔顶壁和活塞之间；连接钩，连接于冒口壳顶部及保持架之间，用于固定活塞且使弹性组件保持蓄能状态；当连接钩底端被铁水熔断时，弹性组件释放蓄能并作用于活塞，将冒口有效段内的铁水推入铸件，以补缩缺陷部位。本发明能够在铸件出现缩孔、缩松缺陷时，及时给铸件缺陷部位注射满铁水以消除缺陷，提高组织性能，且提升冒口补缩效率、延长补缩距离、增强冒口补缩的可靠性和可控性。

Description

用于铸件内部缺陷改善的注射冒口及冒口装置

技术领域

本发明属于铸件成型技术领域，特别是涉及一种用于铸件内部缺陷改善的注射冒口及冒口装置。

背景技术

铸件内部零缺陷对铸件力学性能提升有明显作用。铸件的内部质量缺陷(缩孔、缩松)一般都有严格要求，对所生产的铸件，尽可能减少内部质量缺陷，以至于完全消除缺陷。

现阶段，解决铸件内部的缩孔、缩松缺陷的手段分别为采用普通冒口、发热冒口或保温冒口等。使用普通冒口解决缺陷时存在补缩效率低、补缩距离短等问题，普通冒口的补缩效率只有15％左右；发热冒口及保温冒口的补缩效率也只有30％左右，虽然比普通冒口补缩效率高，补缩距离远点，但是现实生产中还是存在一些缩孔、缩松问题，补缩效果是不可靠的，这种不可控、不可靠性取决于冒口颈及冒口顶部锥顶砂由于冷却造成凝固关闭的时机。如果冒口颈提前关闭，则冒口失效，缩孔、缩松得不到补缩；如果冒口颈延后关闭，待冒口体开始收缩后，冒口体会抽吸铸件热节部位铁水反补缩冒口体，从而造成补缩失败，最终铸件内部再次形成缩孔、缩松缺陷。因此进一步提高冒口补缩效率，提高冒口补缩距离，提高冒口补缩效果的可控性成为发明新一代冒口的目标。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于铸件内部缺陷改善的注射冒口及冒口装置，用于解决现有技术中冒口补缩效率低、补缩距离短且补缩效果不可靠的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，包括：

冒口壳，其设有内腔，所述内腔的底端为开口端，所述内腔包括冒口有效段和容纳段，且所述冒口有效段靠近开口端；

活塞，设置于所述冒口有效段内，且所述活塞底部设置有保持架；

弹性组件，连接于所述内腔顶壁和活塞之间；

连接钩，连接于所述冒口壳顶部及保持架之间，用于固定所述活塞且使所述弹性组件保持蓄能状态；

当所述连接钩底端被铁水熔断时，所述弹性组件释放蓄能并作用于活塞，将冒口有效段内的铁水推入铸件，以补缩缺陷部位。

进一步，所述冒口壳的内壁和外壁均具有斜度，所述冒口有效段和容纳段的直径朝靠近开口端的方向逐渐增大，所述冒口有效段和容纳段之间形成有用于支撑活塞的支撑台阶，所述冒口壳的顶部开设有供连接钩通过的顶孔。

进一步，所述冒口壳顶部设置有悬挂栓，所述连接钩的顶端连接在所述悬挂栓上。

进一步，所述活塞中部开设有供连接钩通过的活塞孔，所述活塞孔底端具有避让连接钩末端的倒角结构，所述活塞的底端侧壁呈锥形结构，所述活塞的顶端侧壁呈柱形结构或具有斜度。

进一步，所述弹性组件包括弹簧座、弹性件和导杆，所述弹簧座设置于活塞顶部，所述导杆的一端连接于内腔顶壁上，另一端连接于弹簧座内，所述弹性件套设在导杆上并位于所述弹簧座内。

进一步，所述弹簧座包括圆盘部和护套部，所述护套部固连于圆盘部上，所述弹性件可伸缩地位于所述护套部内，所述圆盘部的中央开设有供连接钩通过的圆盘孔。

进一步，所述弹性件的弹力大于缺陷部位的静压力与大气压力之和，所述弹性件的行程等于或小于冒口有效段的长度。

进一步，所述导杆包括依次连接的底盘部、限位部和导向部，所述限位部与导向部之间形成有限位台阶，所述弹性件的两端分别抵接于限位台阶和弹簧座上，且所述导杆中央开设有供连接钩通过的导杆孔。

