CN211614214U

CN211614214U - 一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置

Info

Publication number: CN211614214U
Application number: CN201922124853.7U
Authority: CN
Inventors: 毛红奎; 尹智; 何炀; 贾喆; 徐宏; 侯击波
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2029-12-02

Abstract

本实用新型公开了一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，采用相同的材料铸件模型和通气道模型，通气道模型与铸件模型连接采用泡沫陶瓷块；制作石膏型时将铸件模型和通气道模型预先放入，待铸件模型熔化时，通气道自然形成；镁合金在负压条件下浇注，待浇注完毕后，进行增压凝固或者是在大气条件下凝固。在解除负压条件或者增压凝固时，使气体通过通气道，对铸件进行冷却；该装置可以改变铸型的温度分布，提高铸件的冷却速度，有利于实现顺序凝固，提高铸件质量。

Description

一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置

技术领域

本实用新型一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，属于铸造装置技术领域。

背景技术

镁合金大型铸件大多采用砂型铸造，在砂型内混入硫粉，可以起到阻燃作用，但是砂型铸造难以生产高精度薄壁铸件，因此，研究工作者对石膏型镁合金铸造开展了很多研究工作，集中于镁合金阻燃方面，主要原因是镁合金在液态温度下会与石膏发生激烈的放热反应，一旦反应开始，将不会停止，直至镁合金全部反应完毕。专利“一种用于铸造镁合金的石膏型配方及其制备方法”(201110325509.X)采用磷石墨有效地防止了镁合金氧化；但其石膏型的强度较差，在铸造过程中容易产生掉渣和落粉。专利“一种镁合金铸造陶瓷石膏复合铸型的制备工艺”（201310043031.0）采用复合铸型防止镁合金熔体与石膏型工作面发生反应，复合铸型面层以锆溶胶为粘结剂，电熔白刚玉粉为耐火材料，烧结后形成陶瓷型壳。专利“一种复杂镁合金结构件的制造方法”（201711141341 .0）采用3D打印制作模型，在模型表面先刷涂锆溶胶，然后撒上刚玉砂，固化得到固化白玉砂的模型然后将固化白玉砂的模型放入砂箱，浇灌石膏浆料，得到石膏模型，该专利方法同样采用隔离的方法解决石膏型与镁液直接接触的问题。溶胶容易产生憋气，在镁合金铸造过程中，镁溶液容易产生气化，溶胶在高温下容易与镁合金反应。

除了解决提高镁液的冷却速度，也能降低镁合金与石膏型反应的问题，专利“一种石膏型散热装置”（公开号：CN104275442A，申请号：CN201310285877.5）在石膏型内预埋金属散热片，大大提高石膏型整体散热效果，减少了铸造铝液的内外温差，铸件冷却速度提高，但是急冷过程受金属散热片形状和位置限制，冷却效果不佳。

在镁合金石膏型铸造中，公开号CN104209497A的专利申请：一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法，同样采用了在热节部位放置不定型冷铁的方法提高铸型的冷却速度，不定形冷铁的混合料组份以质量百分比计为苯酚树脂、甲苯磺酸、硼酸、膨润土、铬铁矿砂，而后在罐内充含有SF₆的干燥空气或CO₂气氛，实施真空浇注和增压凝固，采用该方法一方面受冷铁形状和位置的限制，另一方面还需要进行配置混合料组分，既不方便又容易造成排气不畅，最终在铸件内形成气孔。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，该装置可以改变铸型的温度分布，有利于实现顺序凝固，提高铸件质量。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，包括设置有压力罐端盖的压力罐，所述压力罐连接有真空罐和混合气罐，所述压力罐底部设置有增压进气口，增压进气口连接混合气罐；所述压力罐内设置有底板，所述底板上设置有套箱，所述套箱内设置有石膏型、铸件型腔、浇冒系统、通气道和通气道管嘴；所述的通气道设置有多个开口；所述套箱上设置有浇注口、通气口和多个开口，所述套箱的开口均连接通气道的开口，并与压力罐连通；

