一种低压充型高压凝固铸造装置与铸造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低压充型高压凝固铸造装置与铸造方法，可用于反重力铸造机或挤压铸造机中；本发明专利技术装置包括带有型腔的铸型、金属熔体升液通道，及可上下移动的分流锥，分流锥在升液阶段对金属熔体起到分流导向以及压实过滤网的作用，使金属熔体以层流方式平稳充型。充型结束后，分流锥下行压住浇口套，形成密封结构，封闭浇口套与模腔的金属熔体入口。此后对金属熔体进行高增压，使金属熔体在高压下凝固，压力范围可达0.1MPa～160Mpa，避免了缩孔缩松、夹杂夹渣等缺陷。同时对分流锥形状进行了结构优化设计，保证了金属熔体低压可控稳定充型和高压凝固成型。加压机构对型腔内的金属熔体施加的同时升液通道内的金属熔体不会形成凝壳，延长了设备使用寿命。

Low pressure filling high pressure solidification casting device and casting method

The invention discloses a low pressure filling high pressure solidification casting device and a casting method, which can be used in an anti gravity casting machine or a squeeze casting machine. The invention includes a mold with a cavity, a molten metal passage of a metal melt, a shunt cone moving up and down, and a distributary guide of a metal melt in the ascending order section. The function of the compacted filter net makes the molten metal smoothly fill in laminar flow. After the filling is finished, the runner cone is pressed downwards to form the sealing structure, sealing the gate sleeve and the metal melt inlet of the mold cavity. After the high pressure of metal melt, the molten metal solidified under high pressure, the pressure range can reach 0.1MPa ~ 160Mpa, avoiding the defects such as shrinkage porosity and shrinkage, inclusion and slag inclusion. At the same time, the structure optimization design of the diverter cone is carried out, which ensures that the metal melt can be controlled and stabilized at low pressure and solidified by high pressure. The pressurized mechanism can not solidified the molten metal in the liquid lift channel when the metal melt is applied to the cavity, which prolongs the service life of the equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种低压充型高压凝固铸造装置与铸造方法
本专利技术涉及铸造
，尤其是涉及一种可实现低压可控充型、高压凝固成型的铸造装置与铸造方法。
技术介绍
