CN209110156U - 真空与压力结合的壳型铸造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种真空与压力结合的壳型铸造装置，旨在，提供一种高效率，高质量，高出品率，工艺灵活性大的壳型铸造方法该方法。本实用新型通过下述技术方案予以实现：将真空与压力结合的壳型铸造装置分为上下隔离的真空室和充压室，内置有多层浇铸单元的砂箱封闭在真空室负压场中在覆膜砂成型壳型中心构成的一个圆柱孔作为金属液的浇铸流道，其与升液管相接。浇铸时，同时对真空室抽真空，用压缩气体对充压室进行充压，金属液在两室压差的作用下通过升液管平稳上升，进入真空室内多层浇铸单元的立浇道，从下至上逐层对每个覆膜砂壳型的每个铸型型腔充型浇铸，待浇铸金属液沿升液管向上进入并充满真空室内的壳型型腔，完成对壳型的充型浇铸。

Description

真空与压力结合的壳型铸造装置

技术领域

本实用新型是关于金属铸造成型技术领域金属的浇铸，尤其但不是唯一涉及黑色金属钢的浇铸。主要涉及一种利用壳型铸造法铸造原理生产铸件类零件的铸造技术，具体涉及到真空和压力铸造同步实施的壳型铸造装置。

背景技术

铸件是把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后所得到的具有一定形状、尺寸和性能的物件。铸造精确成形是最节省的零件制造方法。复杂铸件的特点是型腔狭小，且弯弯曲曲，合金液充填过程中要多次改变流动方向，流程长，温度降低显著，由此液态金属液粘度的增大，粘滞力和表面张力增加，因而其充填阻力增大。把金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。浇注操作不当会引起浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹渣等铸件缺陷。金属的液态成型常称为铸造。它是将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。采用铸造方法获得薄壁铸件的关键在于解决金属液充型的问题。只有金属液完全填充铸型，才能够获得形状完整的铸件。而金属液填充铸型的路径和方式，有助于在铸件中形成有利的温度场和压力场并实现最佳的凝固方式，从而获得所需的凝固组织和铸件性能。铸造成形的方法主要分为砂型铸造和特种铸造两类。在砂型中生产铸件的铸造方法，称为砂型铸造。与砂型铸造不同的铸造方法称为特种铸造。特种铸造包括金属型铸，压力铸造，离心铸造，熔模铸造，低压铸造，陶瓷型铸造，连续铸造和挤压铸造等。金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法，其铸型用金属制成，可以反复使用多次(几百次到几千次)。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。金属型铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点，金属型铸造不用砂或者少用砂，铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定；工序简单，易实现机械化和自动化，生产效率高。也有不足之处，如金属型制造成本高、金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇注不足、但开裂或铸铁件白口等缺陷。铸造按金属液的浇注工艺分可为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造是指金属液在其他外力(不含重力)作用下注入铸型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。压力铸造压铸)的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型(压铸模具)型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。铸件尺寸精度高，表面光洁度好，强度和硬度较高，尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。压铸虽然有许多优点，但也有一些缺点，尚待解决。如：压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，铸件易产生气孔，不能进行热处理；对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；压铸型寿命较低。

在现有铸造技术中，砂型铸造是铸造中应用最广泛、最灵活的方法。既可用于单件、小批生产的手工造型，也可用于成批、大量生产的机器造型和自动生产线；既能浇注低熔点非铁金属及其合金液，又能浇注高熔点的铁液及钢液；铸件的尺寸可大可小，形状可简单亦可复杂。缺点：一型只能浇注一次，生产的工序较多，影响铸件品质的因素亦较多，铸件质量较差。砂型铸造的应用小件小批生产、不重要的零件、特大件。

覆膜砂铸造工艺是在成型的金属模具内腔上覆上一定厚度覆膜砂层而形成铸型的壳。覆膜砂因其具有流动性好、易成形，溃散性好、易清砂，产生铸件的尺寸精度高、表面质量好的特点，而广泛应用于液压阀门体等小而复杂的铸件上。用树脂砂制造薄壳铸型或壳芯可显著减少使用的型砂数量，获得的铸件轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确，可以不用机械加工或仅少量加工。因此壳型铸造特别适用于生产批量较大、尺寸精度要求高、壁薄而形状复杂的各种合金的铸件。壳型铸造使用模具采用顶住封闭式浇注系统，即直浇道、横浇道、内浇道均在铸件的上方，排气、避渣效果不好，铁水对型腔的冲刷较严重。若型腔内存在残余浮渣或型砂飞边，易被冲刷掉而堆积在铸件的上端部件，造成夹砂；铁水净化不彻底，残渣流进型腔不易排出，造成夹渣；铁水流入时，内浇道被铁水充满，型腔内气体不能全部有效排出，造成气孔。铸件凸台处存在缩松。并且壳型铸造使用的树脂价格昂贵，模板必须精密加工，成本较高，在浇注时还会产生有刺激性的气味，这在某种程度上限制了这种方法的广泛应用。