所述的铸件型腔、浇冒系统和通气道均位于石膏型内部，所述的铸件型腔与通气道之间采用泡沫陶瓷块连接固定，铸件型腔一侧连接浇冒系统，浇冒系统与套箱的浇注口粘接；通气道末端通过通气道管嘴与套箱的通气口粘接，通气道与套箱的侧壁采用连接块粘接；

所述的混合气罐连接有两路混合器管路和两个阀门：第一混合气阀门和第二混合气阀门；两路混合器管路中一路通往增压进气口，增压进气口通过通气道管嘴连接通气道；另一路混合器管路与套箱的浇注口连接；

所述的底板通过底板支撑连接压力罐内底部。

所述的压力罐上还设置有压力表、真空表、泄压阀，所述的泄压阀上设置有压力传感器。

所述的压力罐内还设置有浇包，所述的浇包悬挂于浇注位置的浇注口上方。

所述的真空罐和混合气罐上均设置有开关阀门。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型采用与铸件模型相同的材料制作用于散热的通气道，待铸件模型熔化时，散热通气道自然形成，散热通气道与铸型采用多孔泡沫刚玉陶瓷块（以下简称泡沫陶瓷块）连接，将泡沫陶瓷块置于金属液最后到达部位，在浇注过程中起到排气作用，防止铸型出现憋气现象。散热通气道的截面积与泡沫陶瓷块的截面积比为0.5-5：1，泡沫陶瓷块的空隙率为50-150目/英寸。

镁合金在2～8KPa（绝对压强）的负压条件下浇注铸型，待浇注完毕后，进行增压凝固或者是在大气条件下凝固。在解除负压条件或者增压凝固时，使混合气体通过冷却散热通道，对铸型进行冷却，提高铸件的冷却散热速度，从而提高铸件的性能。

采用本实用新型方法能够提高镁合金充型能力、降低铸件内部出现缩孔缩松，通过用于散热的冷却通道的位置和气流速度，控制铸件冷却速度，获得致密度较高的镁合金铸件。

本实用新型方法在石膏型中通过预先放入通气道蜡模，待蜡模去除后，会形成通气道的空腔，在增压过程中，将增压气体流过该通气道，可以起到对铸型冷却散热的作用，从而改变铸型的温度分布。通气道蜡模可以做成任何形状，甚至能够放置于铸件型腔内部，冷却散热能力可调，通过调整通气道蜡模的形状和位置、尺寸，调整铸件的凝固顺序，有利于实现顺序凝固，提高铸件质量，本实用新型适用于镁合金的石膏型方法铸造，能调整铸件的凝固顺序，使铸件趋于顺序凝固，有利于冒口的补缩，提高铸件的成品率。

附图说明

图1为本装置的结构示意图。

图中，1-压力表，2-真空表，3-压力罐端盖，4-压力罐，5-通气道，6-铸件型腔，7-石膏型，8-浇包，9-连接块，10-套箱，11-泡沫陶瓷块，12-底板，13-通气道管嘴，14-底板支撑，16-混合气罐，17-真空罐，18-泄压阀，19浇口杯，20-浇冒系统，21第一混合气阀门，22第二混合气阀门，23-增压进气口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明，但是本实用新型的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本实用新型构思的改变或等同替代均包括在本实用新型的保护范围之内。

一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，包括设置有压力罐端盖3的压力罐4，所述压力罐连接有真空罐17和混合气罐16，所述压力罐4底部设置有增压进气口23，增压进气口25连接混合气罐16；所述压力罐2内设置有底板12，所述底板上设置有套箱10，所述套箱内设置有石膏型7、铸件型腔6、浇冒系统20、通气道5和通气道管嘴13；所述的通气道5设置有多个开口；所述套箱10上设置有浇注口、通气口25和多个开口，所述套箱的开口均连接通气道5的开口，并通向压力罐4内部；

所述的铸件型腔6、浇冒系统20和通气道5均位于石膏型7内部，所述的铸件型腔6与通气道5之间采用泡沫陶瓷块11连接固定，铸件型腔一侧连接浇冒系统，浇冒系统与套箱10的浇注口粘接；通气道5末端通过通气道管嘴13与套箱10的通气口25粘接，通气道5与套箱10的侧壁采用连接块9粘接；