进一步，所述保持架包括横杆部和连接于所述横杆部两端的支脚部，每个所述支脚部通过法兰盘与所述活塞连接。

本发明还提供一种冒口装置，包括模具冒口座以及如上所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，所述注射冒口设置于模具冒口座上。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

通过注射冒口实现了当铸件出现缩孔、缩松缺陷时，及时给铸件缺陷部位注射铁水来实现铸件质量改善，消除缩孔、缩松缺陷，实现提高组织性能的目的。

(1)有效提升冒口补缩效率。普通冒口补缩效率为15％，发热冒口补缩效率30％，注射冒口补缩效率50-70％。同样大小的缩松，补缩效率越高的冒口所用铁水越少，成本越低，经济效率越高。

(2)增强冒口对缺陷补缩的可靠性和可控性。普通冒口及发热冒口对于一些棘手缩孔、缩松即使增大冒口依然无法彻底解决问题，通过注射冒口这种强制性注入铁水即可实现缺陷部位补缩。

(3)可有效提高冒口的补缩距离。在活塞的强力推动下，注射冒口对铸件缺陷的补缩距离能够显著提高，利于解决一些距离铸件可安装冒口位置较远的缺陷。

(4)注射冒口具有良好的工艺性。不仅适用于铸铁，铸钢、铸铝及铸铜都可以应用，使用时只需将连接钩的材质改成与铸造材料相近或者相同材质即可，比如铝丝或者铜丝。

(5)注射冒口具有良好商用前景，且使用方便。可以依据缺陷的大小做成一个系列不同规格档次的注射冒口，使用时根据所计算冒口颈的不同对应选取相应档次的冒口使用。

附图说明

图1为本发明实施例注射冒口的整体结构示意图；

图2为本发明实施例冒口装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中活塞的结构示意图；

图4为本发明实施例中弹簧座的结构示意图；

图5为本发明实施例中导杆的结构示意图。

零件标号说明

1-冒口壳；11-冒口有效段；12-容纳段；13-支撑台阶；14-顶孔；

2-活塞；21-活塞孔；22-倒角结构；

3-弹性组件；31-弹簧座；311-圆盘部；311a-圆盘孔；312-护套部；32-弹性件；33-导杆；331-底盘部；332-限位部；333-导向部；334-限位台阶；335-导杆孔；

4-悬挂栓；

5-保持架；51-横杆部；52-支脚部；53-法兰盘；

6-连接钩；

100-注射冒口；200-铸件；300-模具冒口座；301-冒口颈。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请结合图1及图2所示，本发明提供一种用于铸件内部缺陷改善的注射冒口100，包括：冒口壳1，其设有内腔，所述内腔的底端为开口端，所述内腔包括冒口有效段11和容纳段12，且所述冒口有效段11靠近开口端；活塞2，设置于所述冒口有效段11内，且所述活塞2底部设置有保持架5；弹性组件3，连接于所述内腔顶壁和活塞2之间；连接钩6，连接于所述冒口壳1顶部及保持架5之间，用于固定所述活塞2且使所述弹性组件3保持蓄能状态；当所述连接钩6底端被铁水熔断时，所述弹性组件3释放蓄能并作用于活塞2，所述活塞2将冒口有效段11内的铁水推入铸件200，以补缩缺陷部位。

冒口补缩的本质在于当铸件热节处出现缩孔或者缩松后，只要及时给予铁水，将缩孔填满，就能得到无缺陷的铸件。注射冒口100实现了当铸件200出现缩孔、缩松缺陷时，及时给铸件200的缺陷部位注射铁水来实现铸件质量改善，消除缩孔、缩松缺陷，实现提高组织性能的目的。

冒口壳1构成冒口主体，以形成容纳铁水的空间。所述冒口壳1的内壁和外壁均具有斜度，便于制造冒口壳1时方便脱模；所述冒口有效段11和容纳段12的直径朝靠近开口端的方向逐渐增大，所述冒口有效段11和容纳段12之间形成有用于支撑活塞2的支撑台阶13。本实施例中，所述冒口壳1采用覆膜砂烧结而成，厚度为12～15mm，所述冒口壳1的外壁斜度为3°。所述容纳段12的斜度为5°，所述冒口有效段11的斜度为1°，一方面利于拔模，另一方面考虑在活塞2运动到开口端时，活塞2与冒口壳1内壁之间的距离不能过大，以免铁水泄漏；冒口有效段11的长度等于热节处所需补缩的铁水体积除以活塞2面积。所述容纳段12用于容纳弹性组件3，所述支撑台阶13一方面可支撑活塞2，一方面可用于封闭容纳段12，防止铁水进入。支撑台阶13的尺寸过大会造成容纳段12空间太小，不便于容纳弹性组件3，支撑台阶13的尺寸过小则不便于支撑活塞2。

