CN117696838A - 一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及铝合金铸造技术领域，特别是涉及一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具及其使用方法。该模具以所述管道型铸件的轴线方向为转轴实现倾转浇注，并在管体两端的法兰位置分别设计第一冒口和第二冒口，在第一冒口和第二冒口之间设计与浇口盆相对应的第一浇道和第二浇道；该模具利用倾转浇注机对模具的翻转功能，设计以管道长度方向为转轴进行浇注，并根据模具在浇注过程中转动的特性，设计浇注系统的结构，使金属液在型腔内的轨迹为从管体两端的第一冒口、第二冒口进浇并在中间位置汇流，从而缩短了金属液的进浇距离及充型时间，在该倾转铸造模具及工艺下，获得的铝合金管体铸件产品无内部质量问题，密封性能良好，且生产效率高、稳定性好。

Description

一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具及其使用方法

技术领域

本申请涉及铝合金铸造技术领域，特别是涉及一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具及其使用方法。

背景技术

管道型铸件是一种常见的铸件类型，在汽车发动机、转向器及工业压缩机等系统中均有应用。通常情况下，其结构为：管体壁厚一致；管体中有一到两处的弯头设计；管体的两端有法兰结构，用于与对手件装配，所以此处的管体壁厚增大。管道型铸件因其功能需要，常伴有密封要求，对铸件的内部质量要求较高，另外，带有弯管结构的管道型铸件受结构影响，易在铸造及热处理工序中发生变形。

因管道型铸件的上述结构特点，在铸造工艺中，管体内部绝大多数情况下需要使用砂芯来成型，特别是尺寸较长及有弯头结构的产品。铸造工艺多为重力砂型或金属型铸造，前者因铸型能重复利用，需要在砂型造型、准备上花费大量的时间；后者多设计与管道平行的直浇道，使金属液从管体的一端进浇，在多层横浇道的辅助下，逐步填充至管体的另一端，端面法兰处常设置尺寸较大的冒口，用于局部厚大位置的补缩，如管体较长，金属液的填充行程较长，易产生浇不足、冷隔、氧化夹渣、排气不良等缺陷。如产品的壁厚较薄，管体型铸件还可以采用熔模精铸工艺，但该工艺成本较高，不适用用于大批量或者低附加值的产品生产。

因此，设计一款适用于铝合金管道型铸件的生产效率高、成本低的铸造模具及工艺十分有必要。

需要说明的是，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是在重力金属型铸造的基础上，提供一种铝合金管道铸件的重力倾转模具及其使用方法，利用倾转浇注机对模具的翻转功能，设计以管道长度方向为转轴的金属型铸造模具，根据模具在浇注过程中转动的特性，设计浇注系统的结构，使金属液在型腔内的轨迹为从管体两端进浇并在中间位置汇流，从而缩短金属液进浇距离及模具型腔的充型时间，在该倾转铸造模具及工艺下，获得的铝合金管体铸件产品无内部质量问题，密封性能良好，且生产效率高、稳定性好。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具，所述管道型铸件包括管体，所述管体包括直管段和分别布置于所述直管段两端的第一弯管段、第二弯管段，所述管体的两端分别布置有第一法兰结构和第二法兰结构，该模具以所述直管段的轴线方向为转轴实现倾转浇注，并在对应所述第一法兰结构、第二法兰结构的位置分别设计第一冒口和第二冒口，在所述第一冒口和第二冒口之间设计与浇口盆相对应的第一浇道和第二浇道，所述第一浇道的底部、第二浇道的底部分别连通所述第一冒口、第二冒口；在该模具的倾转起始位置，所述管道型铸件与各浇道、冒口呈水平布置，在该模具的倾转终止位置，所述直管段位于模具的最下方，各浇道、冒口均位于所述直管段的上方。该模具由倾转起始位置向倾转终止位置转动的过程中，金属液由所述第一浇道、所述第二浇道进入，分别从所述第一冒口、第二冒口进浇，并在所述管体的中间位置汇流。

通过浇注系统的结构设计，结合模具的倾转特性，使金属液由第一浇道、第二浇道同时进入模具，首先填充第一冒口和第二冒口，再随着模具的转动，逐渐向产品的中间位置汇流填充，从而缩短了金属液的填充时间和距离，提高了生产效率。