所述的混合气罐连接有两路混合器管路和两个阀门：第一混合气阀门21和第二混合气阀门22；两路混合器管路中一路通往增压进气口23，增压进气口23通过通气道管嘴连接通气道5；另一路混合器管路与套箱10的浇注口连接；

所述的底板12通过底板支撑14连接压力罐内底部。

所述的压力罐4上还设置有压力表1、真空表2、泄压阀18，所述的泄压阀上设置有压力传感器。

所述的压力罐4内还设置有浇包8，所述的浇包悬挂于浇注位置的浇注口上方。

所述的真空罐17和混合气罐16上均设置有开关阀门。

实施例1

一种镁合金铸件石膏型精密铸造方法，采用相同的材料铸件模型和通气道模型，通气道模型与铸件模型连接采用泡沫陶瓷块；所述的泡沫陶瓷块为多孔泡沫刚玉陶瓷块。所述的泡沫陶瓷块置于金属液最后到达的部位，在浇注过程中起到排气作用，防止铸型出现憋气现象。

制作石膏型时将铸件模型和通气道模型预先放入，待铸件模型和通气道模型熔化时，通气道自然形成；所述铸件模型和通气道模型均优选为蜡制模型。

镁合金在2～8KPa（绝对压强）的负压条件下浇注铸型，待浇注完毕后，进行增压凝固或者是在大气条件下凝固。在解除负压条件或者增压凝固时，使气体通过通气道，对铸件进行冷却，提高铸件的冷却散热速度，从而提高铸件的性能。

一种镁合金铸件石膏型精密铸造方法，包括以下步骤：

1）利用铸造模拟仿真技术，设计用于散热的通气道模型；

2）制做铸件蜡模、浇冒系统蜡模及通气道蜡模，将铸件蜡模、浇冒系统蜡模、浸满蜡的泡沫陶瓷块11、通气道蜡模以及通气道管嘴蜡模粘接成蜡树，将蜡树置于石膏铸型套箱10内；

3）铸造石膏粉内添加2-10%的20～100目的石墨颗粒和2-8%的硼酸，加入25～35%的水，制备石膏浆料；

4）将套箱10、组装后的蜡树及底板12置入压力罐，通气道管嘴蜡模连接压力罐的增压进气口23；抽真空，使压力罐压力为10²-10³Pa，石膏型浆料在真空条件下搅拌5-20分钟，然后浇灌石膏浆料；

5）浇注后的石膏型放置12-24小时定形后，放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧，得到内部有通气道5、通气道管嘴13、铸件型腔6、浇冒系统20的成形石膏型，焙烧工艺按照石膏型铸造工艺手册选取；在浇冒系统出口处（即套箱的浇注口处）安装浇口杯19；

6）焙烧后的石膏型，在温度为200～300℃时推入压力罐，将石膏型中的通气道通过通气道管嘴13与增压进气口23连接，套箱10与压力罐的底板12固定；所述的通气道设置有多个开口，多个开口之间连通套箱底部的通气口和压力罐内腔。

7）将壶嘴形浇包8内装入700-780℃的镁合金金属液，浇包内加覆盖剂，并悬挂于浇注位置；

8）关闭压力罐端盖3，并锁死；

9）压力罐连接上真空罐17和混合气罐，混合气罐连接有两路混合器管路和两个阀门：第一混合气阀门21和第二混合气阀门22；两路混合器管路中一路通往增压进气口13，通过通气道管嘴连接通气道；另一路混合器管路通往铸件型腔，可以通过浇冒系统连接铸件型腔。

打开真空罐阀门，将真空罐内压力降为10²～10³Pa，同时与真空罐连通的压力罐内压力也将为10²～10³Pa；打开第二混合气阀门22，将混合气罐16内的SF₆混合气体通过浇注口、浇冒系统注入铸件型腔，然后再抽真空，重复操作2-3次后，浇注铸件；