所述冒口壳1的顶部开设有供连接钩6通过的顶孔14。此种结构，一方面便于通过连接钩6；另一方面是为了与外界大气压相通，保证当活塞2向前推进时，活塞2上方的空腔内不会形成真空负压，以便于活塞2顺利推进。本实施例中，所述顶孔14位于冒口壳1的中央，且直径选用10～15mm。

为了便于连接钩6与冒口壳1和保持架5的连接，所述冒口壳1顶部设置有悬挂栓4，所述连接钩6的顶端连接在所述悬挂栓4上。具体的，所述悬挂栓4用于悬挂连接钩6，悬挂栓4横向设置在冒口壳1上，其长度需大于冒口壳1顶部的顶孔14的直径，悬挂栓4的材质选用45钢，悬挂栓4的直径为5～6mm。

参阅图1和图3，通过设置活塞2，能够在连接钩6接触铁水熔断后，在弹性组件3的作用下，活塞2将铁水推入铸件的缺陷部位，填实缩孔和缩松。所述活塞2中部开设有供连接钩6通过的活塞孔21，具体的，所述活塞孔21与连接钩6间隙配合，可配置为比连接钩6的直径大1mm，待装配连接钩6后，采用熟石灰或高岭土坭将小孔下端1～2mm处(图1中A处)的缝隙封闭，以防铁水进入冒口壳1上段。所述活塞孔21底端具有避让连接钩6末端的倒角结构22，以免与连接钩6发生干涉。本实施例中，倒角结构22壳配置为3×3mm。

本实施例中，活塞2厚度可为15～20mm，活塞2的直径比冒口壳1的冒口有效段11内壁顶端直径小3mm，以免活塞2滑动时与冒口壳1内壁产生干涉。当铁水进入冒口，并充满冒口有效段11后，铁水会在冒口内停留1～2min，此过程中，铁水与冒口有效段11内侧壁产生热传导，会造成靠近冒口内侧壁铁水先冷却形成一个形状与冒口内侧壁一致的硬壳层(厚约1～2mm)，该硬壳层覆盖冒口有效段11的内侧壁以及活塞2的底部。经过试验，该硬壳层在补缩开始时其硬度不足以承受大气压力，并非如钢板一样。该硬壳层为接近固态的熔融铸铁层，弹簧组件3所蓄能量足够将活塞2底部的硬壳层与冒口有效段11内侧壁的硬壳层交界处硬壳层顶破，以实现活塞2向前推动。由于拔模斜度的原因，冒口壳1有效段直径逐渐变大，硬壳也有利于在活塞2前进时，不至于因活塞2与冒口壳1内壁间隙变大而引起漏水。

所述活塞2的底端侧壁呈锥形结构，以便活塞2能在冒口壳1有效段顺利推进；所述活塞2的顶端侧壁呈柱形结构或具有斜度，以便于封住铁水，尽可能不流入冒口壳1的上段。本实施例中，所述活塞2采用覆膜砂烧结形成，覆膜砂材质具有耐热和隔热作用，以便保护活塞2上方的弹性组件3。活塞2底端侧壁10～12mm处呈锥形结构，活塞2顶端侧壁3～5mm呈柱形结构或配置成具有1°的斜度。

其中，所述弹性组件3包括弹簧座31、弹性件32和导杆33，所述弹簧座31设置于活塞2顶部，所述导杆33的一端连接于内腔顶壁上，另一端连接于弹簧座31内，所述弹性件32套设在导杆33上并位于所述弹簧座31内。

