CN113458365A - 一种外铸造工艺及铸造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外铸造工艺及铸造设备，首先用压缩空气将特定成分的熔融态硅酸盐吹压进金属模具内，制成外形具有空内腔的产品形状的凝挂型芯，通过将凝挂型芯浸入铸件合金液体中，并在一段时间后提出液面，使凝挂型芯表面凝结一层该铸件壁厚的、具有该产品要求外形形状的合金固体；本发明不仅使得生产具有空内腔的产品难度大大降低，有利于薄壁厚的容器型铸件，而且还可以使容器型铸件内腔可以具有与现有技术精密铸造铸件相同的外形尺寸精度，尤其适用于高比强度、低熔点的镁铝合金、铝锂合金、镁锂合金或金属间化合物零部件的制造。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术及设备领域，具体是一种外铸造工艺及铸造设备。
背景技术
在现有的铸造技术及设备领域内，容器形铸件是比较困难的，因为它的铸造要使合金液体浇注充满作为容器壁的铸造模壳夹层，薄壁容器更困难。尤其是容器内腔尺寸精度要求比较高的铸件是远远不能跟现有技术的精密铸造铸件的外形铸造能力相比的。
对于高比强度、低熔点的镁铝合金、铝锂合金、镁锂合金或金属间化合物。由于它们比重轻，很难采用依靠冒口压头达到凝固质量要求的普通浇注式铸造成形，又因为强度高且软化温度区间窄，也很难采用挤压铸造成形，尤其是同时又含有复杂结构的薄壳型容器部件来说，又不可能采用锻造、轧制。现有的铸造工艺在制作铸造模壳时，空内腔内耐火材料涂层不易干燥，或者是内腔使用尿素型芯的类型，实心的尿素型芯使得铸造模壳特别沉重易损，并且铸造完成后，该型芯极难脱除。尤其是薄壳型容器铸件的浇注极易造成薄壳的壳壁欠铸。因此，有必要提出一种有区别与现有的铸造技术的铸造方式来解决上述问题。
现有的铸造技术及设备运行方式的一个基本点都是将合金液体注入型腔内凝固成为铸件，如果把这种运行方式的铸造称为内铸造，本发明提出的运行方式的铸造对应称之为“外铸造”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外铸造工艺及铸造设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种外铸造工艺，首先用压缩空气将特定成分的熔融态硅酸盐吹压进金属模具内，制成外形具有空内腔的产品形状的凝挂型芯，通过凝挂型芯浸入铸件合金液体中，并在3-20秒之后提出液面，使凝挂型芯表面凝结一层该铸件壁厚的、具有该产品要求外形形状的合金固体。
作为本发明进一步的方案：当所需铸造的产品有局部实心结构时，铸造方法为：
首先将该凝挂型芯的该局部实心结构事先用该铸件合金预制好，并且其尺寸为减去凝挂层厚度，然后再用压缩空气吹压熔融态硅酸盐进入金属模具内，制作该凝挂型芯时，将预制好的铸件合金事先装配在金属模具内的相应部位，该熔融态硅酸盐凝固时，铸件合金固定于该固体硅酸盐型芯的该局部部位上。
本发明还提供一种外铸造工艺的铸造设备，包括熔炼炉，所述熔炼炉的炉体中部设置有熔炼坩埚，所述熔炼炉的一侧设置有旋转切换机构，所述旋转切换机构上固定安装有若干个等距分布的升降单元，所述升降单元包括过渡真空室，所述过渡真空室的顶部固定连接有升降真空套管，所述升降真空套管的内壁滑动连接有升降杆，所述炉盖顶部的中心固定有对接管，所述对接管的顶部与过渡真空室的底部之间设置有电动式真空闸板，所述过渡真空室的一侧固定连接有真空抽气接口，所述电动式真空闸板的一侧固定安装有闸板阀驱动电机；所述炉盖顶部的一侧固定安装有炉内窥视窗；所述升降真空套管的一侧固定安装有升降电机，通过升降电机带动升降杆在升降真空套管内部运动升降，至少有一个升降杆的底部固定连接有测温件，所述测温件包括测温夹持器，所述测温夹持器的底部夹持有测温热电偶及保护套管，其余升降杆的底部固定连接有型芯夹持器，所述型芯夹持器的底部夹持有凝挂型芯，固定连接有型芯夹持器的升降杆数量不少于固定连接有测温件的升降杆数量，且当固定连接有测温件的升降杆数量设置有多个时，任意两个固定连接有测温件的升降杆都不相邻，以此避免在旋转切换机构进行切换操作时，出现连续的测温件。