真空铸造一般分为真空吸铸和真空压铸两种形式，真空吸铸是利用负压将熔融金属吸入铸型(结晶器)，在型腔内造成真空，把金属由下而上地吸入型腔，进行凝固成形的铸造方法的铸造方法。其基本原理是利用真空系统装置，将与真空系统连接的结晶器(即铸型)，浸入金属液，在结晶器内造成负压，将熔融金属从坩埚吸入圆筒形石墨铸型或金属型中，抽真空使结晶器内成负压而将金属液吸入壁内通有循环冷却水结晶器，其中的金属液实现由外向中心的顺序凝固。当铸件的内浇道凝固后，去除负压，令竖浇道内未凝固的金属液返回坩埚流回熔池中，获得筒形铸件。结晶器(水冷金属型)的内壁周围用水冷却，结晶器下口埋入金属液中，其上口接真空系统，金属液在大气作用下升入结晶器内腔，结晶器内金属液由外向中心凝固，待凝固达到所要求的厚度时，将结晶器上口接通大气，结晶器中心未凝固的金属液下落回流至坩锅中，得到中空柱状铸件。由于真空吸铸的充型速度＜1m/s，而且铸型需预热，否则会产生冷隔、浇不足等缺陷。柱状铸件中空内壁不平度较大，内孔尺寸不易正确控制，不能生产形状复杂的铸件，且铸件的内表面不光滑，尺寸不易控制。

真空压铸是在压铸模型腔内建立一定的真空度后进行压铸，其真空度一般在50～80kPa范围内，金属在真空室中进行熔炼、浇注和结晶的铸造过程。这种铸造方法主要用于具有精巧细节的小零件或珠宝。它采用真空罩封闭整个压铸模，合模时真空罩将整个压铸模封闭，液态金属浇入压室后，利用压射冲头将压室密封，然后打开真空阀，将真空罩内空气抽出，待真空度达到要求时即可进行压铸。真空压铸由于压铸件在成形过程中裹入了弥散的空气，铸件在进行热处理时气体会膨胀而导致铸件表面变形。低压铸造能够生产质量要求较高的复杂铸件，但由于铸型中气体的存在，容易发生裹气、针孔缺陷。而且铸件的结晶凝固压力低(＜0.05MPa)，铸件的组织不够致密，达不到高性能铸件的要求。低压铸造工艺的铸件，其明显的缺点是：设备的密封系统易泄漏，液面加压系统精度差；升液管易腐蚀，管内的夹杂难以清除，而且升液管最上端易过早凝固堵塞，造成生产率、成品率下降。此外，低压铸造金属液结晶凝固压力低，不足以阻止金属液中的氢析出而产生针孔，因此不宜用于高致密度的铝合金铸件的生产。

熔模真空吸铸虽然具有生产组织灵活，便于小批量多品种的生产，产品气孔废品率较低，金属出品率较高的特点，但其不足之处是：

(1)模壳由多次涂覆涂料构成，质量不易稳定，且透气性远低于普通砂芯，因此仍存在较多的质量问题，如气化后的白模渣带来的夹渣；由于厚涂层发气带来的针孔、充型速度不足带来的重皮冷隔缺陷较多等；

(2)由于最高真空度不可能高于负的一个大气压，对于抽吸浇铸，金属液上升高度有限，对于比重较大的金属如不锈钢等，浇铸层数、吸铸高度受到极大限制。导致生产效率不高的问题。如果采用上铸则夹渣缺陷大幅度增加，同时增加的流浇道长度又失去了真空浇铸较高出品率的优势。

压力铸造highpressurediecasting(简称压铸)的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型(压铸模具)型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。压铸虽然有许多优点，但也有一些缺点，压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理；对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。高熔点合金(如铜，黑色金属)，压铸型寿命较低，不宜小批量生产，其主要原因是压铸型的制造成本高，小批量生产不经济。一般不再进行机械加工而直接使用。单纯的压力铸造最大的优势在于，可以获得很高的充型速度，特别是采用金属模生产，可获得很好的表面质量。这对于流动性差，充型性能不佳的镁铝合金可更好的充型，从而减少充型不全或重皮冷隔废品；但其不足之处是：对于熔化温度较高的金属铸造(如不锈钢)则难以采用金属模，而采用砂模，压力型腔对砂模排气又极为不利。由于压铸一般采用较高的充填速度，在喷射进入铸型时，高速金属液流产生漩涡，包裹空气，形成气孔和氧化夹杂等缺陷，降低了铸件的冶金品质和使用性能。通常的重力铸造很难实现对充型压力的良好控制，无论浇注系统设计得多么合理，都很难避免飞溅和紊流，易使铸件产生欠铸、疏松氧化夹杂等铸造缺陷。如果采用与重力方向相反的方向为金属液提供充型压力，使金属液由下至上反向充填进入型腔，则有可能实现对充型压力的准确控制。