10）待铸件结壳后迅速第一混合气阀门21，SF₆混合气体沿着通气道进入压力罐，使压力罐内的压力为1～6×10⁵Pa时，停止通气加压并开始保压；当罐内压力超过规定值时打开泄压阀18，排出部分气体，使压力罐内的压力始终处于规定值1～6×10⁵Pa；直到铸件完全凝固时，关闭进气阀，并将压力罐内压力卸掉，打开压力罐端盖3，取出铸件，浇注完毕。

所述铸造石膏粉内添加的石墨颗粒还可以被铁粉取代。

通气道的横截面积与泡沫陶瓷块的横截面积比为0.5-5：1。

泡沫陶瓷块的空隙率为50-150目/英寸。

镁合金金属液在绝对压强为2～8KPa的负压条件下浇注铸型。

所述的SF₆混合气体为体积分数为0.5%～10%SF₆与90%～99.5%CO₂的混合气体；或0.5%～10%SF₆与90%～99.5%N₂的混合气体。

所述压力罐内通过真空罐进行抽真空，通过真空表进行真空度监控，通过混合气罐进行增压，通过泄压阀进行泄压，通过压力表进行压力检测。所述浇注口设置在套箱顶部、通气道入口设置在套箱底部。

实例2：

（1）将铸件蜡模、浇冒系统蜡模、多孔刚玉板蜡模、通气道蜡模等组成蜡树，置于套箱内，

（2）将套箱10、组装好的蜡树置入真空罐，通气道末端按照通气口位置与底板粘接，确保通气口位置安装正确；按照65%铸造石膏粉、4%硼酸、27%水、4%铁粉比例配置石膏浆料，在真空条件下搅拌5分钟后浇灌石膏浆料；

（3）浇注后的石膏型放置24小时定型后，放入焙烧炉进行脱蜡和焙烧；

（4）焙烧完后，石膏型冷却至200-300℃时，将石膏型推入压力罐，将石膏型中通气道与增压进气口对应，套箱10与底板12固定；

（5）将浇包4内装入750℃的ZM5镁合金金属液，并在液面撒上覆盖剂，并悬挂于浇注位置；

（6）关闭压力罐门11，并锁死；

（7）打开真空罐阀门17，将真空罐内压力降到5×10³Pa，第二混合气阀门22，将SF6混合气体（0.5%～10%SF₆与CO₂的混合气体）通过浇注口、浇冒系统注入铸件型腔，然后再抽真空，重复操作2次后，浇注铸件；

（8）浇注完铸件后，等待30s，打开第一混合气阀门21，SF₆混合气体沿着增压进气口13进入通气道，通气道连通压力罐，当压力罐压力为3×10⁵Pa时，关闭混合气罐阀门，停止加压并开始保压10-20min，直到铸件完全凝固时，打开泄压阀18，将压力卸掉，并打开压力罐端盖3，取出铸件，浇注完毕。

本实用新型不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。

Claims

1.一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，其特征在于，包括设置有压力罐端盖的压力罐，所述压力罐连接有真空罐和混合气罐，所述压力罐底部设置有增压进气口，增压进气口连接混合气罐；所述压力罐内设置有底板，所述底板上设置有套箱，所述套箱内设置有石膏型、铸件型腔、浇冒系统、通气道和通气道管嘴；所述的通气道设置有多个开口；所述套箱上设置有浇注口、通气口和多个开口，所述套箱的开口均连接通气道的开口，并与压力罐连通；

所述的混合气罐连接有两路混合器管路和两个阀门：第一混合气阀门和第二混合气阀门；两路混合器管路中一路通往增压进气口，增压进气口通过通气道管嘴连接通气道；另一路混合器管路与套箱的浇注口连接。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，其特征在于，所述的底板通过底板支撑连接压力罐内底部。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，其特征在于，所述的压力罐上还设置有压力表、真空表、泄压阀。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，其特征在于，所述的压力罐内还设置有浇包，所述的浇包悬挂于浇注口上方。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金铸件石膏型精密铸造装置，其特征在于，所述的真空罐和混合气罐上均设置有开关阀门。