第二方面，本申请提供一种上述第一方面的重力倾转模具的使用方法，其中，该模具还包括用于成型所述管道型铸件内部结构的砂芯，该模具的使用方法包括以下步骤：

（1）在倾转起始位置，模具开模，操作者根据模具型腔内的芯头位置，放入砂芯；

（2）在倾转起始位置，模具合模，操作者手动或控制机械手自动舀金属液倒入模具的浇口盆，金属液的量与模具的型腔体积相当；

（3）启动模具的倾转设备，以匀速将模具从倾转起始位置倾转至倾转终止位置，在此过程中，金属液从浇口盆经过第一浇道、第二浇道进入模具型腔，并根据各个浇道、冒口的设计结构逐渐完成充型；

（4）充型完成后，开启冷却系统，以实现从管体远离所述第三冒口的位置首先开始凝固，凝固方向指向各冒口及辅助浇道的凝固顺序；

（5）产品完全凝固后，模具在倾转设备带动下，回到倾转起始位置并开模，顶出铸件及包裹其中的砂芯；

（6）取出铸件及砂芯，进行下一模的操作。

本申请的有益效果是：

以管体长度方向为转轴实现倾转浇注，高度便于操作人员进行操作；

金属液为从管体两端的法兰结构的冒口处同时进浇，且模具以管体长度方向为转轴实施倾转浇注，使金属液需要填充的距离大大缩短，有利于避免冷隔、浇不足等充型问题，同时也减少二次氧化夹杂的风险；

金属液在管体中间位置汇流，此处设计冒口即可在充型时溢流排气，消除金属液的汇流风险，又可在凝固时提供补缩；

设计各个辅助浇道使产品及浇、冒口系统形成了闭环，使金属液凝固时向内收缩，后续热处理时刻保留浇、冒口系统，避免产品的变形，待时效处理后锯切去除浇、冒口系统即可。

附图说明

图1根据本申请的一些实施例，示出了铝合金管道型铸件的重力倾转模具在倾转起始位置的结构示意图；

图2根据本申请的一些实施例，示出了铝合金管道型铸件的重力倾转模具在倾转终止位置的结构示意图；

图3根据本申请的一些实施例，示出了模具浇注系统的结构示意图；

图4根据本申请的一些实施例，示出了重力倾转模具的剖面结构示意图；

图5根据本申请的一些实施例，示出了铸件及冷却系统的结构示意图；

图6根据本申请的一些实施例，示出了铸件及冷却系统另一方向的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请的技术特征和优点作更详细的说明，以使本申请的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所示的技术特征的重要性。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图6，为本申请实施例提供的一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具的结构示意图。该管道型铸件包括管体和布置于管体两端的法兰结构，管体包括：直管段101以及布置于直管段101两端的第一弯管段102、第二弯管段103；法兰结构包括连接第一弯管段102的第一法兰结构104和连接第二弯管段103的第二法兰结构105。本实施例的重力倾转模具在重力金属型铸造的基础上，利用倾转浇注机对模具的翻转功能，设计以管体直管段101的轴线方向为转轴，模具在浇注过程中由0°位置（水平，如图1所示）向90°位置（垂直，如图2所示）倾转（图1中箭头方向），在转动过程中，金属液由浇口盆212注入模具的浇口，并逐渐填满模具型腔，实现充型。本实施例根据模具的倾转特性，对模具的浇注系统进行设计，使金属液在型腔中的轨迹为从两端的法兰结构处进浇，并在管体的中间位置汇流，以此来缩短金属液的进浇距离及模具型腔的填充时间；同时，在金属液的汇流处及铸件的厚大位置相应设计冒口系统，来实现排气补缩；另外，根据铸件及浇注系统的结构设计了水冷系统，来调节金属液在型腔中的凝固顺序，从而控制铸造节拍。最终，在该倾转铸造模具及工艺下，获得的产品无内部质量问题，密封性能良好，其生产效率高、稳定性好。

请参阅图3，该模具的浇注系统具体包括分别对应第一法兰结构104、第二法兰结构105布置的第一冒口205和第二冒口206，第一冒口205、第二冒口206的根部尺寸分别与第一法兰结构104、第二法兰结构105的法兰外轮廓一致，且两个冒口的顶部尺寸按法兰轮廓的2.5-3倍放大，冒口高度为法兰厚度的4-5倍，以保证两个冒口的补缩能力；由于本申请实施例设计以管体长度方向为转轴实现倾转浇注，管体两端的距离较远，为实现金属液能够从第一冒口205、第二冒口206同时进浇，在第一冒口205、第二冒口206两者之间的内侧设计第一浇道203和第二浇道204，两个浇道的方向分别由第一冒口205、第二冒口206向浇口盆212的中心倾斜，从而避免浇口盆212由于跨度太大而损失金属液的浇注温度及增加氧化。

