CN1613578A - 一种调压铸造方法及调压铸造用坩埚 - Google Patents

Abstract

一种真空调压铸造方法及调压铸造用坩埚，将铸型及液态金属分别置于上密封室及坩埚内，同时对二者抽真空，真空度均达到要求时，向坩埚内充入惰性气体或压缩空气，使液态金属在可调的压差下沿着升液管压入型腔；当充型完成后，在保持对真空罩继续抽真空条件下，对坩埚内压力进行调压，使其压力从负压迅速转变为正压，并维持设定的正压值；当铸件凝固结束后，立即对坩埚卸压、对真空罩卸真空，打开真空罩取出铸型，完成成型过程。调压用坩埚包括坩埚体，水冷法兰，调压管路接口。该技术提高型腔的排气能力，保证金属液在较大压力下结晶凝固，增强铸件的补缩效果，密封性好，可靠性高，适于各种铝基复合材料和铝合金铸件。

Description

一种调压铸造方法及调压铸造用坩埚

技术领域

本发明属于特种铸造领域，尤其涉及一种适用于各种铝合金材料，各种材料的铸型，特别适用于成型困难的大型复杂结构的铝基复合材料和发气量大的树脂砂型的真空调压铸造技术。

背景技术

在专利文件CN 1034876A中公开了一种调压铸造方法，该方法是在一定真空度条件下，将液态金属沿反重力方向压入型腔，充型完成后，在保持充型压力差不变的条件下同时将上下密封室压力升高，使铸件的凝固环境从负压迅速向正压转变。该方法在保压过程中，将上密封室压力从负压转变为正压，使上下密封室的压力差仅仅维持在充型完成时的水平，铸件的补缩压力较小，补缩能力有限，铸件易产生缩孔、缩松，难以获得致密铸件；同时，铸件凝固过程中，上密封室的正压力将影响排气，尤其对于发气量大的树脂砂型，所发的大量气体无法顺利、及时排除，而是在较大的压力作用下以原子形式融入液态金属中，铸件出模后，随着压力及温度的降低，气体在金属液中的溶解度急剧下降，气体由原子态转变为分子形式，在铸件中形成针孔，最终影响铸件质量。

在专利文献CN 2204209Y中公开了一种真空加压铸造装置，该设备较好地解决了铸型的排气问题，设备投资小，并简化模具制造，适用于大、中型薄壁复杂的金属型铸造。在此基础上，专利文献CN 2471451Y又报道一种真空和保护气体循环加压铸造装置，该装置可有效防止气孔、夹杂、缩松的产生。此两项技术基本适用于调压铸造方法，都是将炉体或炉体外的罐体作为下密封室。将炉体作为下密封室具有三点局限性，首先，对炉体密封难度大，对密封室抽真空时，真空度达到-0.04MPa后，难再降低，下密封室内剩余的气体容易随金属液进入铸型，影响铸件质量；其次，对炉体或炉体外的罐体进行压力调节，调压空间较大，延长调压时间，影响成型过程关键时刻调压的快速性与及时性，且增加能耗；第三，若直接对炉体抽真空，易发生真空放电现象，威胁人员及设备安全，增加炉体的维修负担。

发明内容

本发明所解决的技术问题：现有调压铸造方法中保压压力较小，铸件补缩能力有限，以及下密封室密封困难，调压空间大的技术问题。

本发明的技术方案：

一种调压铸造方法，将铸型及液态金属分别置于上密封室及坩埚内，同时对上密封室及坩埚抽真空；当真空度达到要求时，向坩埚内充入惰性气体，使液态金属沿着升液管压入型腔；充型完成后，在保持上密封室真空度不变的条件下，对坩埚内压力进行调压，使其压力从负压迅速转变为正压，并维持在设定的正压值上；当铸件凝固完成后，立即对坩埚卸压，对上密封室卸真空。所述的下密封室为置于炉体中的坩埚内腔与工作台下平面所密封的空间。

该铸造方法在真空条件下以较小的可调压差充型，提高了型腔的排气能力并减少充型过程液态金属的紊流和卷入气体；保压过程中，维持上密封室的真空度，对坩埚进行调压的方法相比于现有的调压铸造方法，保证了铸件在更大的压力下结晶凝固，大大增强了铸件的补缩能力，并防止凝固过程中，各种发气材料所发气体的侵入。因此，本发明适用于各种铝合金，特别适用于成型困难的大型复杂结构的铝基复合材料和铝合金铸件，铸型材料可以为壳型、水玻璃砂型和发气量大的树脂砂型等。