参阅图1和图4，采用弹簧座31以容纳和保护弹性件32，并起到支撑活塞2的作用。具体的，所述弹簧座31包括圆盘部311和护套部312，所述护套部312固连于圆盘部311上，所述弹性件32可伸缩地位于所述护套部312内，所述圆盘部311的中央开设有供连接钩6通过的圆盘孔311a。本实施例中，所述弹簧座31的材质选用45钢。所述圆盘部311的直径需小于冒口的容纳段12的底端直径，以便于圆盘部311能被纳入容纳段12内。并且，圆盘部311需支撑活塞2，以免活塞2受到弹性件32压力以及活塞2推动铁水时，受到铁水反作用压力造成活塞2碎裂。圆盘部311厚度为3mm。圆盘孔311a2.3～3.3mm。圆盘孔311a尺寸不宜过大，以便连接钩6熔断后，弹性件32释放蓄能时，铁水能够及时堵塞圆盘孔311a，防止渗漏铁水。

采用护套部312用于容纳和保护弹性件32，以免部分铁水渗漏时不至于立即侵蚀弹性件32，造成弹性件32失效。本实施例中，护套部312厚度为3mm，且护套部312的内径需大于弹性件32的外径，以便弹性件32能够置入。且护套部312与弹性件32外缘之间具有间隙，方便弹性件32推动活塞2的同时，还能起到隔热作用。装配时，弹簧座31与活塞2顶部固连，且安装时需保证圆盘孔311a与活塞孔21同轴。

采用弹性件32用于起到蓄能作用，在连接钩6熔断后，推动活塞2将冒口有效段11内的铁水推入铸件的缺陷部位。本实施例中，弹性件32采用耐热弹簧，其材质选择GH4169，该材质弹簧不仅具有很好的耐热性能，且成本较低，其耐热温度达到600℃，经过活塞2的隔热设计，以及弹簧座31的保护作用，该耐热温度足够满足使用性能。如果应用在浇注温度要求更高的液态金属浇注时，可选用InconelX-750材质，该材质弹簧的工作温度可达980℃。

所述弹性件32的弹力大于缺陷部位的静压力与大气压力之和，该压力计算方法为大气压强与铁水在该部位所形成的压强之和乘以活塞2面积；所述弹性件32的行程等于或小于冒口有效段11的长度。

参阅图1和图5，采用导杆33一方面用于给弹簧提供支撑，另一方面对弹性件32起导向作用，在弹性件32推动活塞2前进时保持弹性件32在运动方向前后一致，不至于偏斜。所述导杆33包括依次连接的底盘部331、限位部332和导向部333，所述限位部332与导向部333之间形成有限位台阶334，所述弹性件32套设在导向部333上，且弹性件32的两端分别抵接于限位台阶334和弹簧座31上，且所述导杆33中央开设有供连接钩6通过的导杆孔335。本实施例中，导杆33材质采用45钢，导向部333的直径小于弹性件32内孔，以便于弹性件32能够顺利运动。限位部332的外径与弹性件32的外径相等，且比弹簧座31的护套部312的内径小，以便限位部332能够插入弹簧座31。底盘部331呈圆盘状，用以支撑导杆33，底盘部331的直径需小于冒口壳1的容纳段12直径，以便于导杆33能够置入冒口壳1内。

采用保持架5用于捆绑连接钩6，并将连接钩6充分暴露在铁水内，以便其能及时熔断。所述保持架5包括横杆部51和连接于所述横杆部51两端的支脚部52，每个所述支脚部52通过法兰盘53与所述活塞2连接。本实施例中，保持架5采用4～6mm的钢丝焊接而成，横杆部51用于捆绑钢丝，设置法兰盘53以便增大保持架5与活塞2的接触面积，避免支脚部52被压进覆膜砂材质的活塞2，而引起活塞2碎裂，另外此种结构也能使保持架5稳定。

采用连接钩6以便在装配时件将弹性件32保持在蓄能状态，且连接钩6两端捆绑在悬挂栓4和保持架5上。在铸件需要补缩时连接钩6能及时熔断，熔断后弹性件32推动活塞2，活塞2推动铁水以补缩铸件。本实施例中，连接钩6采用2～3mm铁丝制成。一般情况下，铸铁浇注温度在1350℃～1480℃，缩松一般会出现在浇注完成后的1～2min内。经过试验2～3mm直径的铁丝能在该温度铁水内1～2min内熔断，这样就能满足在该段时间内恰好补缩铸件。在其他实施例中，可根据铸件材质调整连接钩6材质，将其材质改成与铸造材料相近或者相同材质即可。

