CN115041665A - 一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；所述铝合金铸造用装置可实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高精度、高强度液态成型，与传统的单一砂型铸型工艺相比，本发明的复合铸型制备的铸件内腔尺寸公差可提高两个等级，达到CT5级～CT7级，铸件内腔表面光洁度提高3倍，达到1.6μm～3.2μm，满足复杂型面、多筋多凸台、复杂结构大型铝合金精密铸件的相关技术要求。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸件铸造用装置技术领域，具体涉及一种包括复合铸型与内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置。
背景技术
铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。
目前现有的铸造成型工艺主要为单一砂型铸造，铸型材料通常选用石英砂，但是由于石英砂的导热系数较小，导致铸态晶粒尺寸偏大，整体力学性能较低；且单一砂型铸造工艺设计时，为了提高凝固过程的激冷速度，通常需要在铸型内粘贴激冷冷铁，冷铁材料多选择中碳钢，但是中碳钢材料激冷能力有限，而且内置的激冷冷铁表面一般较为粗糙，导致实际浇铸后的铸件表面尺寸精度与光洁度较低。
金属铸型材料铸造的铸件具有尺寸精度高、表面质量好的优点，在许多中小型、中小批量铝合金复杂结构铸件中应用广泛；但金属铸型材料不适合大型复杂薄壁结构铝合金精密铸件的制造，不宜开设复杂的浇铸系统，尤其是补缩缝隙式浇铸系统，无法进行开箱与清理铸件，且金属铸型材料的制造费用高、工艺优化调整空间小、模具结构设计复杂，因此目前亟需一种可提高浇铸过程激冷速度，同时提高铸件表面光洁度与尺寸精度的复合造型工艺。此外，随着军工装备领域生产任务的加重，大量复杂结构精密铝合金铸件也亟需解决内腔尺寸精度高、力学性能指标要求高、冶金质量要求高的工艺制备难题。
发明内容
为解决现有单一砂型铸造工艺铝合金精密铸件内腔尺寸精度差、力学性能低、冶金缺陷多、表面质量与表面光洁度不高等问题，本发明提出了一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置，所述铝合金铸造用装置可以有效提高铝合金熔体浇铸凝固时的整体激冷速度，形成合理有序的凝固温度梯度分布，同时采用复合铸型与内置冷却水路型芯进行铸造时，可以在同一铸件中获得不同的铸态组织与铸态晶粒度，可满足高强韧铝合金导弹壳体精密铸件爆破分离的技术指标要求，实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高尺寸精度、高冶金质量与高强韧液态成型制造。
本发明提供如下技术方案：
一种铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱；所述盖箱为铁砂铸型，所述上上箱为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱为铬铁矿砂铸型，所述上下箱为硅砂铸型，所述下箱为石膏铸型，所述浇道箱为金属铸型；
所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路、位于上中箱的激冷中水路与位于下箱的激冷下水路。
本发明通过选用不同铸型材料制备出盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱，结合内置冷却水路型芯，在合金熔体浇铸后可形成合理有序的凝固温度梯度分布，在低压铸造工艺下形成自上而下的凝固次序，通过对型芯内的激冷上水路、激冷中水路与激冷下水路的激冷时间与水流量的控制，可对合金熔体实施由内向外的整体激冷；同时不同铸型材料的导热系数差异还可在铸件不同凝固区域形成不同的铸态组织，经过热处理后即可在同一铸件上获得不同的力学性能分区，实现对爆破分离有技术指标要求的导弹壳体铸件的制备，结合低压充型凝固工艺参数优化控制，实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高尺寸精度、高冶金质量与高强韧液态成型制造，市场应用前景广阔、经济效益显著，可实现军工装备复杂薄壁铝合金铸件的精密铸造。
根据本发明的实施方式，形成所述盖箱的铸型材料为铁砂，所述铁砂的粒径为0.15mm～0.35mm，所述铁砂的角形系数为1.06～1.12，所述铁砂的圆形度为0.92～0.96。
根据本发明的实施方式，所述盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量比为2.8～3.6:100，搅拌时间为15min～20min，硬化时间为12min～24min。
根据本发明的实施方式，所述盖箱的吃砂量为80mm～140mm。
根据本发明的实施方式，形成所述上上箱的铸型材料为磷酸盐石墨，所述磷酸盐石墨是由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干后制备得到的，其中磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸14％～20％，三氧化二铝12％～14％，水玻璃8％～12％，余量为石墨粉；混制时间为15min～20min，烘干温度为580℃～620℃，烘干时间为30min～45min。
根据本发明的实施方式，所述上上箱的拉伸强度为1.2MPa～1.4MPa，压缩强度为6.2MPa～8.4MPa。
根据本发明的实施方式，所述上上箱的吃砂量为80mm～140mm。
根据本发明的实施方式，形成所述上中箱的铸型材料为铬铁矿砂，所述铬铁矿砂的粒径为0.2mm～0.5mm，所述铬铁矿砂的角形系数为1.12～1.20，所述铬铁矿砂的圆形度为0.91～0.95。
根据本发明的实施方式，所述上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为2.4～3.0:100，搅拌时间为20min～25min，硬化时间为15min～22min。
根据本发明的实施方式，所述上中箱的室温拉伸强度为1.3MPa～1.7MPa。