轻量化是燃油汽车节能减排、新能源汽车降耗增程的最重要途径之一，以铝合金等轻量化材料代替传统的钢铁材料，已成为汽车设计更新换代的必然选择。用于汽车上的铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金，铸造铝合金占据主导，占汽车用铝量的80％左右，主要用于制造发动机、离合器壳体、车轮、底盘件等零部件。随着铸造技术的发展，更多的零部件采用低压铸造、差压铸造、调压铸造等反重力铸造方法，以及挤压铸造等方法成型。低压铸造、差压铸造、调压铸造等反重力铸造方法的基本原理是用低压气体驱动坩埚或保温炉内的金属熔体，使其通过升液管上升并进入模具型腔，充型结束后用低压气体通过坩埚让铸型内金属熔体完成在压力作用下的凝固和补缩。在充型阶段需要金属熔体尽可能平稳地填充铸型，以避免紊流卷气带来的气孔和夹杂缺陷；而在充型完成以后，则希望尽可能增加铸型内压力以避免或减少由于金属熔体收缩导致的缩孔缩松等铸造缺陷。而在现有技术中，充型结束后的增压通常仍是采用坩埚或保温炉内的低压气体加压，压力以坩埚内金属熔体－升液管内金属熔体－型腔内金属熔体的方式传递，因而不可能大幅地增加凝固阶段的压力。铸造过程中结晶增压压力与铸件结构、合金特性等因素有关，金属型低压铸造中增压压力一般为0.0025～0.075MPa，差压铸造一般取0.3～1.0MPa，对于共晶合金的差压铸造一般取0.3～0.4MPa(邓宏运等，特种铸造生产实用手册，2015年4月第1版，P388，P396)。相比于低压铸造，差压铸造及调压铸造等方法提高了补缩和凝固压力，但补缩和凝固压力增加程度仍然不够，通常小于1.0MPa，导致铸件的致密度和强度以及韧性仍然达不到令人满意的程度。随着对铸件的精密化、薄壁化、轻量化和省力化要求越来越高，要铸造真正高质量的铸件，如何同时满足以下两个基本条件：(1)能让金属熔体平稳填充铸型；(2)让铸型内金属熔体在很高压力下完成补缩和凝固，一直是困扰铸造界的难题。而且过高的结晶压力会给设备结构带来很多困难(邓宏运等，特种铸造生产实用手册，2015年4月第1版，P396)。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可实现低压可控充型、高压凝固成型的铸造装置与铸造方法。本专利技术设计的一种低压充型高压凝固铸造装置，包括有保温炉、升液管、模板、模具、保温杯、浇口套、过滤网、分流锥、加压机构、分流锥驱动装置、加压板、模腔、加压驱动装置；所述保温炉内存有金属熔体；所述模具包括上模(10)和下模(3)，上模(10)和下模(3)之间形成有模腔(11)；所述模板包括上模板(13)和下模板(2)，下模(3)安装于下模板(2)上，上模(10)安装于上模板(13)上；所述升液管(1)位于保温炉内，并通过保温杯(4、)浇口套(5)连通模腔(11)，分流锥(6)位于模腔(11)内，正对浇口套(5)与模腔(11)的金属熔体入口处，在升液阶段对铝液起到分流导向以及压实过滤网的作用；在加压驱动装置(8)连接驱动加压板(9)，加圧板(9)连接带动加压机构，加压机构位于模具上方；所述分流锥(6)在分流锥驱动装置(8)驱动下实现上下移动，能够在将浇口套(5)与模腔(11)连接的金属熔体入口封闭或开启；加压驱动装置连接驱动加压板(9)，加圧板(9)连接带动加压机构，加压机构位于模具上方，可在入口封闭后对金属熔体施加压力；分流锥(6)包括下部的分流尖端体(62)和上部的圆柱体(61)，所述分流尖端体(62)的最大直径小于圆柱体(61)的直径，形成一个台阶(611)，所述台阶(611)用于在分流锥(6)下行时压在浇口套(5)上方，形成密封结构；所述分流尖端体(62)从尖端至台阶(611)为第一弯曲段(621)、第二弯曲段(622)和第三弯曲段(623)，第一弯曲段(621)的尖端为圆角；第二弯曲段(622)与第一弯曲段(621)相切，其弯曲方向与第一弯曲段(621)相同，曲率半径大于第一弯曲段(621)曲率半径；第三弯曲段(623)与第二弯曲段(622)相切，其弯曲方向与第二弯曲段(622)相反，曲率半径小于第二弯曲段(622)曲率半径。尤其是，以分流尖端最下方的点作为原点，分流尖端横向，即垂直分流尖端方向作为X轴，分流尖端纵向，即平行分流尖端方向作为Y轴，其侧端侧面轮廓曲线符合以下关系：第一弯曲段(621)的轮廓线符合y＝-0.019x3+0.333x2+0.2095x，且x的取值为0～6；第二弯曲段(622)的轮廓线符合y＝-0.0342x3-0.5139x2+4.8803x-808.15，且x的取值为5～15；第三弯曲段(623)的轮廓线符合y＝-0.1065x3+5.569x-4.6267，且x的取值为14～25。