参阅图2，本发明还提供一种注射冒口装置，包括模具冒口座300以及如上所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口100，所述注射冒口100设置于模具冒口座300上。具体的，所述模具冒口座300设置有冒口定位柱和冒口颈301，所述冒口定位柱插入注射冒口100的冒口壳1内，且所述冒口定位柱与冒口壳1间隙配合，所述冒口定位柱的顶部低于保持架5。

造型前将注射冒口100套在模具冒口座300上，模具冒口座300的冒口颈301可参照普通冒口设计，插入冒口的冒口定位柱，呈圆柱形，其作用是定位冒口，并支撑注射冒口100。本实施例中，冒口定位柱的直径小于冒口壳1内壁的冒口有效段11直径1mm，且冒口定位柱具有与冒口有效段11相同的斜度，以便插入冒口壳1，插入后，冒口定位柱的高度低于保持架51mm，以免产生干涉。

注射冒口100的补缩原理为，当浇注铁水完成后1～2min内，铸件200热节部位由于收缩，开始产生孔洞，此时连接钩6遇铁水而熔断，弹性组件3推动活塞2，活塞2推动铁水以补缩铸件200热节处的缩孔和缩松。当补缩完成后，冒口颈301由于冷却，与铸件200之间的补缩通道关闭，从而避免铁水回流到冒口。

综上，在本发明实施例提供的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口中，通过注射冒口实现了当铸件出现缩孔、缩松缺陷时，及时给铸件缺陷部位注射铁水来实现铸件质量改善，消除缩孔、缩松缺陷，实现提高组织性能的目的，能够有效提升冒口补缩效率，延长冒口补缩距离，增强冒口补缩的可靠性和可控性，注射冒口具有良好的工艺性，使用方便，且具备良好的商用前景。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，其特征在于：包括

冒口壳，其设有内腔，所述内腔的底端为开口端，所述内腔包括冒口有效段和容纳段，且所述冒口有效段靠近开口端；所述冒口壳的内壁和外壁均具有斜度，所述冒口有效段和容纳段的直径朝靠近开口端的方向逐渐增大，所述冒口有效段和容纳段之间形成有用于支撑活塞的支撑台阶，所述冒口壳的顶部开设有供连接钩通过的顶孔；

活塞，设置于所述冒口有效段内，且所述活塞底部设置有保持架；

弹性组件，连接于所述内腔顶壁和活塞之间；所述弹性组件包括弹簧座、弹性件和导杆，所述弹簧座设置于活塞顶部，所述导杆的一端连接于内腔顶壁上，另一端连接于弹簧座内，所述弹性件套设在导杆上并位于所述弹簧座内；所述弹性件的弹力大于缺陷部位的静压力与大气压力之和，所述弹性件的行程等于或小于冒口有效段的长度；

连接钩，连接于所述冒口壳顶部及保持架之间，用于固定所述活塞且使所述弹性组件保持蓄能状态，所述连接钩采用2~3mm铁丝制成；

当所述连接钩底端被铁水熔断时，所述弹性组件释放蓄能并作用于活塞，将冒口有效段内的铁水推入铸件，以补缩缺陷部位。

2.根据权利要求1所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，其特征在于：所述冒口壳顶部设置有悬挂栓，所述连接钩的顶端连接在所述悬挂栓上。

3.根据权利要求1所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，其特征在于：所述活塞中部开设有供连接钩通过的活塞孔，所述活塞孔底端具有避让连接钩末端的倒角结构，所述活塞的底端侧壁呈锥形结构，所述活塞的顶端侧壁呈柱形结构或具有斜度。

4.根据权利要求1所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，其特征在于：所述弹簧座包括圆盘部和护套部，所述护套部固连于圆盘部上，所述弹性件可伸缩地位于所述护套部内，所述圆盘部的中央开设有供连接钩通过的圆盘孔。

5.根据权利要求1所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，其特征在于：所述导杆包括依次连接的底盘部、限位部和导向部，所述限位部与导向部之间形成有限位台阶，所述弹性件的两端分别抵接于限位台阶和弹簧座上，且所述导杆中央开设有供连接钩通过的导杆孔。

6.根据权利要求1所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，其特征在于：所述保持架包括横杆部和连接于所述横杆部两端的支脚部，每个所述支脚部通过法兰盘与所述活塞连接。

7.一种冒口装置，其特征在于：包括模具冒口座以及如权利要求1-6中任一项所述的用于铸件内部缺陷改善的注射冒口，所述注射冒口设置于模具冒口座上。

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