根据本发明的实施方式，所述上中箱的吃砂量为80mm～140mm。
根据本发明的实施方式，形成所述上下箱的铸型材料为硅砂，所述硅砂的粒径为0.25mm～0.50mm，所述硅砂的角形系数为1.14～1.25，所述硅砂的圆形度为0.92～0.96。
根据本发明的实施方式，所述上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为3.2～4.0:100，搅拌时间为18min～28min，硬化时间为16min～24min。
根据本发明的实施方式，所述上下箱的室温压缩强度为5.2MPa～7.0MPa。
根据本发明的实施方式，所述上下箱的吃砂量为80mm～140mm。
根据本发明的实施方式，形成所述下箱的铸型材料为石膏，所述石膏是由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到。
根据本发明的实施方式，高强度α半水石膏粒径为250目～350目，石英粉粒径为70目～150目，铝矾土粒径为320目～400目，硅藻土粒径为350目～500目，短陶瓷纤维长度为40μm～80μm，正辛醇有效含量为96.0％～98.5％。
根据本发明的实施方式，形成石膏的各组分及其重量比为：高强度α半水石膏25％～30％，石英粉4％～6％，铝矾土8％～10％，硅藻土2％～3％，硫酸钠2％～2.5％，短陶瓷纤维0.6％～1.0％，柠檬酸1.2％～1.8％，正辛醇1.6％～2.4％，余量为去离子水。
根据本发明的实施方式，所述下箱是通过如下方法制备得到的：
(1)在去离子水中添加高强度α半水石膏、石英粉与铝矾土后以250r/min～400r/min转速持续搅拌15min～20min，随后在混合浆料中添加硅藻土、硫酸钠与柠檬酸，以350r/min～500r/min转速持续搅拌20min～25min，再在混合浆料中添加短陶瓷纤维与正辛醇，以600r/min～800r/min转速持续搅拌12min～15min，随后将混合浆料注入下箱模具中等待混合浆料胶凝硬化，混合浆料胶凝硬化时间为20h～28h；
(2)将胶凝硬化的石膏铸型置于台车炉内进行加热焙烧处理，石膏铸型加热焙烧为阶梯升温工艺：室温→140℃～180℃保温6h～8h→200℃～280℃保温8h～10h→300℃～400℃保温10h～12h→420℃～520℃保温6h～8h→540℃～620℃保温8h～12h→620℃～750℃保温6h～10h→炉内缓冷至200℃以下出炉空冷。
根据本发明的实施方式，所述下箱的吃砂量为80mm～140mm。
根据本发明的实施方式，形成所述浇道箱的铸型材料为低碳钢、中碳钢或不锈钢。
根据本发明的实施方式，所述浇道箱的高度为200mm～300mm。
根据本发明的实施方式，所述浇道箱表面包括耐火涂料层，所述耐火涂料层是由耐火涂料喷涂而成，所述耐火涂料包括氧化锌、石墨粉、二氧化钛、石棉粉、水玻璃与去离子水。
根据本发明的实施方式，所述耐火涂料中各组分及其重量比为：氧化锌4％～6％，石墨粉8％～12％，二氧化钛8％～10％，石棉粉6％～8％，水玻璃6％～10％，余量为去离子水。
其中，所述耐火涂料在制备时，去离子水的温度为70℃～90℃。
根据本发明的实施方式，所述耐火涂料喷涂时的预热温度为280℃～340℃。
根据本发明的实施方式，所述耐火涂料层的厚度为0.12mm～0.25mm。
根据本发明的实施方式，所述浇道箱的吃砂量为80mm～140mm。
根据本发明的实施方式，所述浇道箱与低压浇铸机升液管口通过定位座销(如金属座销)进行定位装配。
根据本发明的实施方式，所述型芯由无机粘结剂与陶瓷颗粒砂混制硬化后制成，无机粘结剂为碱金属盐类无机粘结剂，陶瓷颗粒砂为三氧化二铝，无机粘结剂与陶瓷颗粒砂的质量比为2.8～3.6:100，搅拌时间为12min～18min，硬化方式为CO2吹气硬化，CO2气体流量为1.8L/min～2.4L/min，硬化时间为20min～28min。
根据本发明的实施方式，所述型芯的室温拉伸强度为2.2MPa～3.4MPa。
根据本发明的实施方式，所述型芯为整体型芯或分段组配型芯。
根据本发明的实施方式，所述型芯与复合铸型通过砂块进行装配定位，优选与复合铸型中的浇道箱通过砂块进行装配定位。
根据本发明的实施方式，形成激冷上水路的材料为黄铜，激冷上水路的内腔截面积为800mm2～1200mm2，激冷上水路的水流量为0.8L/min～1.2L/min，激冷时间为合金熔体低压充型结束后进行激冷2min～3min，激冷结束后继续保持通水状态，所述激冷上水路位于上上箱铸型内。
根据本发明的实施方式，形成激冷中水路的材料为不锈钢，激冷中水路内腔截面积为600mm2～1000mm2，激冷中水路的水流量为0.6L/min～1.0L/min，激冷时间为激冷上水路激冷结束后进行激冷3min～5min，激冷结束后继续保持通水状态，所述激冷中水路位于上中箱铸型内。
根据本发明的实施方式，形成激冷下水路的材料为铝合金，激冷下水路内腔截面积为500mm2～800mm2，激冷下水路的水流量为0.4L/min～0.7L/min，激冷时间为激冷中水路激冷结束后进行激冷4min～6min，激冷结束后继续保持通水状态，所述激冷下水路位于下箱铸型内。
根据本发明的实施方式，所述激冷上水路、激冷中水路和激冷下水路彼此不连通。
根据本发明的实施方式，所述激冷上水路为上上箱提供冷源，所述激冷中水路为上中箱提供冷源，所述激冷下水路为下箱提供冷源，所述激冷上水路、激冷中水路和激冷下水路的设置实现铝合金熔体浇铸凝固时的激冷速度的调整，使复合铸型内形成合理有序的凝固温度梯度分布。
本发明还提供一种铝合金铸件的制备方法，所述制备方法包括使用上述的铝合金铸造用装置。
根据本发明的实施方式，所述制备方法包括如下步骤：
将铝合金熔体浇铸到上述的铝合金铸造用装置中，待浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min后向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min后向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min。