在本专利技术中，加压机构为环形塞或加压杆。在本专利技术中，带有所述铸造装置的反重力铸造机或挤压铸造机。利用本专利技术的低压充型高压凝固铸造装置进行低压铸造铝合金铸件的方法，包括如下步骤：(1)按照一定的配比配制铝合金，具体质量百分比为：Si：6.5～7.5％，Mg：0.2～0.65％，Fe：0.05～0.20％，Mn：0.05～0.1％，Ti：0.12～0.15％，Sr：0.01～0.05％；Cu:0.01～0.30％，RE：0.002～0.30％，Nb：0.01～0.05％；Cr：0.001～0.20％，Zr：0.01～0.02％，B：0.005～0.01％，Nd：0.002～0.005％，Ni：0.001～0.05％，Zn：0.001～0.01％，余量为Al。合金在熔化炉熔化后，在740～750℃温度条件下添加Al-5Ti-B细化剂及Al-10Sr变质剂进行细化变质处理，在720～740℃温度条件下添加自沉式无公害精炼剂进行除气精炼，扒渣后将熔配好的铝合金液注入低压铸造保温炉中，此时测试铝液密度不低于2.52g/m3；(2)对铸造机进行调试准备，将上模及分流锥预热至200～360℃，下模及浇口套温度预热至250～400℃；(3)对保温炉内的金属熔体施加15～25kPa的压力，升液速度为1.5～2.5kPa/s，金属熔体通过升液管上升；(4)调节充型阶段的充型压力为28～50kPa，充型增压速度为1.6～4.0kPa/s，使合金液在该压力下快速平稳经过保温杯和浇口套进入下模和上模之间的模腔内，直至将模腔全部充满，金属熔体以层流方式平稳充型；(5)金属熔体全部充满模腔后，由位于模具顶部的分流锥驱动装置驱动分流锥下行，分流锥圆台压在浇口套上，形成密封结构，封闭浇口套与模腔的金属熔体入口，此时保温炉内压力卸压；(6)加压驱动装置驱动加压机构对凝固阶段的金属熔体进行加压，增大压力至100～1500kPa，保压10～80s，使金属熔体在该压力下结晶凝固；(7)铸件凝固结束后，进行脱模、顶出、铸件后处理等常规工序。本专利技术设计的铸造装置可用于低压铸造壳体类、框架类、桶体类的铸件。利用本专利技术的低压充型高压凝固铸造装置进行差压铸造铝合金铸件的方法，包括如下步骤：(1)按照一定的配比配制铝合金，具体质量百分比为：Si：6.5～7.5％，Mg：0.2～0.65％，Fe：0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压充型高压凝固铸造装置，其特征在于：所述低压充型高压凝固铸造装置包括有保温炉、升液管(1)、模板、模具、保温杯(4)、浇口套(5)、过滤网、分流锥(6)、加压机构、分流锥驱动装置、加压板、模腔和加压驱动装置；所述保温炉内存有金属熔体，所述模具包括上模(10)和下模(3)，所述上模(10)和下模(3)之间形成模腔(11)，所述模板包括上模板(13)和下模板(2)，下模(3)安装于下模板(2)上，上模(10)安装于上模板(13)上，所述升液管(1)位于保温炉内，并通过保温杯(4、)浇口套(5)连通模腔(11)，分流锥(6)位于模腔(11)内，正对浇口套(5)与模腔(11)的金属熔体入口处，在升液阶段对铝液起到分流导向以及压实过滤网的作用；在加压驱动装置(8)连接驱动加压板(9)，加圧板(9)连接带动加压机构，加压机构位于模具上方，所述分流锥(6)可在分流锥驱动装置(8)驱动下实现上下移动，能够在将浇口套(5)与模腔(11)连接的金属熔体入口封闭或开启；加压驱动装置连接驱动加压板(9)，加圧板(9)连接带动加压机构，加压机构位于模具上主，可在入口封闭后对金属熔体施加压力；分流锥(6)包括下部的分流尖端体(62)和上部的圆柱体(61)，所述分流尖端体(62)的最大直径小于圆柱体(61)的直径，形成一个台阶(611)，所述台阶(611)用于在分流锥(6)下行时压在浇口套(5)上方，形成密封结构；所述分流尖端体(62)从尖端至台阶(611)为第一弯曲段(621)、第二弯曲段(622)和第三弯曲段(623)，第一弯曲段(621)的尖端为圆角；第二弯曲段(622)与第一弯曲段(621)相切，其弯曲方向与第一弯曲段(621)相同，曲率半径大于第一弯曲段(621)曲率半径；第三弯曲段(623)与第二弯曲段(622)相切，其弯曲方向与第二弯曲段(622)相反，曲率半径小于第二弯曲段(622)曲率半径。...

