CN114346178A

CN114346178A - 铸造工艺及铸造系统

Info

Publication number: CN114346178A
Application number: CN202111563928.7A
Authority: CN
Inventors: 杨林龙; 郭会廷
Original assignee: Suzhou Mingzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Mingzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-04-15

Abstract

本发明提供了一种铸造工艺及铸造系统，涉及铸造技术领域，本发明提供的铸造工艺包括：组装：将砂芯进行组装成砂包；充型：将组装成的砂包移动至浇注装置上充型；凝固：将充型后的砂包移动至高压环境中进行凝固。本发明提供的铸造工艺缓解了相关技术中铸件出现缩孔缩松，晶粒粗大，铸件不致密，力学性能较差等的技术问题。

Description

铸造工艺及铸造系统

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是涉及一种铸造工艺及铸造系统。

背景技术

砂型组芯造型工艺是用砂型来形成铸件的外轮廓形状和尺寸，用砂芯来形成铸件的内腔形状的尺寸。铸件的形状和尺寸由砂型和砂芯组成的型腔来形成，这种方法具有精度高和适用于复杂的薄壁铸件等优势。但该方法也会带来一些缺点，比如：凝固时间长，出现缩孔缩松等缺陷和晶粒粗大，铸件不致密和力学性能较差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造工艺及铸造系统，以缓解相关技术中铸件出现缩孔缩松的技术问题。

第一方面，本发明提供的铸造工艺包括：

组装：将砂芯进行组装成砂包；

充型：将组装成的砂包移动至浇注装置上充型；

凝固：将充型后的砂包移动至高压环境中进行凝固。

可选地，在凝固步骤中，所述高压环境的压力值为0.5MPa-30MPa。

可选地，在凝固步骤中，所述砂包在高压环境中放置的时间大于等于铸件凝固时间。

可选地，在所述凝固步骤中，将充型后的砂包放入密闭空腔内，并在1min时间内使密闭空腔内的压力达到0.5MPa-30MPa。

可选地，通过储气罐向所述密闭空腔内输送高压气体，所述储气罐内预先加压，压力满足V2×P2≥(V1+V2)×P1；

其中，V1为密闭空腔体积；V2为储气罐体积；P1为密闭空腔所需压强；P2为储气罐压强。

可选地，将充型后的砂包移动至所述高压环境的过程中，移动使用的时间小于等于1min。

在本发明提供的铸造工艺中，将充型后的砂包移动至高压环境中进行凝固，在高压的外界环境下，即使合金液的组织中出现了骨架状的树枝晶，外部的压力大于枝晶强度，将冲断枝晶，改变晶粒形态，获得更多的游离晶而细化组织，有效改善后续的补缩条件，使针孔度级别减小或消除，提升铸件致密度；在高压的环境下进行凝固，使金属溶液中的晶界和晶枝间共晶组织增多，晶粒尺寸有减小的趋势，从而有利于提高铸件的性能。

此外，在本发明提供的铸造工艺中，将成型后的砂包从浇注装置中转移至高压环境中，而不是在浇注装置中进行保压凝固，无需对浇注装置设进行改善，有利于降低成本，同时使对应的产生高压环境的装置能够对不同类型的砂包进行保压处理，有利于生产不同形状的铸件。

第二方面，本发明提供的铸造系统用于实现上述的铸造工艺，所述铸造系统包括浇注装置和保压装置，所述浇注装置与所述保压装置相互独立设置。

可选地，所述保压装置包括保压机构、储气机构和加压机构，所述储气机构分别与所述保压机构和所述加压机构连通。

可选地，所述保压机构包括保压容器，所述储气机构包括储气罐，所述加压机构包括加压泵，所述保压容器和所述加压泵分别与所述储气罐连通；

连通所述保压容器与所述储气罐的管路上设有开关阀门。

可选地，所述保压机构还包括与所述保压容器连通的泄压管，所述泄压管上设有泄压阀。

本发明提供的浇注系统中，保压装置与浇注装置相互独立设置，不仅能够完成浇注和保压凝固，保压装置还可应用于对其他的浇注装置浇注完成的砂包进行保压，适用于不同的砂包，有利于生产不同形状的铸件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的浇注系统中保压装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的浇注系统中浇注装置的结构示意图。

图标：001-砂包；110-保压容器；120-泄压管；121-泄压阀；200-储气罐；210-输气管道；211-开关阀门；300-加压机构；310-加压管道；400-金属液保温炉；500-升液管；600-闸金属水机构；610-闸板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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。

实施例一

本发明实施例提供的铸造工艺包括：

组装：将砂芯进行组装成砂包001；

充型：将组装成的砂包001移动至浇注装置上充型；

凝固：将充型后的砂包001移动至高压环境中进行凝固。

下面以铸造铝合金铸件为例，说明本发明实施例提供的铸造工艺具体步骤为：

将铸造铝合金放入金属液保温炉400内熔化，经精炼、除气和变质处理，充型前将铝液温度控制在640℃-760℃。

将砂芯进行组装成砂包001，通过机械手将组装完成的砂包001夹起，并移动至浇注装置的升液管500上方，使砂包001的浇口与升液管500对接，等待砂包001充型。向与升液管500连通的保温炉内施加0.01MPa-0.1MPa的压力，铝液上升充型整个砂包001。充型完成后启动闸铝水机构，闸铝水机构推动闸板610将砂包001的浇口与升液管500的出液口截断，防止砂包001内的铝液流出。

