CN115415482A - 一种铝合金下注式浇注系统 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金下注式浇注系统，属于铝合金铸件制造领域，所述浇注系统包括直浇道、浇口窝、缓冲区、过滤网、横浇道、内浇道、冒口和压力柱装置，其中：直浇道位于铸件型腔内部，直浇道上端与浇口杯相连，下端与浇口窝相连，缓冲区位于浇口窝下方，并与浇口窝及横浇道连接，且各连接处均设有过滤网；所述横浇道置于铸件正下方，并通过内浇道与铸件相连；所述压力柱装置为中空柱状结构，穿过铸件型腔内部，一端高于铸件上端面，另一端与横浇道垂直相连，冒口置于铸件浇注位置最高点处。与传统重力浇注系统相比，本发明可有效提高铸型充型能力、内部质量、工艺出品率、生产效率及铸件表面质量，降低生产成本，减少型砂及铝液使用量，实现绿色环保铸造。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸件制造领域，具体涉及一种重力铸造的下注式浇注系统，用以实现低压铸造效果，适用于大型铝合金铸造成型。
背景技术
重力铸造是铝合金铸造中最为常见的方式之一，其具有操作方便、工艺简单、设备和模具成本低等优点，但随着我国航空、航天、武器装备等高技术领域的快速发展，对铝合金铸件的数量需求、生产效率、内部质量、尺寸精度等有着较高的要求，传统重力铸造无法满足发展需求。重力铸造常用于生产大尺寸铸件以降低铸件成本，提高生产效率，其在浇注系统设计时通常将横浇道及内浇道置于铸件两侧形成顶铸式或阶梯式浇注系统，此类置于两侧的浇注系统易导致铸件重力浇注时吃砂量大、铝液流程长、工艺出品率低，铸件易存在缩松、缩孔、夹渣、铸件表面质量差等问题，通过低压浇注则会降低铸件生产效率，提高成本和内部质量，但大部分铸件因尺寸过大或结构限制无法通过低压铸造方式生产，如何通过重力铸造方式提高铸件质量、工艺出品率、降低成本，实现绿色铸造是目前急需解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于改善原有的重力铸造缺点，提供一种铝合金下注式浇注系统，通过该浇注系统的设计让其在浇注过程中金属液存在压力差，使得重力铸造达到低压铸造的效果。
本发明技术方案如下：
一种铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述浇注系统包括直浇道、浇口窝、缓冲区、过滤网、横浇道、内浇道、冒口和压力柱装置，其中：
所述直浇道位于铸件型腔内部，直浇道上端与浇口杯相连，下端与浇口窝相连，缓冲区位于浇口窝下方，并与浇口窝及横浇道连接，且各连接处均设有过滤网；所述横浇道置于铸件正下方，并通过内浇道与铸件相连；所述压力柱装置为中空柱状结构，穿过铸件型腔内部，一端高于铸件上端面，另一端与横浇道垂直相连，通过重力压力作用对内浇口反重力补缩，实现下注式浇注系统完整充型，达到低压铸造效果，冒口置于铸件浇注位置最高点处。
作为优选的技术方案：
浇注系统内设置缓冲区，并在其与横浇道、直浇道连接处放置过滤网，以降低金属液流动速率，提高金属液纯净度，使其平稳充型。所述过滤网为泡沫陶瓷过滤网，孔密度为20ppi，其工作面积为浇注系统控流面积的4~6倍，宽度大于缓冲区与横浇道和浇口窝连接处的宽度。
所述压力柱装置设有多个，均与横浇道成90°，其高度为铸件高度的2~8倍，宽度为铸件典型壁厚的2~10倍，分布在距离铸件热节50~400mm处，压力柱装置整体为空心长方体结构，且带有2°的拔模斜度。
所述横浇道的长度超过铸件整体长度50~500mm，宽度为铸件典型壁厚的5~10倍，且宽度大于等于所述压力柱装置的宽度。
仅在铸件的浇注位置最高点处放置冒口，沿着铸件长度方向放置于热节处，无需放置侧冒口及针对内浇口位置的暗冒口，靠压力作用完成铸件平稳充型。对于低矮铸件，冒口高度为铸件高度的0.5~3倍。
本发明所述铝合金下注式浇注系统可用于制备大尺寸（轮廓尺寸超过1000mm）、薄壁（典型壁厚小于20mm）或结构复杂的铝合金铸件，也适用于无法通过差压/低压方法生产的铝合金砂型铸造铸件，可实现铸件重力浇注达到低压浇注效果，铸件充型完整、工艺出品率明显提高（提高10%~30%）、工作效率提高1.5倍、所得铸件内部质量及表面质量良好。