一种调压铸造用坩埚，其坩埚包括坩埚体和水冷法兰，水冷法兰焊接在坩埚体的上端，在水冷法兰的上表面设置隔热石棉槽及密封槽，水冷法兰内部设一空腔用于循环水的冷却，水冷法兰的外沿设循环水的进水接口和出水接口，坩埚气路接口设在坩埚体的上部。

本发明的有益效果：

1.大大提高铸件的凝固压力，增强铸件排气能力及补缩能力，可获得结构更复杂，组织更致的铸件；

2.将坩埚内腔与工作台下平面所密封的空间作为下密封室，密封效果好，真空度可达-0.1MPa，且减小对炉体的破坏作用。

3.直接对坩埚内压力进行调压，调压空间小，增强系统反应的快速性与及时性，并减小能耗；

4.上密封室及坩埚与气路部件间采用钢丝PVC管连接，炉体具有倾翻装置，结构简单、能灵活，方便清理坩埚内剩余的液态金属。

附图说明

图1调压铸造设备示意图。

图2调压铸造用坩埚结构示意图。

图3调压铸造用坩埚俯视图。

图4树脂砂型铝基复合材料铸件的成型工艺曲线。

图中：1升液管，2坩埚体，3炉体，4炉板，5坩埚气路接口，6上密封室气路接口，7工作台，8上密封室，9铸型压紧装置，10铸型，11密封罼，12工作台锁紧栓，13密封罩锁紧栓，14炉体倾翻机构，15炉体支座，16钢丝PVC管，17过滤器，18压力传感器，19卸压管，20上密封室卸压阀，21上密封室真空阀，22坩埚真空阀，23钢管，24惰性气源，25真空罐，26钢丝PVC管，27过滤器，28压力传感器，29卸压管，30坩埚卸压阀，31调压管，32压力调节阀，33水冷法兰接口，34隔热石棉槽，35橡胶密封圈槽，36橡胶密封圈，37坩埚气路法兰，38密封夹，39进水接口，40出水接口，41电阻丝，42橡胶密封圈，43石棉圈。

具体实施方式

一种调压铸造用坩埚，该坩埚包括坩埚体2和水冷法兰33。水冷法兰焊接在坩埚体的上端，在水冷法兰33的上表面设置隔热石棉槽34及橡胶密封圈槽35，水冷法兰内部设一空腔用于循环水的冷却，水冷法兰33的外沿设循环水的进水接口39和出水接口40，坩埚气路接口5设在坩埚体2的上部。

坩埚体2材料为1Cr18Ni9Ti，水冷法兰33材料为A3；坩埚由坩埚体2和水冷法兰33焊接后，经45分钟的4kg/cm²充水压无渗漏。

坩埚气路接口5由无缝钢管与法兰焊接而成，无缝钢管的另一端与坩体2焊接，无缝钢管的材料为1Cr18Ni9Ti。

本发明的调压铸造设备包括：炉体3固定在炉体支座15上，炉体倾翻机构14固定在炉体3上，炉板4固定在炉体3上。通过炉体倾翻机构，灵活，方便地清理坩埚内剩余的液态金属。

隔热石棉43和橡胶密封圈42，分别置于坩埚的水冷法兰33的隔热槽34和密封槽35中，通过坩埚的水冷法兰将坩埚安放在炉体3内，用固定在炉体3上的工作台锁紧栓12与工作台7连接，将坩埚固定。

升液管1置于工作台7的定位环中，采用泥密封。

铸型10置于工作台7上，密封罩1扣于其上，并坐在工作台7上，通过密封罩锁紧栓13将密封罩11固定在工作台7上，拧紧固定于密封罩11上的铸型压紧装置9，将铸型10固定。

上密封室8的气路：钢丝PVC管16的一端接上密封室气路接口6，其另一端经过滤器17、压力传感器18、上密封室卸压阀20的一端、上密封室真空阀21、坩埚真空阀22的一端及钢管23与真空罐25连接。上密封室卸压阀20的另一端接卸压管19。

坩埚2的气路：坩埚气路法兰37的一端与坩埚气路接口5的法兰连接，其另一端与钢丝PVC管26的一端用密封夹38连接，钢丝PVC管26的另一端经过滤器27、压力传感器28、坩埚卸压阀30的一端、卸压管29、坩埚真空阀22的另一端、压力调节阀32与惰性气源24连接。坩埚气路接口5的法兰与坩埚气路法兰37间设橡胶密封圈42密封。调压管31的另一端接卸压管29。