【技术特征摘要】
1.一种低压充型高压凝固铸造装置，其特征在于：所述低压充型高压凝固铸造装置包括有保温炉、升液管(1)、模板、模具、保温杯(4)、浇口套(5)、过滤网、分流锥(6)、加压机构、分流锥驱动装置、加压板、模腔和加压驱动装置；所述保温炉内存有金属熔体，所述模具包括上模(10)和下模(3)，所述上模(10)和下模(3)之间形成模腔(11)，所述模板包括上模板(13)和下模板(2)，下模(3)安装于下模板(2)上，上模(10)安装于上模板(13)上，所述升液管(1)位于保温炉内，并通过保温杯(4、)浇口套(5)连通模腔(11)，分流锥(6)位于模腔(11)内，正对浇口套(5)与模腔(11)的金属熔体入口处，在升液阶段对铝液起到分流导向以及压实过滤网的作用；在加压驱动装置(8)连接驱动加压板(9)，加圧板(9)连接带动加压机构，加压机构位于模具上方，所述分流锥(6)可在分流锥驱动装置(8)驱动下实现上下移动，能够在将浇口套(5)与模腔(11)连接的金属熔体入口封闭或开启；加压驱动装置连接驱动加压板(9)，加圧板(9)连接带动加压机构，加压机构位于模具上主，可在入口封闭后对金属熔体施加压力；分流锥(6)包括下部的分流尖端体(62)和上部的圆柱体(61)，所述分流尖端体(62)的最大直径小于圆柱体(61)的直径，形成一个台阶(611)，所述台阶(611)用于在分流锥(6)下行时压在浇口套(5)上方，形成密封结构；所述分流尖端体(62)从尖端至台阶(611)为第一弯曲段(621)、第二弯曲段(622)和第三弯曲段(623)，第一弯曲段(621)的尖端为圆角；第二弯曲段(622)与第一弯曲段(621)相切，其弯曲方向与第一弯曲段(621)相同，曲率半径大于第一弯曲段(621)曲率半径；第三弯曲段(623)与第二弯曲段(622)相切，其弯曲方向与第二弯曲段(622)相反，曲率半径小于第二弯曲段(622)曲率半径。2.根据权利要求1所述的低压充型高压凝固铸造装置，其特征在于：以分流尖端最下方的点作为原点，分流尖端横向，即垂直分流尖端方向作为X轴，分流尖端纵向，即平行分流尖端方向作为Y轴，其侧面轮廓曲线符合以下关系：第一弯曲段(621)的轮廓线符合y＝-0.019x3+0.333x2+0.2095x，且x的取值为0～6；第二弯曲段(622)的轮廓线符合y＝-0.0342x3-0.5139x2+4.8803x-808.15，且x的取值为5～15；第三弯曲段(623)的轮廓线符合y＝-0.1065x3+5.569x-4.6267，且x的取值为14～25。3.根据权利要求1所述的低压充型高压凝固铸造装置，其特征在于：所述的加压机构为环形塞或加压杆。4.根据权利要求1～3任一项所述的低压充型高压凝固铸造装置，其特征在于：铸造装置的反重力铸造机或挤压铸造机。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种低压充型高压凝固铸造装置进行低压铸造的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)按照一定的配比配制铝合金，具体质量百分比为：Si：6.5～7.5％，Mg：0.2～0.65％，Fe：0.05～0.20％，Mn：0.05～0.1％，Ti：0.12～0.15％，Sr：0.01～0.05％；Cu:0.01～0.30％，RE：0.002～0.30％，Nb：0.01～0.05％；Cr：0.001～0.20％，Zr：0.01～0.02％，B：0.005～0.01％，Nd：0.002～0.005％，Ni：0.001～0.05％，Zn：0.001～0.01％，余量为Al。合金在熔化炉熔化后，在740～750℃温度条件下添加Al-5Ti-B细化剂及Al-10Sr变质剂进行细化变质处理，在720～740℃温度条件下添加自沉式无公害精炼剂进行除气精炼，扒渣后将熔配好的铝合金液注入低压铸造保温炉中，此时测试铝液密度不低于2.52g/m3；(2)对铸造机进行调试准备，将上模及分流锥预热至200～360℃，下模及浇口套温度预热至250～400℃；(3)对保温炉内的金属熔体施加15～25kPa的压力，升液速度为1.5～2.5kPa/s，金属熔体通过升液管上升；(4)调节充型阶段的充型压力为28～50kPa，充型增压速度为1.6～4.0kPa/s，使合金液在该压力下快速平稳经过保温杯和浇口套进入下模和上模之间的模腔内，直至将模腔全部充满，金属熔体以层流方式平稳充型；(5)金属熔体全部充满模腔后，由位于模具顶部的分流锥驱动装置驱动分流锥下行，分流锥圆台压在浇口套上，形成密封结构，封闭浇口套与模腔的金属熔体入口，此时保温炉内压力卸压；(6)加压驱动装置驱动加压机构对凝固阶段的金属熔体进行加压，增大压力至100～1500kPa，保压10～80s，使金属熔体在该压力下结晶凝固；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张花蕊，张虎，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11