目前，生产效率最高的铸造生产工艺当属潮模砂自动造型线工艺，特别是在钢铁铸件的生产领域；事先组配完成的覆膜砂壳型由机械手直接放入造型线压好的潮模砂型腔内，合模即可进行浇铸。但该工艺最难以克服的问题是，金属流不得不通过潮模砂流道才能进入覆膜砂壳型型腔成型。加之钢水从钢包倾倒时不可避免的下渣等问题，采用该工艺时各种类型的废品率均较高，加之潮模砂流浇道较长，采用该工艺的金属出品率难以大幅度提高。另一种是当前广泛采用的壳型重力铸造，虽然产品质量普遍高于潮模砂，也有较高的生产效率和金属出品率。但与压力浇铸和真空浇铸相比在产品质量和金属出品率上仍有差距。

目前，挤压铸造行业所使用的挤压铸造机大多由通用液压机改造而成。通用压力机生产的挤压铸造件基本上是凭经验手动浇注，手动浇注制件性能不稳定。由于通用液压机没有专门的浇注系统，常采用开模手动浇注方式。在手动浇注过程中，金属液从浇包或浇勺浇注到模具型腔的过程无法准确控制浇注速度，浇注过程中容易使金属液产生飞溅，同时在浇注过程中金属液容易产生卷气，使金属液发生氧化，从而严重影响挤压铸造制件质量，尤其在手动浇注的过程中无法进行精确定量浇注，只能凭借经验或在定量浇包等较为简单的方式，该方式劳动强度较大，获得的制件不能保证尺寸精度，生产效率较低，不适合大规模机械化生产。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种高效率，高质量，高出品率，工艺灵活性大的真空与压力同步实施的壳型铸造方法及其真空与压力结合的壳型铸造装置。

本实用新型的上述目的可以通过下述技术方案予以实现：一种真空与压力结合的壳型铸造装置，包括：制有上下隔离的真空室和充压室，内置有多层浇铸单元的砂箱封闭在真空室负压场中，盛放金属液的浇包置于充有压缩气体的充压室内，同时将真空室壳体底部装配的升液管插入浇包的金属液中；构成真空室的壳体下部制有压力腔仓盖，其与真空室下方的充压仓体上下合仓锁固后形成的内部空间构成充压室，充压室隔离在真空室的下方；其特征在于：上述砂箱内至少设有一组埋设在铸造砂中的多层浇铸单元，至少两个垂直叠加的覆膜砂壳型构成一组多层浇铸单元；每个覆膜砂壳型内设有一个贯穿其中的中空圆柱流道，围绕中空圆柱流道内制有至少两个铸型型腔，并且同组每个覆膜砂壳型的中空圆柱流道的通孔同轴相接构成立浇流道，并连通升液管作为金属液的浇铸主流道；每个多层浇铸单元都内制有一颗以立浇流道为主杆的浇铸树形浇铸流道系统；真空室封闭体向下移动到位与充压仓体合仓，通过压力腔仓盖法兰盘锁定，对充压仓体上部敞口法兰盘密封环槽装配的密封压缩，压力腔仓盖与充压仓体合仓锁固后，其内部空间形成具有密封环境的充压室，从而形成了真空与压力结合的壳型铸造装置。

采用本实用新型的优势在于：

效率高。本实用新型采用内置有至少一组多层浇铸单元14的砂箱3，砂箱3装配在真空室2 中，每组多层浇铸单元14由至少两个覆膜砂壳型1垂直叠加组成，每组多层浇铸单元14中有一个圆柱形通孔贯穿其中，连通每个覆膜砂壳型1构成立浇流道13并与升液管4相接；通过真空室2砂箱3内多组多层浇铸单元14分别对应连接多支升液管4的布置，能极大的提高砂箱3单箱铸型数量，浇铸更多的铸件，有效提高生产效率。在真空室2抽真空的同时由于采用充压室5对待浇铸金属液6施压，使真空室2为负压，充压室5为正压，有效增大了两室的压差，克服了熔模真空吸铸工艺吸铸高度不足的问题，连续作业，自动化程度高，不仅可大幅度提高浇铸的充型速度减少冷隔缺陷，也极大提高了真空室2内金属液面的可上升高度，因此可以在一个真空室2内，在高度方向布置更多的覆膜砂壳型1。通过充压室5底注方式将金属液6输送到真空室2内的铸型型腔12中，铸型型腔12中金属液处于正压力场作用下冷却凝固，缩松缺陷大为减少，力学性能明显提高。整个充型过程中液面上升平稳，不易产生自然对流，不易发生卷气，可以实现闭模浇注，从而提高铸件的质量和生产效率，其生产效率比采用熔模真空吸铸工艺生产提高10倍以上。