金属液从管道型铸件的两端进浇，最终在管体的中间位置（也即直管段101处）汇流，汇流会产生气体、氧化渣，同时由于此处汇流位置远离两端法兰结构的冒口，凝固时得不到充分补缩，所以本申请实施例在该汇流处设计了第三冒口207，为金属液在汇流位置提供补缩排气。优选的，第三冒口207沿直管段101的长度方向延伸布置，且在结构允许的前提下尽量覆盖直管段101的长度，第三冒口207的根部延伸长度应至少大于直管段101长度的1/2。同时，第三冒口207的根部厚度约为直管段101管体壁厚的1.5-2倍，且第三冒口207的壁厚沿高度方向逐步增加，上述设计是为了在保证补缩效果的同时避免冒口根部厚度过大而产生内部缩孔缩松，影响产品本体质量。

在第一浇道203/第二浇道204与第三冒口207之间设计分别第一辅助浇道209与第二辅助浇道210，第一辅助浇道209自第一浇道203的底部向第三冒口207的顶部延伸，且，第一辅助浇道209与第三冒口207顶部的交汇位置高于第一辅助浇道209与第一浇道203底部的交汇位置；相应的，第二辅助浇道210自第二浇道204的底部向第三冒口207的顶部延伸，且第二辅助浇道210与第三冒口207顶部的交汇位置高于第二辅助浇道210与第二浇道204底部的交汇位置。通过上述设计，在模具的倾转初期，金属液达不到第一辅助浇道209/第二辅助浇道210与第三冒口207顶部的交汇位置，不会对第三冒口207进行浇注，在倾转后期，管道产品的主体已完成充填，此时金属液的高度达到第一辅助浇道209/第二辅助浇道210与第三冒口207顶部的交汇位置，才为第三冒口207提供来自浇口盆212的高温金属液，即完成“点冒口”动作，从而提高了第三冒口207内金属液的温度，即提高其对直管段101的补缩能力。

本实施例中，在管体的某些局部厚大结构位置，还可以设计第四冒口208，用于为厚大结构位置提供补缩。第四冒口208可以设计为暗冒口，完全在模具内部，不与外部结构联通。

在一些实施方式中，如管体的弯管段弧长较长，还可以设计辅助浇道来连接浇道与该弯管段，充型时为该弯管段提供高温金属液，凝固时为其提供补缩，从而消除该弯管段的内部质量缺陷。本实施例，在第一弯管段102与第一浇道203之间设计了第三辅助浇道211，第三辅助浇道211连接第一弯管段102与第一浇道203，为第一弯管段102提供排气补缩。

为了与浇注系统配合，使金属液进入模具型腔后实现顺序凝固，本申请实施例对该模具的冷却系统进行了设计，具体包括：

直管段水冷系统：当模具倾转结束时，直管段101位于模具的最下方，浇、冒口系统均在直管段101水平位置以上，直管段101的底部最先凝固，考虑到管道的壁厚一致，在模具对应直管段101的位置分别设计第一水冷结构213与第二水冷结构214，第一水冷结构213/第二水冷结构214分别包括布置于直管段101上、下侧的至少一排水冷管，对直管段101进行多点水冷，点冷距离管体约15mm-20mm，用于调节模具的温度梯度，使产品实现自下而上的凝固；

冒口水冷系统：在对应第一冒口205、第二冒口206的位置分别设计第一冒口水冷结构215和第二冒口水冷结构216；第一冒口水冷结构215/第二冒口水冷结构216可以分别包括沿第一冒口205、第二冒口206环布的多个水冷管，用于对第一冒口205、第二冒口206进行多点水冷；这两处水冷系统主要在管道型铸件的两个法兰结构凝固后开启，用于缩短第一冒口205/第二冒口206的凝固时间，提高生产效率。