根据本发明的实施方式，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min即可完成对上上箱铸型内的铝合金熔体的激冷，激冷结束后(即激冷2min～3min后)继续保持通水状态。
根据本发明的实施方式，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min即可完成对上中箱铸型内的铝合金熔体的激冷，激冷结束后(即激冷3min～5min后)继续保持通水状态。
根据本发明的实施方式，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min即可完成对下箱铸型内的铝合金熔体的激冷，激冷结束后(即激冷4min～6min后)继续保持通水状态。
根据本发明的实施方式，所述制备方法包括如下步骤：
1)将浇道箱与低压浇铸机升液管口连通，并通过低压浇铸机升液管口向所述上述的铝合金铸造用装置内低压浇铸铝合金熔体；其中，铝合金熔体的浇铸温度为700℃～720℃，充型压力为50kPa～100kPa，加压速率为0.8kPa/s～1.5kPa/s，充型速度为35mm/s～65mm/s；
2)浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min；激冷上水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min；激冷中水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min；在激冷过程中，铝合金熔体的结晶增压压力为4kPa～10kPa，结壳时间为40s～60s，结晶时间为600s～1200s。
本发明还提供一种上述铝合金铸件，其是通过上述的制备方法制备得到的。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置，所述铝合金铸造用装置可实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高精度、高强度液态成型，与传统的单一砂型铸型工艺相比，本发明的复合铸型制备的铸件内腔尺寸公差可提高两个等级，达到CT5级～CT7级，铸件内腔表面光洁度提高3倍，达到1.6μm～3.2μm，满足复杂型面、多筋多凸台、复杂结构大型铝合金精密铸件的相关技术要求。由于型芯内置有冷却水路，复合铸型的激冷速度可由4℃/s提高至25℃/s，铸态平均晶粒尺寸可由120μm细化至52μm，经T5/T6热处理后抗拉强度可提高12％以上，屈服强度可提高10％以上，断后伸长率至少提高40％以上，可实现铝合金铸件的高强高韧液态成型制造。而传统单一砂型铸型由于激冷能力有限，铝合金铸件浇铸后一般很难形成有序的凝固梯度分布，铸件局部厚大区域或厚度变截面区域极易产生糊状凝固，导致无法得到有效的凝固补缩，极易产生疏松、缩孔缺陷，导致工程化批产铝合金精密铸件生产质量波动较大；此外，通过控制型芯内置冷却水路的材料、激冷时间与水流量，结合铁砂铸型、石墨铸型、铬铁矿砂铸型等不同铸型材料的合理布局，可在铸件凝固三维尺度上形成合理有序的凝固温度梯度，铸件整体得到有效的补缩与激冷，冶金质量显著改善，铝合金精密铸件批产合格率大幅提高。
附图说明
图1是实施例2中型芯内置冷却水路的结构示意图。
图2是实施例2中型芯内置冷却水路对尾段金属壳体铸件浇铸过程整体冷却的原理示意图。
图3是实施例3中铝合金铸造用装置完成装配定位前的部分组件的结构示意图。
图4是实施例3中铝合金铸造用装置完成装配定位后的结构示意图。
图5是本发明一个优选方案所述的铝合金铸造用装置的结构示意图；
附图标记：11为盖箱、12为上上箱、13为上中箱、14为上下箱、15为下箱、16为浇道箱、17为低压浇铸机、18为定位座销、21为激冷上水路、22为激冷中水路、23为激冷下水路。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：
如图5所示，一种铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱11、上上箱12、上中箱13、上下箱14、下箱15和浇道箱16；所述盖箱11为铁砂铸型，所述上上箱12为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱13为铬铁矿砂铸型，所述上下箱14为硅砂铸型，所述下箱15为石膏铸型，所述浇道箱16为金属铸型；所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路21、位于上中箱的激冷中水路22与位于下箱的激冷下水路23。
盖箱铸型材料为铁砂，粒径为0.25mm，角形系数为1.09，圆形度为0.94；盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量比为3.2:100，搅拌时间为17min，硬化时间为18min，盖箱吃砂量为100mm。
上上箱铸型材料为磷酸盐石墨，由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干制备，磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸17％，三氧化二铝13％，水玻璃10％，余量为石墨粉；混制时间为17min，烘干温度为600℃，烘干时间为40min，上上箱的拉伸强度为1.3MPa，压缩强度为7.4MPa，上上箱吃砂量为100mm。
上中箱铸型材料为铬铁矿砂，粒径为0.35mm，角形系数为1.16，圆形度为0.93；上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为2.7:100，搅拌时间为22min，硬化时间为18min，上中箱的室温拉伸强度为1.5MPa，上中箱吃砂量为100mm。
上下箱铸型材料为硅砂，粒径为0.40mm，角形系数为1.19，圆形度为0.94；上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为3.6:100，搅拌时间为23min，硬化时间为20min，上下箱的室温压缩强度为6.1MPa，上下箱吃砂量为100mm。