质量高。本实用新型将铸型置于真空室2负压场中，金属液6放在可控气压的充压室 5内，通过控制真空室2的真空度及充压室5的压力来控制充型速度，金属液在压力下进行结晶凝固，可使铸件致密、强度高，其强度性能比真空吸铸或重力铸造有较大的提高。比真空吸铸和重力铸造要高出20-30％，延伸率高出近50％。比传统的重力铸造、真空吸铸或低压铸造方法具有明显的优势。通过控制充压室的进气流量，得到不同的压差变化率，得到不同的充型速度，可以针对铸件不同的壁厚和复杂程度，选择不同的充型速度，得到完整健全的铸件。由于采用快速加压保压技术，使金属铸件内部缩松、缩孔很少，内部组织致密。可以对于不同的铸件厚度、不同的复杂程度可采用不同的工艺参数，得到合格的铸件产品。由于本实用新型充压仓体16为可密封并能承受一定压力及温度的中空结构体，浇铸前，把待浇铸的盛有金属液的浇包7放置其中。真空室2封闭体的底部制有压力腔仓盖15，真空室2封闭体通过液压传动或机械传动垂直向下移动到位并锁固，压力腔仓盖15对充压仓体16的上部敞口部分形成封闭，并压缩充压室5的密封8，压力腔仓盖15与充压仓体16合仓锁固后形成具有密封环境的充压室5，同时将升液管4插入浇包7的金属液中，从而形成至少包含了真空室2、置于真空室2内至少一组由多个覆膜砂壳型1垂直叠加构成的多层浇铸单元14、充压室5及升液管4共同组成的真空与压力结合的壳型铸造装置。由于升液管4插入金属液 6内部，避开了熔炼渣进入浇铸型腔的危险，大幅度降低了渣孔缺陷；铸件成型在真空状态完成，型腔内气阻大幅降低，改善了金属液的流动性，大幅度减少铸件的冷隔及气孔缺陷。金属液6在充压室5压力作用下，通过升液管4进入真空室2，提高了充型速度，缩短了金属液充型时间，减少浇包内金属液温度降低而产生夹杂、冷隔等缺陷，同时由于整个浇注过程中金属液不与外界空气接触减少氧化夹杂，提高成形制件的质量，金属铸件的合格率大幅提高，与重力铸造相比其铸件合格率提高10％以上。

充型能力强，出品率高。本实用新型采用内置有至少一组多层浇铸单元14，并将其装配在真空室2的砂箱3内，真空室2的下面设可密封充压的充压室5，真空室2的底部设置升液管4，充压室5内放置盛有金属液6的浇包7，升液管4插入金属液中。同时对真空室2 抽真空并对充压室5充压，真空室2抽真空，使型腔内为负压，通过控制真空室2与充压室 5之间的压差变化率，来精确控制金属液的充型速度，金属液6在两室压差的作用下沿升液管4平稳上升，进入多层浇铸单元14的立浇流道13，从下至上，逐层对每个覆膜砂壳型1 上的每个铸型型腔12实现平稳、快速的充型浇铸，并充满铸型型腔12，铸型型腔12中金属液处于正压力场作用下冷却凝固，显著提高铸件充型能力和补缩能力，对铸件性能有明显的改善，可以显著提高铸件的金属利用率，减少加工余量。两个相互隔离的内部气体压力独立可控的压室，以及实现气体压力调控的控制设备，下压室与上压室之间相互隔离，并实现两压室与外界气压的隔离。两压室同时以管道分别与正压力控制系统和负压控制系统相连，将气体导入或导出各压室，以实现压室内气压从负压到正压的精确控制，不仅能够实现正压的控制，还能够实现负压的控制。由于覆膜砂壳型1局部外表面构成金属流浇道结构，减少了专门流浇道的制作成本及由此带来的金属耗废，提高了金属出品率；由于浇铸完成后立即撤销真空室2 的负压及充压室5的正压，在重力作用下，立浇流道13及升液管4中的金属液可以迅速回流浇包7，将立浇流道13及升液管4中的金属液全部回收利用，由此进一步提高了金属出品率，工艺出品率可达90％。