充型完成后，泄去金属液保温炉400内压力，使用机械手夹起充型完成的砂包001，并迅速将充型完成的砂包001移动至高压环境中，使砂包001内的铝液在高压环境下凝固。

在本发明实施例提供的铸造工艺中，将充型后的砂包001移动至高压环境中进行凝固，在高压的外界环境下，即使合金液的组织中出现了骨架状的树枝晶，外部的压力大于枝晶强度，将冲断枝晶，改变晶粒形态，获得更多的游离晶而细化组织，有效改善后续的补缩条件，使针孔度级别减小或消除，提升铸件致密度；在高压的环境下进行凝固，使金属溶液中的晶界和晶枝间公晶组织增多，晶粒尺寸有减小的趋势，从而有利于提高铸件的性能。

此外，在本发明实施例提供的铸造工艺中，将成型后的砂包001从浇注装置中转移至高压环境中，而不是在浇注装置中进行保压凝固，无需对浇注装置设进行改善，有利于降低成本，同时使对应的产生高压环境的装置能够对不同类型的砂包001进行保压处理，有利于生产不同形状的铸件。

可选地，在凝固步骤中，高压环境的压力值为0.5MPa-30MPa。

具体地，在凝固步骤中，高压环境的压力值可为0.5MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa或30MPa等，具体的压力值可根据铸件的形状、尺寸和凝固的金属液的类型确定。在凝固步骤中，外加压力达0.5MPa以上时，基本不会产生气孔缺陷，所以使金属液在0.5MPa-30MPa的环境下凝固，即能够减少凝固后铸件的缺陷，又可以避免压力值过大而造成能源的浪费。

可选地，在凝固步骤中，砂包001在高压环境中放置的时间大于等于铸件凝固时间。

具体地，砂包001在高压环境中放置的时间可以为20min、30min、40min或者50min等。砂包001中的金属液凝固大约需要30min，凝固过程中，砂包001在高压环境中放置的时间大于等于30min，使整个凝固过程金属液均处于高压的环境中，减少凝固后形成的铸件的缺陷。

凝固步骤中，砂包001在高压环境中放置的时间可根据浇注的金属液和砂包001的大小等情况设定，只要保证整个冷凝过程金属液均处于高压的环境中均可。

在凝固步骤中，将充型后的砂包001放入密闭空腔内，并在1min时间内使密闭空腔内的压力达到0.5MPa-30MPa。

在凝固步骤中，先将充型后的砂包001放入空腔内，然后将空腔盖合形成密闭空腔，然后再向密闭空腔内充入高压气体，从而在密闭空腔内形成高压环境，使金属液在高压环境下进行凝固。在1min时间内使密闭空腔内的压力达到0.5MPa-30MPa，使金属液在尽量短的时间内开始在高压环境下进行凝固，避免压力未达到要求时金属液开始凝固，从而使未在高压环境下凝固的部分易出现缺陷，进而影响铸件的质量。

砂包001放入空腔并将空腔盖合后，可通过气泵向密闭空腔内输送高压气体，使密闭空腔内形成高压环境。

作为另一种实施方式，也可通过储气罐200向密闭空腔内输送高压气体。先在储气罐200中存储高压气体，将砂包001放入密闭空腔后，将储气罐200中的高压气体输送至密闭空腔内。

具体地，储气罐200内预先加压，压力满足V2×P2≥(V1+V2)×P1式子，其中V1为密闭空腔体积；V2为储气罐体积；P1为密闭空腔所需压强；P2为储气罐压强。当储气罐200与密闭空腔连通后，储气罐200内的高压气体能够快速地进入密闭空腔内，使密闭空腔内能够较快地形成凝固需要的高压环境，使金属液在尽量短的时间内开始在高压环境下进行凝固，避免压力未达到要求时金属液开始凝固，从而使未在高压环境下凝固的部分易出现缺陷，进而影响铸件的质量。

可选地，将充型后的砂包001移动至高压环境的过程中，移动使用的时间小于等于1min。

具体地，通过机械手将充型后的砂包001从浇注装置移动至密闭空腔中，在移动的过程中砂包001处于常压的环境中，在1min之内将砂包001从浇注装置移动至密闭空腔中，尽量缩短砂包001在常压环境下的时间，使金属液在尽量短的时间内开始在高压环境下进行凝固，避免压力未达到要求时金属液开始凝固，从而使未在高压环境下凝固的部分易出现缺陷，进而影响铸件的质量。

实施例二

本发明实施例提供的铸造系统用于实现上述的铸造工艺，铸造系统包括浇注装置和保压装置，浇注装置与保压装置相互独立设置。

浇注装置用于向砂包001内充入金属液，通过机械手将充型后的砂包001移动至保压装置内，保压装置使砂包001内的金属液在需要的压力环境下凝固。本发明实施例提供的浇注系统中，保压装置与浇注装置相互独立设置，不仅能够完成浇注和保压凝固，保压装置还可应用于对其他的浇注装置浇注完成的砂包001进行保压，适用于不同的砂包001，有利于生产不同形状的铸件。