下箱铸型材料为石膏，由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到，高强度α半水石膏粒径为300目，石英粉粒径为110目，铝矾土粒径为360目，硅藻土粒径为420目，硫酸钠为化学分析纯，短陶瓷纤维长度为60μm，柠檬酸为化学分析纯，正辛醇有效含量为97.4％；形成石膏的各组分及其重量比为：高强度α半水石膏27％，石英粉5％，铝矾土9％，硅藻土2.5％，硫酸钠2.2％，短陶瓷纤维0.8％，柠檬酸1.5％，正辛醇2.0％，余量为去离子水。下箱是通过如下方法制备得到的：在去离子水中添加高强度α半水石膏、石英粉与铝矾土后以320r/min转速持续搅拌17min，随后在混合浆料中添加硅藻土、硫酸钠与柠檬酸，以460r/min转速持续搅拌24min，再在混合浆料中添加短陶瓷纤维与正辛醇，以700r/min转速持续搅拌13.5min，随后将混合浆料注入下箱模具中等待混合浆料胶凝硬化，混合浆料胶凝硬化时间为26h。将胶凝硬化的石膏铸型置于台车炉内进行加热焙烧处理，石膏铸型加热焙烧为阶梯升温工艺：室温→160℃保温7h→240℃保温9h→350℃保温11h→470℃保温7h→580℃保温10h→680℃保温8h→炉内缓冷至180℃出炉空冷，下箱吃砂量为100mm。
浇道箱铸型材料为中碳钢，高度为250mm，浇铸前在浇道箱表面喷涂耐火涂料，耐火涂料由氧化锌、石墨粉、二氧化钛、石棉粉、水玻璃与去离子水组成，去离子水温度为80℃，耐火涂料中各组分及其重量比为：氧化锌5％，石墨粉10％，二氧化钛9％，石棉粉7％，水玻璃8％，余量为去离子水；耐火涂料喷涂预热温度为310℃，耐火涂料喷涂厚度为0.18mm，浇道箱吃砂量为100mm，浇道箱通过金属定位座销与低压浇铸机升液管口进行定位装配。
型芯由无机粘结剂与陶瓷颗粒砂混制硬化后制成，无机粘结剂为碱金属盐类无机粘结剂，陶瓷颗粒砂为三氧化二铝，无机粘结剂与陶瓷颗粒砂的质量比为3.2:100，搅拌时间为15min，硬化方式为CO2吹气硬化，CO2气体流量为2.1L/min，硬化时间为24min，型芯的室温拉伸强度为2.8MPa，型芯为整体型芯，与复合铸型中的浇道箱16通过砂块进行装配定位。
激冷上水路材料为黄铜，上水路内腔截面积为1000mm2，水流量为1.0L/min，激冷时间为合金熔体低压充型结束后进行激冷2.5min，位于上上箱铸型内；激冷中水路材料为不锈钢，中水路内腔截面积为800mm2，水流量为0.8L/min，激冷时间为上水路激冷结束后进行激冷4min，位于上中箱铸型内；激冷下水路材料为铝合金，下水路内腔截面积650mm2，水流量为0.5L/min，激冷时间为中水路激冷结束后进行激冷5min，位于下箱铸型内。
将浇道箱16与低压浇铸机17升液管口通过定位座销18进行定位装配，且保证浇道箱与低压浇铸机升液管口连通，并通过低压浇铸机升液管口向所述上述的铝合金铸造用装置内低压浇铸铝合金熔体，其中，铝合金熔体的浇铸温度为710℃，充型压力为75kPa，加压速率为1.2kPa/s，充型速度为50mm/s；
浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min；激冷上水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min；激冷中水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min；在激冷过程中，铝合金熔体的结晶增压压力为7kPa，结壳时间为50s，结晶时间为900s。
本发明的复合铸型制备的铸件内腔尺寸公差可提高两个等级，达到CT5级～CT7级，铸件内腔表面光洁度提高3倍，达到1.6μm～3.2μm，满足复杂型面、多筋多凸台、复杂结构大型铝合金精密铸件的相关技术要求。由于型芯内置有冷却水路，复合铸型的激冷速度可由4℃/s提高至25℃/s，铸态平均晶粒尺寸可由120μm细化至52μm，经T5/T6热处理后抗拉强度可提高12％以上，屈服强度可提高10％以上，断后伸长率至少提高40％以上，可实现铝合金铸件的高强高韧液态成型制造。
表1实施例1制备得到铸件的各区域力学性能测试结果
对比例1：
其他操作同实施例1，区别仅在于选用单一铬铁矿砂铸型替换实施例1的复合铸型。
表2实施例1和对比例1制备得到的铸件的性能对比
实施例2：
一种铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；其中，所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱；所述盖箱为铁砂铸型，所述上上箱为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱为铬铁矿砂铸型，所述上下箱为硅砂铸型，所述下箱为石膏铸型，所述浇道箱为金属铸型；
所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路、位于上中箱的激冷中水路与位于下箱的激冷下水路。
盖箱铸型材料为铁砂，粒径为0.15mm，角形系数为1.06，圆形度为0.92；盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量配比为2.8:100，搅拌时间为15min，硬化时间为12min，盖箱吃砂量为80mm。
上上箱铸型材料为磷酸盐石墨，由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干制备，磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸14％，三氧化二铝12％，水玻璃8％，余量为石墨粉；混制时间为15min，烘干温度为580℃，烘干时间为30min，上上箱的拉伸强度为1.2MPa，压缩强度为6.2MPa，上上箱吃砂量为80mm。
上中箱铸型材料为铬铁矿砂，粒径为0.2mm，角形系数为1.12，圆形度为0.91；上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为2.4:100，搅拌时间为20min，硬化时间为15min，上中箱的室温拉伸强度为1.3MPa，上中箱吃砂量为80mm。