工艺灵活性大。本实用新型采用真空室2的底部装配有升液管4并且其内置有至少一组由多个覆膜砂壳型1垂直叠加组成多层浇铸单元14，每组多层浇铸单元14中制有圆柱形通孔贯穿其中，连通升液管4，此圆柱形通孔即是多层浇铸单元14的立浇流道13；每组立浇流道13底部可以直接与各自的升液管4分别相接，也可以通过汇流砖18经流道汇流后与共用的升液管4相接。并由于对真空室2抽真空的同时对充压室5充压，增大了两室的压差，极大的提高了金属液面可上升高度，由此可以在一个真空室内，在高度方向布置更多的覆膜砂壳型1，工艺选择灵活，方便快捷。多层浇铸单元14与砂箱3之间以及多层浇铸单元14之间的空间及其间隙充满铸造砂17，填充铸造砂17的目的：1、增加覆膜砂壳型1的承压能力，2、固定多层浇铸单元14。因此，可以根据生产需要，灵活选择多层浇铸单元14的数量、叠加覆膜砂壳型1的层数、升液管4数量及连接方式，这种模块化的设计使得工艺选择灵活性很大。

本实用新型结合上述各种铸造方法的优点与一身，适于生产复杂薄壁铸件，在铸件强度性能上，比真空吸铸和重力铸造约提高20％～25％，延伸率则提高约50％。能有效减少铸件的气孔，提高铸件的密度1％以上。可实现金属铸造的高效率，高质量，高出品率。

附图说明

图1是本实用新型真空与压力结合的壳型铸造装置示意图。

图2是图1真空室2封闭体垂直移动的示意图。

图3是图1真空室砂箱的局部剖视图。

图4是图3覆膜砂壳型1构造示意图。

图5是图1是真空室砂箱双列多层覆膜砂壳型的实施例示意图。

图6是图1真空室砂箱多排多列多层覆膜砂壳型共用升液管的实施例示意图。

图中：1覆膜砂壳型，2真空室，3砂箱，4升液管，5充压室，6金属液，7浇包，8 密封，9充压口，10抽真空口，11中空圆柱流道，12铸型型腔，13立浇流道，14多层浇铸单元，15压力腔仓盖，16充压仓体，17铸造砂，18汇流砖，19交汇孔底部最低高度线，20 型腔顶部冒口高度线，21浇道夹角，22内浇道。

下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，有必要指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本实用新型的内容作出一些非本质的改进和调整，均应视为本实用新型的保护范围。

具体实施方式

参阅图1-图2。在以下描述的实施例中，一种真空与压力结合的壳型铸造装置，包括：制有上下隔离的真空室2和充压室5，内置有多层浇铸单元14的砂箱3封闭在真空室2负压场中，盛放金属液的浇包7置于充有压缩气体的充压室5内，同时将真空室2壳体底部装配的升液管4插入浇包7的金属液中；构成真空室2的壳体下部制有压力腔仓盖15，其与真空室2下方的充压仓体16上下合仓锁固后形成的内部空间构成充压室5，充压室5隔离在真空室2的下方；上述砂箱3内至少设有一组埋设在铸造砂17中的多层浇铸单元14，至少两个垂直叠加的覆膜砂壳型1构成一组多层浇铸单元14；每个覆膜砂壳型1内设有一个贯穿其中的中空圆柱流道11，围绕中空圆柱流道11内制有至少两个铸型型腔12，并且每个覆膜砂壳型1的中空圆柱流道11的通孔同轴相接构成立浇流道13，并连通升液管4作为金属液6的浇铸主流道；每个多层浇铸单元14都内制有一颗以立浇流道13为主杆的浇铸树形浇铸流道系统；真空室2封闭体向下移动到与充压仓体16合仓，通过压力腔仓盖15法兰盘锁定，对充压仓体16上部敞口法兰盘密封环槽装配的密封8压缩，压力腔仓盖15与充压仓体16合仓锁固后，其内部空间形成具有密封环境的充压室5，从而形成了真空与压力结合的壳型铸造装置。

充型浇铸可以通过控制充压室5的进气流量，得到不同的压差变化率和不同的充型速度，可以针对铸件不同的壁厚和复杂程度，选择不同的充型速度，得到完整健全的铸件。

参阅图3-图4。浇铸树以立浇流道13为主杆，以内浇道22为浇铸树的树枝，以铸型型腔12为浇铸树的树叶形成浇铸树，每颗浇铸树的主杆立浇流道13上设有通向铸型型腔12，向下倾斜的树枝状弯曲的内浇道22；至少两个垂直叠加层叠的覆膜砂壳型1，其内部形成一颗围绕立浇流道13主杆的多层伞形树状浇铸流道系统的浇铸树。