与普通重力铸造相比，本发明的有益效果为：
1.浇注系统位于铸件下方，与普通重力铸造放置在铸件两侧不同，该方式可极大程度节省铸造过程中使用的树脂砂和金属液，减少污染，提高工艺出品率，实现绿色铸造。
2.本发明所述浇注系统设有缓冲区，可减缓大量金属液在重力作用下产生紊流和激荡，使其平稳充型。
3.本发明在浇口窝与缓冲区及缓冲区与横浇道连接处均放置了过滤网，实现了双重过滤效果，使金属液在进入型腔前过滤掉液态非金属夹杂物，减少金属液氧化，提高金属液纯净度，进而提高铸件的力学性能。
4.传统重力浇注系统的浇道置于铸件两侧或侧下方，而本发明所述横浇道置于铸件正下方，可有效减少金属液流动时间和温度流失，有益于型腔内气体排出及横浇道撇渣。
5.本发明设有压力柱装置，在凝固过程中通过压力柱装置内金属液自身重力产生的压力对铸件底部进行反重力补缩作用，压力柱最终凝固，优化凝固顺序，使铸件完整充型的情况下，有效避免冲击、飞溅、氧化和缩松等缺陷的产生，达到低压铸造效果。
6.采用本发明所述浇注系统可显著提高铸件表面质量，普通重力铸造工艺需在内浇口位置放置暗冒口进行补缩，而本发明浇注系统通过反重力补缩可实现铸件完整充型，因此内浇口位置无需放置冒口，在减少铸件后续清产打磨等人工工时的同时显著提高了铸件的表面质量，节约金属液使用量，提高工艺出品率。
附图说明
图1为传统重力铸造浇注系统主视图。
图2为传统重力铸造浇注系统左视图。
图3为本发明的重力铸造浇注系统主视图。
图4为本发明的重力铸造浇注系统左视图。
附图标记：1-直浇道；2-浇口窝；3-缓冲区；4-过滤网；5-横浇道；6-内浇道；7-冒口；8-压力装置；11-传统直浇道；12-传统横浇道；13-传统内浇道；14-传统冒口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
对比例1
以某铝合金横梁为例，材质ZL107B，轮廓尺寸为3899mm×336mm×147mm，典型壁厚12mm，铸件为Ⅱ类，其具有较长的滑行面，要求滑行面加工后硬度HBS≥110。
通过传统重力铸造工艺，浇注系统结构如图1和图2所示，包括传统直浇道11、传统横浇道12、传统内浇道13和传统冒口14。受铸件长宽比限制只能通过重力铸造方式进行生产，根据其轮廓尺寸、典型壁厚及重量，通过三维建模软件对其进行浇注系统设计。为保证充型完整，在铸件两侧设立4个传统直浇道11，尺寸为φ22×300mm，上端与浇口杯相连，下端与传统横浇道12相连；传统横浇道12位于铸件水平两侧，距离铸件84mm，共设置4个传统横浇道12，轮廓尺寸分为1750×35×30mm（2个）、2063×35×30mm（2个）；传统内浇道13横向连接传统横浇道12与铸件，为保证充型完整，共设置22个内浇口；为保障铸件内部质量，在滑行面隔板、浇注高点处共设置9个传统冒口14，冒口高度约为铸件高度的1.2倍；对铸件进行生产验证，可发现传统内浇道13位于铸件两侧会导致铸件下端金属液温度较高，存在缩松（2~3级）、夹杂等缺陷，铸件中上段内部质量可满足技术要求，但其滑行面硬度值仅仅达到临界值，稳定性差。
浇注后传统内浇道13根部残留，出厂前需要对其人工打磨，且两侧注入式浇注系统导致用砂量大外消耗铝液较多，工艺出品率仅能达到32%，生产效率低，生产成本高。
实施例1
以对比例1中横梁铸件为例，采用本发明所述下注式浇注系统进行浇注：
如图3、4所示，一种铝合金下注式浇注系统，包括直浇道1、浇口窝2、缓冲区3、过滤网4、横浇道5、内浇道6、冒口7和压力柱装置8，其中：
根据铸件轮廓尺寸、典型壁厚及重量，通过三维建模软件对其进行浇注系统设计，将直浇道1放置在铸件型腔内部，垂直连接浇口杯及浇口窝2，直浇道1尺寸为378×55×15mm；
缓冲区3位于浇口窝2下方，并与浇口窝2及横浇道5连接，为减缓大量金属液在重力作用下的产生紊流和激荡，使其平稳充型，在缓冲区3与浇口窝2连接处放置过滤网4，所述过滤网为泡沫陶瓷过滤网，孔密度为20ppi，其工作面积为浇注系统控流面积的5倍，宽度大于缓冲区3与横浇道5和浇口窝2连接处的宽度；
因铸件过长，设计1个横浇道5并置于铸件正下方与缓冲区3相连（该横浇道5均分成两段，并在缓冲区3两端分别放置），连接处放置过滤网对金属进行二次过滤，横浇道5整体尺寸为3950×68×70mm；