上下箱铸型材料为硅砂，粒径为0.25mm，角形系数为1.14，圆形度为0.92；上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为3.2:100，搅拌时间为18min，硬化时间为16min，上下箱的室温压缩强度为5.2MPa，上下箱吃砂量为80mm。
下箱铸型材料为石膏，由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到，高强度α半水石膏粒径为250目，石英粉粒径为70目，铝矾土粒径为320目，硅藻土粒径为350目，硫酸钠为化学分析纯，短陶瓷纤维长度为40μm，柠檬酸为化学分析纯，正辛醇有效含量为96.0％；形成石膏的各组分及其重量比为：高强度α半水石膏25％，石英粉4％，铝矾土8％，硅藻土2％，硫酸钠2％，短陶瓷纤维0.6％，柠檬酸1.2％，正辛醇1.6％，余量为去离子水。下箱是通过如下方法制备得到的：在去离子水中添加高强度α半水石膏、石英粉与铝矾土后以250r/min转速持续搅拌15min，随后在混合浆料中添加硅藻土、硫酸钠与柠檬酸，以350r/min转速持续搅拌20min，再在混合浆料中添加短陶瓷纤维与正辛醇，以600r/min转速持续搅拌12min，随后将混合浆料注入下箱模具中等待混合浆料胶凝硬化，混合浆料胶凝硬化时间为20h。将胶凝硬化的石膏铸型置于台车炉内进行加热焙烧处理，石膏铸型加热焙烧为阶梯升温工艺：室温→140℃保温6h→200℃保温8h→300℃保温10h→420℃保温6h→540℃保温8h→620℃保温6h→炉内缓冷至160℃出炉空冷，下箱吃砂量为80mm。
浇道箱铸型材料为低碳钢，高度为200mm，浇铸前在浇道箱表面喷涂耐火涂料，耐火涂料由氧化锌、石墨粉、二氧化钛、石棉粉、水玻璃与去离子水组成，去离子水温度为70℃，耐火涂料中各组分及其重量比为：氧化锌4％，石墨粉8％，二氧化钛8％，石棉粉6％，水玻璃6％，余量为去离子水；耐火涂料喷涂预热温度为280℃，耐火涂料喷涂厚度为0.12mm，浇道箱吃砂量为80mm，浇道箱通过金属定位座销与低压浇铸机升液管口进行定位装配。
型芯由无机粘结剂与陶瓷颗粒砂混制硬化后制成，无机粘结剂为碱金属盐类无机粘结剂，陶瓷颗粒砂为三氧化二铝，无机粘结剂与陶瓷颗粒砂的质量比为2.8:100，搅拌时间为12min，硬化方式为CO2吹气硬化，CO2气体流量为1.8L/min，硬化时间为20min，型芯的室温拉伸强度为2.2MPa，型芯为整体型芯，与浇道箱通过砂块进行装配定位。
激冷上水路材料为黄铜，上水路内腔截面积为800mm2，水流量为0.8L/min，激冷时间为合金熔体低压充型结束后进行激冷2min，位于上上箱铸型内；激冷中水路材料为不锈钢，中水路内腔截面积为600mm2，水流量为0.6L/min，激冷时间为上水路激冷结束后进行激冷3min，位于上中箱铸型内；激冷下水路材料为铝合金，下水路内腔截面积500mm2，水流量为0.4L/min，激冷时间为中水路激冷结束后进行激冷4min，位于下箱铸型内。
将浇道箱与低压浇铸机升液管口通过定位座销进行定位装配，且保证浇道箱与低压浇铸机升液管口连通，并通过低压浇铸机升液管口向所述上述的铝合金铸造用装置内低压浇铸铝合金熔体，其中，铝合金熔体的浇铸温度为700℃，充型压力为50kPa，加压速率为0.8kPa/s，充型速度为35mm/s；
浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min；激冷上水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min；激冷中水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min；在激冷过程中，铝合金熔体的结晶增压压力为4kPa，结壳时间为40s，结晶时间为600s。
表3实施例2制备得到铸件的各区域力学性能测试结果
对比例2：
其他操作同实施例2，区别仅在于选用单一磷酸盐石墨铸型替换实施例2的复合铸型。
表4实施例2和对比例2制备得到的铸件的性能对比
实施例3：
一种铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；其中，所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱；所述盖箱为铁砂铸型，所述上上箱为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱为铬铁矿砂铸型，所述上下箱为硅砂铸型，所述下箱为石膏铸型，所述浇道箱为金属铸型；
所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路、位于上中箱的激冷中水路与位于下箱的激冷下水路。
盖箱铸型材料为铁砂，粒径为0.35mm，角形系数为1.12，圆形度为0.96；盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量配比为3.6:100，搅拌时间为20min，硬化时间为24min，盖箱吃砂量为140mm。
上上箱铸型材料为磷酸盐石墨，由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干制备，磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸20％，三氧化二铝14％，水玻璃12％，余量为石墨粉；混制时间为20min，烘干温度为620℃，烘干时间为45min，上上箱的拉伸强度为1.4MPa，压缩强度为8.4MPa，上上箱吃砂量为140mm。
上中箱铸型材料为铬铁矿砂，粒径为0.5mm，角形系数为1.20，圆形度为0.95；上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为3.0:100，搅拌时间为25min，硬化时间为22min，上中箱的室温拉伸强度为1.7MPa，上中箱吃砂量为140mm。
上下箱铸型材料为硅砂，粒径为0.50mm，角形系数为1.25，圆形度为0.96；上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，粘结剂为酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为4.0:100，搅拌时间为28min，硬化时间为24min，上下箱的室温压缩强度为7.0MPa，上下箱吃砂量为140mm。