树枝状弯曲的内浇道22自铸型型腔12向上倾斜与立浇流道13形成交汇孔，向上倾斜的内浇道22与立浇流道13母线形成的浇道夹角21小于30度。

内浇道22与立浇流道13的交汇孔底部最低高度线19高于铸型型腔12顶部冒口高度线20，以确保立浇流道13中金属液向下回流时，每个覆膜砂壳型1铸型型腔12内充填满的金属液不会流失。

至少由两个内制有至少两个装有砂芯的铸型型腔12垂直叠放的覆膜砂壳型1构成一组多层浇铸单元14，由覆膜砂壳型1内部制有的中空圆柱流道11叠加贯通组合成一端封闭另一端连通升液管4的立浇流道13，并且每组多层浇铸单元14垂直叠加多个覆膜砂壳型1。

覆膜砂壳型1中容纳金属液体的铸型型腔12通过内浇道22与立浇流道13连通，充入铸型型腔12内的金属液冷却凝固后形成铸造零件。

具体地，盛放金属液的浇包7置于充有压缩气体的充压室5内，同时将真空室2壳体底部装配的升液管4插入浇包7的金属液中；其中，砂箱3内设至少一组埋设在铸造砂17中的多层浇铸单元14，每个覆膜砂壳型1内设一个贯穿其中的中空圆柱流道11，每个覆膜砂壳型1中制有至少两个围绕其中空圆柱流道11并与之相通的铸型型腔12，并且至少两个垂直叠加的覆膜砂壳型1构成一组多层浇铸单元14；同组每个覆膜砂壳型1的中空圆柱流道11 的通孔同轴相接构成立浇流道13，并连通升液管4作为金属液6的浇铸主流道；浇铸时，同时通过抽真空口10对真空室2抽真空并通过充压室5壳体上的充压口9对充压室5充入压缩气体，逐步建立真空室2及充压室5之间的压差，通过控制真空室2与充压室5之间的压差变化率来精确控制金属液的充型速度，金属液6在两室压差的作用下通过升液管4平稳上升，进入真空室2内多层浇铸单元14的立浇流道13，从下至上逐层对每个覆膜砂壳型1的每个铸型型腔12实现平稳、快速的充型浇铸，并充满每个铸型型腔12，保持上下两室压差或继续提升压差，使铸型型腔12中金属液处于正压力场作用下冷却凝固。多个覆膜砂壳型1的中空圆柱流道11在垂直方向叠加贯通，形成金属液的立浇流道13。多个覆膜砂壳型1垂直叠放组成一组多层浇铸单元14。图4剖视的是内制有两个铸型型腔12的覆膜砂壳型1，其中空圆柱流道11由两个铸型的局部外表面构成。在一个覆膜砂壳型1上可以围绕其中空圆柱流道 11构建多个铸型型腔12；因此减少了专门流浇道的制作成本及浇铸时的金属液耗废。

参阅图5-图6。真空室2同列安装多组多层浇铸单元14和/或同排安装多组这种多层浇铸单元14，并且每组多层浇铸单元14的立浇流道13底部直接与各自的升液管4分别相接。

多层浇铸单元14其在砂箱3中的布置形式为：可以是图5、图6所示一排二列的多层浇铸单元14，二组多层浇铸单元14。砂箱3内多层浇铸单元14的布置形式也可以是一排二列、二排二列的、三排二列的、三排三列的其中一种。即可以是四组多层浇铸单元14、六组多层浇铸单元14、九组多层浇铸单元14的布置形式

砂箱3内置的多层浇铸单元14的布置形式是一排二列、二排二列的四组多层浇铸单元14)、三排二列的六组多层浇铸单元14)、三排三列的九组多层浇铸单元14)，多种布置形式的其中一种。

多个覆膜砂壳型1重叠组成一组多层浇铸单元14的构成方式可以是由图5所示的至少由两个内制有至少两个装有砂芯的铸型型腔12垂直叠放的覆膜砂壳型1构成一组多层浇铸单元14，由覆膜砂壳型1内部制有的中空圆柱流道11叠加贯通组合成一端封闭另一端连通升液管4的立浇流道13，并且每组多层浇铸单元14垂直叠加多个覆膜砂壳型1。真空室2可以同列安装多组多层浇铸单元14，也可以同排安装多组这种多层浇铸单元14，并且每组多层浇铸单元14的立浇流道13底部可以直接与各自的升液管4分别相接。图5仅示出了一排二列的多层浇铸单元14。