水冷法兰33的进水接口39及出水接口40，用于对橡胶密封圈42进行循环水冷却。

一种调压铸造方法，以树脂砂型生产SiC颗粒增强铝基复合材料大型复杂铸件为具体实施方式，对本发明作进一步说明。该铸件的轮廓尺寸为800mm×800mm×160mm，最大壁厚100mm，最小壁厚10mm，内腔结构复杂。

图2为该实施方式的成型工艺曲线。图中实线及虚线分别表示铸件成型过程中坩埚及上密封室内压力的变化曲线。ab段为坩埚及上密封室降压过程；bc段维持真空度，等待浇注信号；cdf段为真空调压过程，其中cd段为液态金属充型过程，df段为坩埚升压过程；fg段为恒压凝固过程；ce段表示铸件充型、坩埚升压及铸件凝固过程中，上密封室始终保持真空度不变；gh段及eh段为坩埚及上密封室卸压过程。

调压铸造过程：

将铸型10及液态金属分别置于上密封室11及坩埚内，同时对上密封室11及坩埚抽真空；使二者真空度均达到-0.1MPa，并维持不变；当充型开始后，在保持上密封室11真空度不变的条件下，对坩埚内压力进行调压：向坩埚内充入氩气，使坩埚内的压力以0.004MPa/s的速率，从-0.1MPa上升为-0.04MPa，并维持该压力值不变，此过程中液态金属沿着升液管1压入型腔；当液态金属充型完成后，在保持上密封室11真空度为-0.1MPa的条件下，将调压速率增加到0.008MPa/s，使坩埚内压力迅速升至0.1MPa，并维持不变至铸件凝固完成后，立即对坩埚及上密封室11卸压，当坩埚及上密封室11都达到常压时，打开上密封室11，取出铸型10，转动炉体倾翻机构14的手轮，使炉体3连同坩埚倾转，将坩埚内的剩余金属液倒出、回收，完成成型全过程。坩埚内升压后并维持不变的压力设定值是越大越好，限制在设备的承受能力范围内。

Claims (7)

1.一种调压铸造方法，该方法是将铸型及盛有液态金属的坩埚分别置于上密封室及下密封室内，同时对上、下密封室抽真空；真空度达到要求后，在维持上密封室真空状态下，向下密封室充入惰性气体或压缩空气，使液态金属沿反重力方向压入型腔；充型完成后，同时对上、下密封室调压，使铸件在压力下凝固；凝固完成后，将上、下密封室压力卸至常压，打开上密封室，取出铸型，回收剩余金属液，完成成型全过程，其特征是：充型完成后，在保持上密封室真空度不变的条件下，对下密封室进行调压，使其压力从负压迅速转变为正压，并维持在设定的正压值上。

2.根据权利要求1所述的调压铸造方法，其特征是：所述的下密封室为置于炉体中的坩埚内腔与工作台下平面所密封的空间。

3.根据权利要求1所述的调压铸造方法，其特征是：压力从负压迅速转变为正压，其设定的正压值小于设备承受能力。

4.根据权利要求1所述的调压铸造方法，其特征是：对上下密封室抽真空，其真空度为-0.1MPa。

5.一种调压铸造用坩埚，其特征是：坩埚包括坩埚体(2)和焊接在其上端的水冷法兰(33)，在水冷法兰(33)的上表面设置隔热石棉槽(34)及橡胶密封槽(35)，水冷法兰内部为空腔，用于循环水的冷却，水冷法兰(33)的外沿设循环水的进水接口(39)和出水接口(40)，坩埚路接口(5)设在坩埚体(2)的上部。

6.根据权利要求5所述的一种调压铸造用坩埚，其特征是：坩埚体(2)材料为1Cr18Ni9Ti，水冷法兰(33)材料为A3；坩埚由坩埚体(2)和水冷法兰(33)焊接而成，焊后充水压4kg/cm²，经45分钟无渗漏。

7.据权利要求5所述的一种调压铸造用坩埚，其特征是：坩埚气路接口(5)由无缝钢管与法兰焊接而成，无缝钢管的另一端与坩埚体(2)焊接，无缝钢管的材料为1Cr18Ni9Ti。

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