下箱铸型材料为石膏，由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到，高强度α半水石膏粒径为350目，石英粉粒径为150目，铝矾土粒径为400目，硅藻土粒径为500目，硫酸钠为化学分析纯，短陶瓷纤维长度为80μm，柠檬酸为化学分析纯，正辛醇有效含量为98.5％；形成石膏的各组分及其重量比为：高强度α半水石膏30％，石英粉6％，铝矾土10％，硅藻土3％，硫酸钠2.5％，短陶瓷纤维1.0％，柠檬酸1.8％，正辛醇2.4％，余量为去离子水。下箱是通过如下方法制备得到的：在去离子水中添加高强度α半水石膏、石英粉与铝矾土后以400r/min转速持续搅拌20min，随后在混合浆料中添加硅藻土、硫酸钠与柠檬酸，以500r/min转速持续搅拌25min，再在混合浆料中添加短陶瓷纤维与正辛醇，以800r/min转速持续搅拌15min，随后将混合浆料注入下箱模具中等待混合浆料胶凝硬化，混合浆料胶凝硬化时间为28h。将胶凝硬化的石膏铸型置于台车炉内进行加热焙烧处理，石膏铸型加热焙烧为阶梯升温工艺：室温→180℃保温8h→280℃保温10h→400℃保温12h→520℃保温8h→620℃保温12h→750℃保温10h→炉内缓冷至150℃出炉空冷，下箱吃砂量为140mm。
浇道箱铸型材料为不锈钢，高度为300mm，浇铸前在浇道箱表面喷涂耐火涂料，耐火涂料由氧化锌、石墨粉、二氧化钛、石棉粉、水玻璃与去离子水组成，去离子水温度为90℃，耐火涂料中各组分及其重量比为：氧化锌6％，石墨粉12％，二氧化钛10％，石棉粉8％，水玻璃10％，余量为去离子水；耐火涂料喷涂预热温度为340℃，耐火涂料喷涂厚度为0.25mm，浇道箱吃砂量为140mm，浇道箱通过金属定位座销与低压浇铸机升液管口进行定位装配。
型芯由无机粘结剂与陶瓷颗粒砂混制硬化后制成，无机粘结剂为碱金属盐类无机粘结剂，陶瓷颗粒砂为三氧化二铝，无机粘结剂与陶瓷颗粒砂的质量比为3.6:100，搅拌时间为18min，硬化方式为CO2吹气硬化，CO2气体流量为2.4L/min，硬化时间为28min，型芯的室温拉伸强度为3.4MPa，型芯为整体型芯，与浇道箱通过砂块进行装配定位。
激冷上水路材料为黄铜，上水路内腔截面积为1200mm2，水流量为1.2L/min，激冷时间为合金熔体低压充型结束后进行激冷3min，位于上上箱铸型内；激冷中水路材料为不锈钢，中水路内腔截面积为1000mm2，水流量为1.0L/min，激冷时间为上水路激冷结束后进行激冷5min，位于上中箱铸型内；激冷下水路材料为铝合金，下水路内腔截面积800mm2，水流量为0.7L/min，激冷时间为中水路激冷结束后进行激冷6min，位于下箱铸型内。
将浇道箱与低压浇铸机升液管口通过定位座销进行定位装配，且保证浇道箱与低压浇铸机升液管口连通，并通过低压浇铸机升液管口向所述上述的铝合金铸造用装置内低压浇铸铝合金熔体，其中，铝合金熔体的浇铸温度为720℃，充型压力为100kPa，加压速率为1.5kPa/s，充型速度为65mm/s；
浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min；激冷上水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min；激冷中水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min；在激冷过程中，铝合金熔体的结晶增压压力为10kPa，结壳时间为60s，结晶时间为1200s。
表5实施例3制备得到铸件的各区域力学性能测试结果
对比例3：
其他操作同实施例3，区别仅在于选用单一石英砂铸型替换实施例1的复合铸型。
表6实施例3和对比例3制备得到的铸件的性能对比
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝合金铸造用装置，其特征在于，所述装置包括复合铸型和型芯；所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱；所述盖箱为铁砂铸型，所述上上箱为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱为铬铁矿砂铸型，所述上下箱为硅砂铸型，所述下箱为石膏铸型，所述浇道箱为金属铸型；
所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路、位于上中箱的激冷中水路与位于下箱的激冷下水路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成所述盖箱的铸型材料为铁砂，所述铁砂的粒径为0.15mm～0.35mm，所述铁砂的角形系数为1.06～1.12，所述铁砂的圆形度为0.92～0.96；
和/或，所述盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量比为2.8～3.6:100，搅拌时间为15min～20min，硬化时间为12min～24min；
和/或，所述盖箱的吃砂量为80mm～140mm；
和/或，形成所述上上箱的铸型材料为磷酸盐石墨，所述磷酸盐石墨是由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干后制备得到的，其中磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸14％～20％，三氧化二铝12％～14％，水玻璃8％～12％，余量为石墨粉；混制时间为15min～20min，烘干温度为580℃～620℃，烘干时间为30min～45min；
和/或，所述上上箱的拉伸强度为1.2MPa～1.4MPa，压缩强度为6.2MPa～8.4MPa；
和/或，所述上上箱的吃砂量为80mm～140mm；
和/或，形成所述上中箱的铸型材料为铬铁矿砂，所述铬铁矿砂的粒径为0.2mm～0.5mm，所述铬铁矿砂的角形系数为1.12～1.20，所述铬铁矿砂的圆形度为0.91～0.95；