两组并列多层浇铸单元14的立浇流道13下端通过汇流砖18内的U型流道贯通汇流，并与一支升液管4相接，两组多层浇铸单元14固定在填充了铸造砂17的砂箱3中。

并列多层浇铸单元14的两个立浇流道13通过汇流砖18汇流后与共用的升液管4相接，升液管4插入浇包7的金属液中，浇包7中的金属液在充压室5的压力作用下，沿升液管4上升通过汇流砖18内的U形流道分流进入并列的立浇流道13；泄压后，在重力作用下，立浇流道13中的金属液通过汇流砖18的U型流道汇流，流入共用的升液管4中，通过升液管4回流到充压室5的浇包7内，完成对每个立浇流道13及升液管4中金属液的回收。

每个多层浇铸单元14的立浇流道13底部直接与各自的升液管4分别相接，或通过埋入汇流砖18形成汇流通路，汇流后通过共用的升液管4相接；浇铸时，浇包7中的金属液6通过共用的升液管4，通过汇流砖18内的U形流道分流进入多排多列的多层浇铸单元14的各自立浇流道13，逐层对每个覆膜砂壳型1进行充型浇铸。

多个垂直叠加覆膜砂壳型1所构成的多排多列浇铸单元14，可以是由如图5所示的多个中空圆柱流道11贯通连接形成多层浇铸单元14的立浇流道13，每个多层浇铸单元14的立浇流道13底部可以直接与各自的升液管4分别相接，也可以通过如图6所示的方式埋入汇流砖18形成汇流通路，汇流后通过共用的升液管4相接。浇铸时，浇包7中的金属液6通过共用的升液管4，通过汇流砖18内的U形流道分流进入多排多列的多层浇铸单元14的各自立浇流道13，逐层对每个覆膜砂壳型1进行充型浇铸；充型浇铸完成后，解除真空室2的负压以及充压室5的正压，在重力作用下，每个立浇流道13中的金属液通过汇流砖18内的U 形流道汇流到共用的升液管4中，通过升液管4回流到充压室5的浇包7内，完成对每个立浇流道13及升液管4中金属液的回收。

充压室5为一可密封并能承受一定压力及温度的中空结构体，浇铸前，把待浇铸的盛有金属液的浇包7放置其中。真空室2壳体的底部制有压力腔仓盖15，浇铸开始前，把内置有至少一组多层浇铸单元14砂箱3的真空室2封闭体通过液压传动或机械传动垂直向下移动到位并锁固，压力腔仓盖15对充压仓体16的上部敞口部分形成封闭，并压缩充压仓体16的密封8，压力腔仓盖15与充压仓体16合仓锁固后形成具有密封环境的充压室5，同时使升液管4插入金属液6中，形成完整的真空与压力结合的壳型铸造装置系统。浇铸开始，对两压室同步进行抽真空和充压缩气体，真空室2由于抽真空逐渐建立真空度，同时向充压室5内导入压缩气体，使充压室5内的气压逐渐增大，在上下压室间逐渐形成压差，通过控制真空室2与充压室5之间的压差变化率，来精确控制金属液的流速及充型速度，由下向上反重力方向将浇包7内的金属液6沿升液管4吸压入上部真空室2的铸型型腔12中进行充型浇铸，金属液 6通过多排多列多层浇铸单元14的各自立浇流道13逐层进入所有的铸型型腔12并平稳充满型腔。充型完毕后仍保证上下压室之间的压差，或保持上压室的真空度并对下压室继续升压，进一步提高上下两室的压差，在覆膜砂壳型1强度允许的范围内，尽量提高上下两室的压差，这样不仅可以有效避免金属液回流，同时可为铸型型腔12内的金属液完成凝固补缩作用提供驱动力；当凝固过程中形成的固相骨架不能承受外加的压力时，其间形成的缩松或缩孔也可能被压实而消失，显著提高铸件的致密度，保证其冶金品质及力学性能的提高。充型浇铸完成后，待铸型型腔12内的金属液完全凝固后，即可卸除压力，解除真空室2的负压以及充压室5的正压，在重力作用下，立浇流道13及升液管4中的金属液通过升液管4回流到充压室5的浇包 7内，完成对立浇流道13及升液管4中金属液的回收。

上述浇包7的外壳体通常是由铸钢或铸铁制作，其内壁衬以耐火材料后制成。用来盛装高温金属液体。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (11)