所述横浇道5通过内浇道6与铸件相连，内浇道6一端与横浇道5成90°，另一端与铸件相连，为保证充型完整，共设置了15个内浇道5；
所述压力柱装置8为中空柱状结构，穿过铸件型腔内部，一端高于铸件上端面，另一端与横浇道5垂直相连，所述压力柱装置8的高度为铸件高度的2.2倍，宽度为铸件典型壁厚的5倍，压力柱装置8设有5个，分别分布在距离铸件热节70mm、130mm、210mm、255mm、320mm处，压力柱装置8整体为空心长方体结构，且带有2°的拔模斜度。压力柱装置8在凝固过程中通过金属液自身重力作用对内浇道6、铸件底部形成补缩，使金属液平稳、完整充型，优化凝固顺序，使铸件先凝固，浇注系统后凝固，压力柱最终凝固，达到低压浇注的顺序凝固方式；
在铸件滑行面最高点放置了7个冒口7，沿着铸件长度方向放置于热节处，冒口7高度为铸件高度的1.1倍。
采用上述浇注系统制备的横梁铸件内部质量明显提升，滑行面HBS硬度均值高于120，且性能稳定，铸件质量达到QJ 169-89 Ⅱ类铸件要求，内浇道6所接触位置存在加工余量，出厂前无需进行打磨处理，效率提高1.5倍，内浇道6和冒口7数量明显减少，工艺出品率提高至50.2%，节约铝液100Kg/套，且在实施过程中显著降低了型砂使用量，每套节约砂量2.5T，有效减少甲醛、二甲苯等有毒有害气体的排放量，实现绿色铸造。
综上，本发明在重力铸造过程中提高金属液流动性，使其存在压力差，实现反重力充型，达到低压铸造效果，使铸件的内部质量、表面质量、工艺出品率、生产效率大幅度提高，人工成本、成产成本、场地占用率明显降低，更加适用于批量生产，做到节能减排、绿色环保。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述浇注系统包括直浇道（1）、浇口窝（2）、缓冲区（3）、过滤网（4）、横浇道（5）、内浇道（6）、冒口（7）和压力柱装置（8），其中：
所述直浇道（1）位于铸件型腔内部，直浇道（1）上端与浇口杯相连，下端与浇口窝（2）相连，缓冲区（3）位于浇口窝（2）下方，并与浇口窝（2）及横浇道（5）连接，且各连接处均设有过滤网（4）；所述横浇道（5）置于铸件正下方，并通过内浇道（6）与铸件相连；所述压力柱装置（8）为中空柱状结构，穿过铸件型腔内部，一端高于铸件上端面，另一端与横浇道（5）垂直相连，冒口（7）置于铸件浇注位置最高点处。
2.按照权利要求1所述铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述过滤网（4）为泡沫陶瓷过滤网，孔密度为20ppi，其工作面积为浇注系统控流面积的4~6倍。
3.按照权利要求1所述铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述压力柱装置（8）设有多个，均与横浇道（5）成90°。
4.按照权利要求1所述铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述压力柱装置（8）的高度为铸件高度的2~8倍，宽度为铸件典型壁厚的2~10倍，分布在距离铸件热节50~400mm处，压力柱装置（8）整体为空心长方体结构，且带有2°的拔模斜度。
5.按照权利要求1所述铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述横浇道（5）的长度超过铸件整体长度50~500mm，宽度为铸件典型壁厚的5~10倍，且宽度大于等于所述压力柱装置（8）的宽度。
6.按照权利要求1所述铝合金下注式浇注系统，其特征在于：所述冒口（7）高度为铸件高度的0.5~3倍，沿着铸件长度方向放置于热节处。
7.一种权利要求1所述铝合金下注式浇注系统的应用，其特征在于：所述浇注系统用于制备大尺寸、薄壁或结构复杂的铝合金铸件。
8.按照权利要求7所述的应用，其特征在于：大尺寸铸件是指轮廓尺寸超过1000mm的铸件。
9.按照权利要求7所述的应用，其特征在于：薄壁铸件是指典型壁厚小于20mm的铸件。
10.按照权利要求7所述的应用，其特征在于：制备所得铸件工艺出品率可提高10%~30%，工作效率提高1.5倍。
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