另外，还可以在第三辅助浇道211对应的位置布置第三水冷结构217对其进行水冷；由于第四冒口208为暗冒口，用于为局部厚大位置补缩，可以不设计冷却系统。

请参阅图4，本实施例的重力倾转模具在结构上包括上模201与下模202，上模201与下模202合围后内部形成用于成型管道型铸件的模具型腔，管体的中空内部则通过砂芯300来成型，砂芯300通过第一芯头301、第二芯头302和第三芯头303安置于模具内。

本实施例的重力倾转模具，其操作过程如下：

1）在倾转起始位置（0°位置），模具开模，操作人员根据模具型腔内的芯头位置，放入砂芯300；

2）在倾转起始位置（0°位置），将模具合模，操作人员手动或者控制机械手自动从坩埚内舀金属液倒入模具的浇口盆212，金属液的量与模具的型腔体积相当；

3）启动固定模具的倾转设备，以匀速在10s-15s内将模具从0°的起始位置倾转至90°的终止位置，在此过程中，金属液从浇口盆212经第一浇道203/第二浇道204进入模具型腔，并根据本实施例中模具的浇、冒口设计完成充型；

4）充型完成后，开启冷却系统，按指定时间开启对应结构的水冷，并持续相应时间；具体的冷却开启和结束时间设计为：第二水冷结构（214）在充型完成时即刻开启，持续到管道主体凝固完成，即30s-45s；充型结束后45s-70s开启第一结构水冷（213）及第三辅助浇道（211）的第三水冷结构（217），前者持续到第三冒口（207）凝固，即120s-150s，后者持续到第三辅助浇道（211）凝固，即50s-70s；第一法兰结构（104）及第二法兰结构（105）凝固后，即充型结束后100s-150s后，开启第一冒口水冷结构（215）和第二冒口水冷结构（216），用于加速对应冒口的凝固速度，缩短生产节拍，持续冷却时间为50s-100s；各水冷开启的持续时间可参考模流分析的凝固结果；

5）产品完全凝固后，模具在倾转设备的带动下，回到0°的倾转起始位置并开模，模具的顶料系统将铸件及包裹在其中的砂芯300顶出；

6）操作人员取出铸件及砂芯300，进行下一模的操作。

充型过程中，金属液自浇口盆212同时通过第一浇道203和第二浇道204进入管道型铸件的第一弯管段102和第二弯管段103；随着模具倾转动作的完成，一方面第一弯管段102内的金属液与第二弯管段103内的金属液在直管段101汇合，并开始填充第三冒口207，另一方面当直管段101及第一弯管段102、第二弯管段103充型完成后，金属液继续填充第一冒口205和第二冒口206，最后通过第一辅助浇道209与第二辅助浇道210继续填充第三冒口207，为其提供高温金属液。

充型完成后，在冷却系统的作用下，管道型铸件的凝固顺序为：直管段101及第一弯管段102、第二弯管段103中远离第三冒口207的位置首先开始凝固，凝固方向指向第一冒口205、第二冒口206、第三冒口207及第三辅助浇道211，从而在去除浇冒口系统后得到管体及第一法兰结构104和第二法兰结构105无内部收缩缺陷的致密产品。

本申请实施例的重力倾转模具利用模具的倾转特性，通过设计浇、冒口系统，使金属液从管体两端冒口进浇，在管体的中间位置汇流，从而大大缩短金属液的填充距离和时间，有利于避免各种充型问题，提高铸件的成形质量；各个辅助浇道的设计使产品及浇、冒口系统形成闭环，凝固时内向收缩，后续热处理时保留浇、冒口系统，避免产品变形，待时效处理后锯切去除浇、冒口系统。本实施例的重力倾转模具及工艺，可以大大提高管道型铸件的成形质量和生产效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”、“一些实施例”、“示例性地”、“示例”、“优选地”、或“进一步的”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金管道型铸件的重力倾转模具，该管道型铸件包括管体，所述管体包括直管段（101）和分别布置于所述直管段（101）两端的第一弯管段（102）、第二弯管段（103），所述管体的两端分别布置有第一法兰结构（104）和第二法兰结构（105），其特征在于，该重力倾转模具以所述直管段（101）的轴线方向为转轴实现倾转浇注，并在对应所述第一法兰结构（104）、第二法兰结构（105）的位置分别设计第一冒口（205）和第二冒口（206），在所述第一冒口（205）和第二冒口（206）之间设计与浇口盆（212）相对应的第一浇道（203）和第二浇道（204），所述第一浇道（203）的底部、第二浇道（204）的底部分别连通所述第一冒口（205）、第二冒口（206）；该模具由倾转起始位置向倾转终止位置转动的过程中，金属液由所述第一浇道（203）、所述第二浇道（204）进入，分别从所述第一冒口（205）、第二冒口（206）进浇，并在所述管体的中间位置汇流。