作为本发明进一步的方案：所述旋转切换机构包括转塔套轴，所述转塔套轴的外壁通过十字形四臂转塔梁与升降单元固定连接，所述转塔套轴的内壁转动连接有转塔轴，所述转塔轴的中部套设有中部轴套，所述中部轴套的一侧固定连接有连接筋板，所述连接筋板的一侧固定连接有炉盖，所述转塔轴的底部转动连接有固定套管，所述旋转切换机构还包括升降液压缸，所述升降液压缸的输出端与固定套管的底部固定连接。
作为本发明进一步的方案：所述熔炼坩埚的中部固定连接有坩埚倾转架，所述坩埚倾转架的一侧与熔炼炉内壁的中部转动连接，所述坩埚倾转架的另一侧固定连接有传动轴，所述传动轴的一端固定连接有坩埚倾转驱动轮；所述熔炼炉内壁的底部固定安装有钢液倾倒钢锭模，所述钢液倾倒钢锭模的顶部开设有钢液承接槽；所述熔炼坩埚的一侧通过坩埚水冷电缆与外接电源电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先用压缩空气将特定成分的熔融态硅酸盐吹压进金属模具内，制成外形具有空内腔的产品形状的凝挂型芯，通过凝挂型芯浸入铸件合金液体中，并在一段时间后提出液面，使凝挂型芯表面凝结一层该铸件壁厚的、具有该产品要求外形形状的合金固体；不仅使得生产具有空内腔的产品难度大大降低，有利于薄壁厚的容器型铸件，而且本发明还可以使容器型铸件内腔可以具有与现有技术精密铸造铸件相同的外形尺寸精度，尤其适用于高比强度、低熔点的镁铝合金、铝锂合金、镁锂合金或金属间化合物零部件的制造。
附图说明
图1为本发明铸造设备构造示意图；
图2为本发明铸造设备俯视图；
图3为本发明型芯的剖面构造示意图；
图4为本发明型芯的侧视图。
图中：1、熔炼炉；2、熔炼坩埚；3、过渡真空室；4、升降真空套管；5、升降杆；6、测温热电偶；7、型芯夹持器；8、凝挂型芯；9、转塔套轴；10、十字形四臂转塔梁；11、转塔轴；12、中部轴套；13、连接筋板；14、炉盖；15、固定套管；16、升降液压缸；17、电动式真空闸板；18、坩埚倾转架；19、坩埚倾转驱动轮；20、钢液倾倒钢锭模；21、炉内窥视窗；22、真空抽气接口；23、坩埚水冷电缆；24、切除段；25、合金固体层；26、型芯空腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明实施例中，一种外铸造工艺，首先用压缩空气将特定成分的熔融态硅酸盐吹压进金属模具内，制成外形具有空内腔的产品形状的凝挂型芯8，通过凝挂型芯8浸入铸件合金液体中，并在3-20秒之后提出液面，使凝挂型芯8表面凝结一层该铸件壁厚的、具有该产品要求外形形状的合金固体层25。
当所需铸造的产品有局部实心结构时，铸造方法为：
首先将该凝挂型芯8的该局部实心结构事先用该铸件合金预制好，并且其尺寸为减去凝挂层厚度，然后再用压缩空气吹压熔融态硅酸盐进入金属模具内，制作该凝挂型芯8时，将预制好的铸件合金事先装配在金属模具内的相应部位，该熔融态硅酸盐凝固时，铸件合金固定于该固体硅酸盐型芯的该局部部位上；该铸件所用合金金属材料，其形状与该局部实心结构相同，但是尺寸小于该局部实心结构；结合附图3-4，为保证凝挂型芯8在浸入钢水时，型芯夹持器7与钢水液面距离的适当，凝挂型芯8上设置有一段切除段24，铸造完成后将其切除，凝挂型芯8中部为型芯空腔26。