和/或，所述上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为2.4～3.0:100，搅拌时间为20min～25min，硬化时间为15min～22min；
和/或，所述上中箱的室温拉伸强度为1.3MPa～1.7MPa；
和/或，所述上中箱的吃砂量为80mm～140mm；
和/或，形成所述上下箱的铸型材料为硅砂，所述硅砂的粒径为0.25mm～0.50mm，所述硅砂的角形系数为1.14～1.25，所述硅砂的圆形度为0.92～0.96；
和/或，所述上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为3.2～4.0:100，搅拌时间为18min～28min，硬化时间为16min～24min；
和/或，所述上下箱的室温压缩强度为5.2MPa～7.0MPa；
和/或，所述上下箱的吃砂量为80mm～140mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成所述下箱的铸型材料为石膏，所述石膏是由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到；高强度α半水石膏粒径为250目～350目，石英粉粒径为70目～150目，铝矾土粒径为320目～400目，硅藻土粒径为350目～500目，短陶瓷纤维长度为40μm～80μm，正辛醇有效含量为96.0％～98.5％；形成石膏的各组分及其重量比为：高强度α半水石膏25％～30％，石英粉4％～6％，铝矾土8％～10％，硅藻土2％～3％，硫酸钠2％～2.5％，短陶瓷纤维0.6％～1.0％，柠檬酸1.2％～1.8％，正辛醇1.6％～2.4％，余量为去离子水；
和/或，所述下箱的吃砂量为80mm～140mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成所述浇道箱的铸型材料为低碳钢、中碳钢或不锈钢；
和/或，所述浇道箱的高度为200mm～300mm；
和/或，所述浇道箱表面包括耐火涂料层，所述耐火涂料层是由耐火涂料喷涂而成，所述耐火涂料包括氧化锌、石墨粉、二氧化钛、石棉粉、水玻璃与去离子水；所述耐火涂料中各组分及其重量比为：氧化锌4％～6％，石墨粉8％～12％，二氧化钛8％～10％，石棉粉6％～8％，水玻璃6％～10％，余量为去离子水；
和/或，所述浇道箱的吃砂量为80mm～140mm；
和/或，所述浇道箱与低压浇铸机升液管口通过定位座销进行定位装配。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述型芯由无机粘结剂与陶瓷颗粒砂混制硬化后制成，无机粘结剂为碱金属盐类无机粘结剂，陶瓷颗粒砂为三氧化二铝，无机粘结剂与陶瓷颗粒砂的质量比为2.8～3.6:100，搅拌时间为12min～18min，硬化方式为CO2吹气硬化，CO2气体流量为1.8L/min～2.4L/min，硬化时间为20min～28min；
和/或，所述型芯的室温拉伸强度为2.2MPa～3.4MPa；
和/或，所述型芯与复合铸型通过砂块进行装配定位，优选与复合铸型中的浇道箱通过砂块进行装配定位。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成激冷上水路的材料为黄铜，激冷上水路的内腔截面积为800mm2～1200mm2，激冷上水路的水流量为0.8L/min～1.2L/min，激冷时间为合金熔体低压充型结束后进行激冷2min～3min，激冷结束后继续保持通水状态，所述激冷上水路位于上上箱铸型内；
和/或，形成激冷中水路的材料为不锈钢，激冷中水路内腔截面积为600mm2～1000mm2，激冷中水路的水流量为0.6L/min～1.0L/min，激冷时间为激冷上水路激冷结束后进行激冷3min～5min，激冷结束后继续保持通水状态，所述激冷中水路位于上中箱铸型内；
和/或，形成激冷下水路的材料为铝合金，激冷下水路内腔截面积为500mm2～800mm2，激冷下水路的水流量为0.4L/min～0.7L/min，激冷时间为激冷中水路激冷结束后进行激冷4min～6min，激冷结束后继续保持通水状态，所述激冷下水路位于下箱铸型内。
7.一种铝合金铸件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括使用权利要求1-6任一项所述的铝合金铸造用装置。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将铝合金熔体浇铸到上述的铝合金铸造用装置中，待浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min后向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min后向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)将浇道箱与低压浇铸机升液管口连通，并通过低压浇铸机升液管口向所述上述的铝合金铸造用装置内低压浇铸铝合金熔体；其中，铝合金熔体的浇铸温度为700℃～720℃，充型压力为50kPa～100kPa，加压速率为0.8kPa/s～1.5kPa/s，充型速度为35mm/s～65mm/s；
2)浇铸完成后向激冷上水路中通入冷却水，对上上箱铸型内的铝合金熔体进行激冷2min～3min；激冷上水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷中水路中通入冷却水，对上中箱铸型内的铝合金熔体进行激冷3min～5min；激冷中水路激冷结束后继续保持通水状态，同时向激冷下水路中通入冷却水，对下箱铸型内的铝合金熔体进行激冷4min～6min；在激冷过程中，铝合金熔体的结晶增压压力为4kPa～10kPa，结壳时间为40s～60s，结晶时间为600s～1200s。