2.根据权利要求1所述的重力倾转模具，其特征在于，在所述直管段（101）的对应位置设计第三冒口（207），在所述第一浇道（203）和第三冒口（207）之间、所述第二浇道（204）和第三冒口（207）之间分别设计第一辅助浇道（209）和第二辅助浇道（210），且，所述第一辅助浇道（209）与所述第三冒口（207）顶部的交汇位置高于所述第一辅助浇道（209）与所述第一浇道（203）底部的交汇位置，所述第二辅助浇道（210）与所述第三冒口（207）顶部的交汇位置高于所述第二辅助浇道（210）与所述第二浇道（204）底部的交汇位置。

3.根据权利要求2所述的重力倾转模具，其特征在于，所述第三冒口（207）根部的延伸长度至少大于所述直管段（101）长度的1/2。

4.根据权利要求3所述的重力倾转模具，其特征在于，所述第三冒口（207）的根部厚度为所述直管段（101）壁厚的1.5-2倍，且，所述第三冒口（207）的壁厚从根部到顶部逐渐增加。

5.根据权利要求2所述的重力倾转模具，其特征在于，所述第一浇道（203）、第二浇道（204）的方向分别由所述第一冒口（205）、所述第二冒口（206）向所述浇口盆（212）的中心倾斜。

6.根据权利要求2所述的重力倾转模具，其特征在于，在所述管道型铸件的局部厚大结构位置对应设计第四冒口（208），所述第四冒口（208）设计为暗冒口。

7.根据权利要求2所述的重力倾转模具，其特征在于，在所述第一浇道（203）与第一弯管段（102）之间和/或所述第二浇道（204）与所述第二弯管段（103）之间分别设计第三辅助浇道（211）、第四辅助浇道，所述第三辅助浇道（211）连通所述第一浇道（203）与所述第一弯管段（102），所述第四辅助浇道连通所述第二浇道（204）和所述第二弯管段（103）。

8.根据权利要求3所述的重力倾转模具，其特征在于，该模具还包括冷却系统，所述冷却系统包括直管段水冷结构，所述直管段水冷结构包括分别布置于所述直管段上、下方的至少一排第一水冷点，所述第一水冷点距离所述直管段的距离为15-20mm。

9.根据权利要求8所述的重力倾转模具，其特征在于，所述冷却系统还包括冒口水冷结构，所述冒口水冷结构包括分别对应于所述第一冒口（205）、所述第二冒口（206）布置的第一冒口水冷结构（215）和第二冒口水冷结构（216），所述第一冒口水冷结构（215）、第二冒口水冷结构（216）分别包括环绕所述第一冒口（205）、第二冒口（206）间隔布置的多个第二水冷点。

10.根据权利要求7所述的重力倾转模具的使用方法，该模具还包括用于成型所述管道型铸件内部结构的砂芯（300），其特征在于，该模具的使用方法包括以下步骤：

（1）在倾转起始位置，模具开模，操作者根据模具型腔内的芯头位置，放入砂芯（300）；

（2）在倾转起始位置，模具合模，操作者手动或控制机械手自动舀金属液倒入模具的浇口盆（212），金属液的量与模具的型腔体积相当；

（3）启动模具的倾转设备，以匀速将模具从倾转起始位置倾转至倾转终止位置，在此过程中，金属液从浇口盆（212）经过第一浇道（203）、第二浇道（204）进入模具型腔，并根据各个浇道、冒口的设计结构逐渐完成充型；

（4）充型完成后，开启冷却系统，使铸件的凝固顺序为：从所述直管段（101）及所述第一弯管段（102）、第二弯管段（103）管体远离所述第三冒口（207）的位置首先开始凝固，凝固方向分别指向所述第一冒口（205）、所述第二冒口（206）、所述第三冒口（207）及所述第三辅助浇道（211）；

（5）产品完全凝固后，模具在倾转设备带动下，回到倾转起始位置并开模，顶出铸件及包裹其中的砂芯（300）；

（6）取出铸件及砂芯（300），进行下一模的操作。