本发明还提供一种外铸造工艺的铸造设备，包括熔炼炉1，熔炼炉1的炉体中部设置有熔炼坩埚2，熔炼炉1的一侧设置有旋转切换机构，旋转切换机构上固定安装有若干个等距分布的升降单元，升降单元包括过渡真空室3，过渡真空室3的顶部固定连接有升降真空套管4，升降真空套管4的内壁滑动连接有升降杆5，炉盖14顶部的中心固定有对接管，对接管的顶部与过渡真空室3的底部之间设置有电动式真空闸板17，过渡真空室3的一侧固定连接有真空抽气接口22，电动式真空闸板17的一侧固定安装有闸板阀驱动电机；炉盖14顶部的一侧固定安装有炉内窥视窗21，方便观察了解炉内熔炼情况；升降真空套管4的一侧固定安装有升降电机，通过升降电机带动升降杆5在升降真空套管4内部运动升降，至少有一个升降杆5的底部固定连接有测温件，测温件包括测温夹持器，测温夹持器的底部夹持有测温热电偶6及保护套管，其余升降杆5的底部固定连接有型芯夹持器7，型芯夹持器7的底部夹持有凝挂型芯8，固定连接有型芯夹持器7的升降杆5数量不少于固定连接有测温件的升降杆5数量，且当固定连接有测温件的升降杆5数量设置有多个时，任意两个固定连接有测温件的升降杆5都不相邻，以此避免在旋转切换机构进行切换操作时，出现连续的测温件，对于本实施例，采用十字形四臂结构驱动四个升降单元转动，其中一个升降单元的升降杆5固定安装有测温件，另外三个升降单元的升降杆5安装有型芯夹持器7，这样可以测一次温，转动三次，完成三个芯模的蘸液凝挂，以提高生产效率，在实际生产中可更具实际生产需要设置合适数量的升降单元。
旋转切换机构包括转塔套轴9，转塔套轴9的外壁通过十字形四臂转塔梁10与升降单元固定连接，转塔套轴9的内壁转动连接有转塔轴11，转塔轴11的中部套设有中部轴套12，中部轴套12的一侧固定连接有连接筋板13，连接筋板13的一侧固定连接有炉盖14，转塔轴11的底部转动连接有固定套管15，旋转切换机构还包括升降液压缸16，升降液压缸16的输出端与固定套管15的底部固定连接。
熔炼坩埚2的中部固定连接有坩埚倾转架18，坩埚倾转架18的一侧与熔炼炉1内壁的中部转动连接，坩埚倾转架18的另一侧固定连接有传动轴，传动轴的一端固定连接有坩埚倾转驱动轮19；通过设置坩埚倾转驱动轮19对熔炼坩埚2进行转动，方便对熔炼坩埚2内残留的合金液体进行倾倒，熔炼炉1内壁的底部固定安装有钢液倾倒钢锭模20，钢液倾倒钢锭模20的顶部开设有钢液承接槽；熔炼坩埚2的一侧通过坩埚水冷电缆23与外接电源电性连接。
本发明在使用时，首先对熔炼坩埚2内合金原料进行加温溶解，并使其升温到预定温度，而后开始铸造，铸造方式为：用压缩空气将特定成分的熔融态硅酸盐吹压进金属模具内，制成外形具有空内腔的产品形状的空心硅酸盐型芯，即凝挂型芯8，将凝挂型芯8夹持安装于型芯夹持器7上，通过驱动转塔套轴9转动，进而带动升降单元转动，当升降单元的过渡真空室3与对接管对正时，通过电动式真空闸板17，对二者进行对接并密封，通过真空抽气接口22抽气，使得熔炼炉1内部和升降真空套管内部保持真空，而后升降待机带动升降杆5下降，带动型芯夹持器7和凝挂型芯8下降，使得凝挂型芯8浸入熔炼坩埚2内的铸件合金液体中，在数秒至十数秒之后，通过升降电机带动升降杆5上升将凝挂型芯8提出液面，使凝挂型芯8表面凝结一层与凝挂型芯8外壁形状一致的，具备一定厚度的、具有该产品合金固体，得到凝挂铸件；打开电动式真空闸板17，继续通过驱动转塔套轴9转动，使得凝挂铸件移位，而后将凝挂铸件取下并更换新的凝挂型芯8，以实现连续生产，取下后的凝挂铸件内部还含有硅酸盐制作的凝挂型芯8，通过浸泡40～80℃氢氟-盐酸溶液，将硅酸盐凝挂型芯8溶解，然后用清水冲洗干净，即得到铸件；
通过转塔套轴9的转动使得转动方向上后一工位的升降单元与熔炼炉1对正，若后一工位的升降单元上夹持固定的是测温件，则在完成对接管与过渡真空室3的对接操作后，由升降电机带动升降杆5下压，通过测温热电偶6对熔炼坩埚2内部的合金溶液温度进行测量，当合金溶液温度不足时，通过坩埚水冷电缆23对熔炼坩埚2接电，对其进行加热升温，若该升降单元上夹持固定的仍然是凝挂型芯8，则再次进行上述制备凝挂铸件的操作；当需要添补合金溶液时，通过动中部转轴带动炉盖14移位，通过外设上料设备将合金溶液倒入熔炼坩埚2内；在实际使用时，可通过调节升降单元的位置，将代用测温件的升降单元与对接管对正，通过测温件完成铸造开始前的第一次合金溶液测温工序测温工作；