10.一种铝合金铸件，其是通过权利要求7-9任一项所述的制备方法制备得到的。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117564224A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 山东豪迈机械科技股份有限公司 | 一种轮胎模具铸造石膏圈 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1526492A (zh) * | 2003-09-21 | 2004-09-08 | 马文清 | 复合永久铸型铸造 |
| CN2723076Y (zh) * | 2004-07-01 | 2005-09-07 | 关建云 | 制动鼓金属型铸造模具 |
| CN1748899A (zh) * | 2005-10-17 | 2006-03-22 | 卜基山 | 复合玻璃型铸造 |
| CN103658535A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-03-26 | 山东建筑大学 | 一种大型铜叶轮的熔模铸造工艺 |
| CN106807888A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-06-09 | 山东汇金股份有限公司 | 一种覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺 |
| CN107552721A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种薄壁铝合金铸造用变导热复合铸型及制备工艺 |
| CN107745095A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-03-02 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法 |
| CN109482842A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-03-19 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种钢-铝复合结构铝合金主动轮总成毛坯的差压铸造方法 |
| CN110548856A (zh) * | 2019-10-10 | 2019-12-10 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法 |
| CN211437992U (zh) * | 2019-12-18 | 2020-09-08 | 青岛铁龙精铸有限公司 | 一种砂型铸造冷芯模具 |
| CN111822677A (zh) * | 2019-04-11 | 2020-10-27 | 上海航天精密机械研究所 | 一种基于复合铸型的轻金属铸造方法 |
-
2022
- 2022-06-09 CN CN202210653973.XA patent/CN115041665A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1526492A (zh) * | 2003-09-21 | 2004-09-08 | 马文清 | 复合永久铸型铸造 |
| CN2723076Y (zh) * | 2004-07-01 | 2005-09-07 | 关建云 | 制动鼓金属型铸造模具 |
| CN1748899A (zh) * | 2005-10-17 | 2006-03-22 | 卜基山 | 复合玻璃型铸造 |
| CN103658535A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-03-26 | 山东建筑大学 | 一种大型铜叶轮的熔模铸造工艺 |
| CN106807888A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-06-09 | 山东汇金股份有限公司 | 一种覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺 |
| CN107552721A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种薄壁铝合金铸造用变导热复合铸型及制备工艺 |
| CN107745095A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-03-02 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法 |
| CN109482842A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-03-19 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种钢-铝复合结构铝合金主动轮总成毛坯的差压铸造方法 |
| CN111822677A (zh) * | 2019-04-11 | 2020-10-27 | 上海航天精密机械研究所 | 一种基于复合铸型的轻金属铸造方法 |
| CN110548856A (zh) * | 2019-10-10 | 2019-12-10 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种铝合金壳体铸件的复合铸型及其成型方法 |
| CN211437992U (zh) * | 2019-12-18 | 2020-09-08 | 青岛铁龙精铸有限公司 | 一种砂型铸造冷芯模具 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117564224A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 山东豪迈机械科技股份有限公司 | 一种轮胎模具铸造石膏圈 |
| CN117564224B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-23 | 山东豪迈机械科技股份有限公司 | 一种轮胎模具铸造石膏圈 |
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