1.一种真空与压力结合的壳型铸造装置，包括：制有上下隔离的真空室(2)和充压室(5)，内置有多层浇铸单元(14)的砂箱(3)封闭在真空室(2)负压场中，盛放金属液的浇包(7)置于充有压缩气体的充压室(5)内，同时将真空室(2)壳体底部装配的升液管(4)插入浇包(7)的金属液中；构成真空室(2)的壳体下部制有压力腔仓盖(15)，其与真空室(2)下方的充压仓体(16)上下合仓锁固后形成的内部空间构成充压室(5)，充压室(5)隔离在真空室(2)的下方；其特征在于：上述砂箱(3)内至少设有一组埋设在铸造砂(17)中的多层浇铸单元(14)，至少两个垂直叠加的覆膜砂壳型(1)构成一组多层浇铸单元(14)；每个覆膜砂壳型(1)内设有一个贯穿其中的中空圆柱流道(11)，围绕中空圆柱流道(11)内制有至少两个铸型型腔(12)，并且同组每个覆膜砂壳型(1)的中空圆柱流道(11)的通孔同轴相接构成立浇流道(13)，并连通升液管(4)作为金属液(6)的浇铸主流道；每个多层浇铸单元(14)都内制有一颗以立浇流道(13)为主杆的浇铸树形浇铸流道系统；真空室(2)封闭体向下移动到位与充压仓体(16)合仓，通过压力腔仓盖(15)法兰盘锁定，对充压仓体(16)上部敞口法兰盘密封环槽装配的密封(8)压缩，压力腔仓盖(15)与充压仓体(16)合仓锁固后，其内部空间形成具有密封环境的充压室(5)，从而形成了真空与压力结合的壳型铸造装置。

2.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：真空室(2)封闭体通过液压传动或机械传动实现整体垂直上下移动；充型浇铸完成后，解除真空室(2)的负压以及充压室(5)的正压，在重力作用下，立浇流道(13)及升液管(4)中的金属液通过升液管(4)回流到充压仓体(16)中的浇包(7)内，完成对立浇流道(13)及升液管(4)中金属液的回收。

3.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：浇铸树以立浇流道(13)为主杆，以内浇道(22)为浇铸树的树枝，以铸型型腔(12)为浇铸树的树叶形成浇铸树；并且每组多层浇铸单元(14)的立浇流道(13)底部直接与各自的升液管(4)分别相接，或通过汇流砖(18)经流道汇流后与共用的升液管(4)相接。

4.如权利要求3所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：每颗浇铸树的主杆立浇流道(13)上设有通向铸型型腔(12)，向下倾斜的树枝状弯曲的内浇道(22)，至少两个垂直叠加层叠的覆膜砂壳型(1)，其内部形成一颗围绕立浇流道(13)主杆的多层伞形树状浇铸流道系统的浇铸树。

5.如权利要求4所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：树枝状弯曲的内浇道(22)自铸型型腔(12)向上倾斜与立浇流道(13)形成交汇孔，向上倾斜的内浇道(22)与立浇流道(13)母线形成的浇道夹角(21)小于30度；并且内浇道(22)与立浇流道(13)的交汇孔底部最低高度线(19)高于铸型型腔(12)顶部冒口高度线(20)，以确保立浇流道(13)中金属液向下回流时，每个覆膜砂壳型(1)铸型型腔(12)内充填满的金属液不会流失。

6.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：由覆膜砂壳型(1)内部制有的中空圆柱流道(11)叠加贯通组合成一端封闭另一端连通升液管(4)的立浇流道(13)，并且每组多层浇铸单元(14)垂直叠加多个覆膜砂壳型(1)；覆膜砂壳型(1)中容纳金属液体的铸型型腔(12)通过内浇道(22)与立浇流道(13)连通，充入铸型型腔(12)内的金属液冷却凝固后形成铸造零件。

7.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：真空室(2)同列安装多组多层浇铸单元(14)和/或同排安装多组这种多层浇铸单元(14)，并且每组多层浇铸单元(14)的立浇流道(13)底部直接与各自的升液管(4)分别相接。

8.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：砂箱(3)内置的多层浇铸单元(14)的布置形式是一排二列、二排二列、三排二列、三排三列的其中一种。

9.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：两组并列多层浇铸单元(14)的立浇流道(13)下端通过汇流砖(18)内的U型流道贯通汇流，并与一支升液管(4)相接，两组多层浇铸单元(14)固定在填充了铸造砂(17)的砂箱(3)中。

10.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：升液管(4)插入浇包(7)的金属液(6)中，浇包(7)中的金属液(6)在充压室(5)的压力作用下，沿升液管(4)上升通过汇流砖(18)内的U形流道分流进入并列的立浇流道(13)；泄压后，在重力作用下，立浇流道(13)中的金属液通过汇流砖(18)的U型流道汇流。

11.如权利要求1所述的真空与压力结合的壳型铸造装置，其特征在于：每个多层浇铸单元(14)的立浇流道(13)底部直接与各自的升液管(4)分别相接，或通过埋入汇流砖(18)形成汇流通路，汇流后通过共用的升液管(4)相接；浇铸时，浇包(7)中的金属液(6)通过共用的升液管(4)，通过汇流砖(18)内的U形流道分流进入多排多列的多层浇铸单元(14)的各自立浇流道(13)，逐层对每个覆膜砂壳型(1)进行充型浇铸。