当所需铸造的产品有局部实心结构时，首先将该空心型芯的该局部实心结构事先用该铸件合金预制好，并且其尺寸为减去凝挂层厚度，然后在制作该铸件的凝挂型芯8时，将预制好的铸件合金事先装配在金属模具内的相应部位，该熔融态硅酸盐凝固时，铸件合金固定于该固体硅酸盐型芯的该局部部位上；该铸件所用合金金属材料，其形状与该局部实心结构相同，但是尺寸小于该局部实心结构，其尺寸欠缺的厚度将会在合金液体凝固在该凝挂型芯8的外表面时，将该实心结构所欠缺的厚度补足至尺寸要求。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种外铸造工艺，其特征在于，首先用压缩空气将特定成分的熔融态硅酸盐吹压进金属模具内，制成外形具有空内腔的产品形状的凝挂型芯(8)，然后将合金液体按要求的厚度凝固在该凝挂型芯(8)的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种外铸造工艺，其特征在于，合金液体的凝固方式为：通过凝挂型芯(8)浸入合金液体中，之后提出液面，使凝挂型芯(8)表面凝结一层具有该产品要求外形形状的合金固体。
3.根据权利要求1所述的一种外铸造工艺，其特征在于，当所需铸造的产品有局部实心结构时，铸造方法为：
首先将该凝挂型芯(8)的该局部实心结构事先用铸件合金预制好，并且其尺寸为减去凝挂层厚度，然后再用压缩空气吹压熔融态硅酸盐进入金属模具内，制作该凝挂型芯(8)时，将预制好的铸件合金事先装配在金属模具内的相应部位，熔融态硅酸盐凝固为固态硅酸盐型芯时，铸件合金固定于该固态硅酸盐型芯的相应部位上。
4.一种外铸造工艺的铸造设备，包括熔炼炉(1)，其特征在于，所述熔炼炉(1)的炉体中部设置有熔炼坩埚(2)，所述熔炼炉(1)的一侧设置有旋转切换机构，所述旋转切换机构上固定安装有若干个等距分布的升降单元，所述升降单元包括过渡真空室(3)，所述过渡真空室(3)的顶部固定连接有升降真空套管(4)，所述升降真空套管(4)的内壁滑动连接有升降杆(5)，所述升降真空套管(4)的一侧固定安装有升降电机，至少有一个升降杆(5)的底部固定连接有测温件，所述测温件包括测温夹持器，所述测温夹持器的底部夹持有测温热电偶(6)及保护套管，其余升降杆(5)的底部固定连接有型芯夹持器(7)，所述型芯夹持器(7)的底部夹持有凝挂型芯(8)。
5.根据权利要求4所述的一种外铸造工艺的铸造设备，其特征在于，所述旋转切换机构包括转塔套轴(9)，所述转塔套轴(9)的外壁通过十字形四臂转塔梁(10)与升降单元固定连接，所述转塔套轴(9)的内壁转动连接有转塔轴(11)，所述转塔轴(11)的中部套设有中部轴套(12)，所述中部轴套(12)的一侧固定连接有连接筋板(13)，所述连接筋板(13)的一侧固定连接有炉盖(14)，所述转塔轴(11)的底部转动连接有固定套管(15)，所述旋转切换机构还包括升降液压缸(16)，所述升降液压缸(16)的输出端与固定套管(15)的底部固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种外铸造工艺的铸造设备，其特征在于，所述炉盖(14)顶部的中心固定有对接管，所述对接管的顶部与过渡真空室(3)的底部之间设置有电动式真空闸板(17)，所述电动式真空闸板(17)的一侧固定安装有闸板阀驱动电机。
7.根据权利要求4所述的一种外铸造工艺的铸造设备，其特征在于，所述熔炼坩埚(2)的中部固定连接有坩埚倾转架(18)，所述坩埚倾转架(18)的一侧与熔炼炉(1)内壁的中部转动连接，所述坩埚倾转架(18)的另一侧固定连接有传动轴，所述传动轴的一端固定连接有坩埚倾转驱动轮(19)；所述熔炼炉(1)内壁的底部固定安装有钢液倾倒钢锭模(20)。
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