下面对保压装置的具体结构进行说明：

保压装置包括保压机构、储气机构和加压机构300，储气机构分别与保压机构和加压机构300连通。通过加压机构300使储气机构内的压力达到设定值，当充型后的砂包001被放入保压装置内后，连通储气机构和保压机构，储气机构向保压机构输送高压气体，使保压机构内形成高压环境，从而使砂包001内的金属液在高压环境下凝固。

保压机构包括保压容器110，储气机构包括储气罐200，加压机构300包括加压泵，保压容器110和加压泵分别与储气罐200连通；连通保压容器110与储气罐200的管路上设有开关阀门211。

具体地，如图1所示，加压泵通过加压管道310与储气罐200连通，用于向储气罐200内加压，使储气罐200内的压力大于保压容器110保压时需要的压力。储气罐200通过输气管道210与保压容器110连通，并且在输气管道210上设有开关阀门211，用于控制储气罐200与保压容器110之间的连通和断开。

储气罐200预先加压，压力满足V2×P2≥(V1+V2)×P1，将砂包001转移至保压容器110内后，封闭保压容器110的门，打开开关阀门211，使保压容器110内压力在1min时间达到0.5MPa-30MPa，然后关闭开关阀门211，将充型后的砂包001在当前压力下保持至铸件凝固。

可选地，保压机构还包括与保压容器110连通的泄压管120，泄压管120上设有泄压阀121。

如图1所示，泄压管120设于保压容器110的外壳，并与保压容器110的内部连通，泄压管120上设有泄压阀121，用于控制保压容器110的内部与外界的连通和断开。当完成金属液凝固后，打开泄压阀121，待保压容器110内的压力完全泄掉，打开保压容器110的门，使用机械手取出组芯，放到清理平台上，取出铸件并清理。

下面对浇注装置的具体结构进行说明：

如图2所示，浇注装置包括金属液保温炉400、升液管500和闸金属水机构600，升液管500的一端与金属液伸入金属液保温炉400内，另一端位于金属液保温炉400的外部，用于与砂包001的浇注口连通。闸金属水机构600包括闸板610，闸板610用于控制升液管与砂包001的浇口之间的连通和断开。

铸造过程中，将铸造铝合金放入保温炉内熔化，经精炼、除气和变质处理，充型前铝液温度控制在640℃-760℃。将砂芯进行组装成砂包001，机械手将组装完成的砂包001夹起移动到升液管500上方，浇口与升液管500对接，等待砂包001充型。向保温炉中施加0.01MPa-0.1MPa的压力，使铝液上升充型整个砂包001。充型完成后启动闸金属水机构600，闸金属水机构600推动闸板610将砂包001浇口与出液口铝水截断，防止砂包001铝液流出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种铸造工艺，其特征在于，包括：

组装：将砂芯进行组装成砂包(001)；

充型：将组装成的砂包(001)移动至浇注装置上充型；

凝固：将充型后的砂包(001)移动至高压环境中进行凝固。

2.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，在凝固步骤中，所述高压环境的压力值为0.5MPa-30MPa。

3.根据权利要求2所述的铸造工艺，其特征在于，在凝固步骤中，所述砂包(001)在高压环境中放置的时间大于等于铸件凝固时间。

4.根据权利要求2所述的铸造工艺，其特征在于，在凝固步骤中，将充型后的砂包(001)放入密闭空腔内，并在1min时间内使密闭空腔内的压力达到0.5MPa-30MPa。

5.根据权利要求4所述的铸造工艺，其特征在于，通过储气罐(200)向所述密闭空腔内输送高压气体，所述储气罐(200)内预先加压，压力满足V₂×P₂≥(V₁+V₂)×P₁；

其中，V₁为密闭空腔体积；V₂为储气罐体积；P₁为密闭空腔所需压强；P₂为储气罐压强。

6.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，将充型后的砂包(001)移动至所述高压环境的过程中，移动使用的时间小于等于1min。

7.一种铸造系统，其特征在于，用于实现权利要求1-6任一项所述的铸造工艺，所述铸造系统包括浇注装置和保压装置，所述浇注装置与所述保压装置相互独立设置。

8.根据权利要求7所述的铸造系统，其特征在于，所述保压装置包括保压机构、储气机构和加压机构(300)，所述储气机构分别与所述保压机构和所述加压机构(300)连通。

9.根据权利要求8所述的铸造系统，其特征在于，所述保压机构包括保压容器(110)，所述储气机构包括储气罐(200)，所述加压机构(300)包括加压泵，所述保压容器(110)和所述加压泵分别与所述储气罐(200)连通；

连通所述保压容器(110)与所述储气罐(200)的管路上设有开关阀门(211)。

10.根据权利要求9所述的铸造系统，其特征在于，所述保压机构还包括与所述保压容器(110)连通的泄压管(120)，所述泄压管(120)上设有泄压阀(121)。