一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置及方法。与传统的砂型低压浇铸工艺相比，本发明专利技术的铸型材料为金属型，金属铸型可重复使用多次、无需更换，铸件产品的批产制造费用大幅减少且环境污染问题明显改善；金属型铸型材料的激冷能力为硅砂的几十乃至上百倍，在合金熔体凝固过程可起到良好的激冷效果，细化铸态晶粒尺寸，同时有色金属铸件的成型尺寸精度可至少提高两个级别；置顶激冷水凝器在低压浇铸充型初期可作为排气口与排渣口，改善有色金属铸件的冶金质量，在充型末期可在金属型铸型顶端形成一个自上而下的凝固温度梯度，利于合金熔体的充型补缩与整体冷却凝固，合金材料的机械力学性能与疲劳性能可得到明显提高。能可得到明显提高。能可得到明显提高。

【技术实现步骤摘要】
一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置和方法


[0001]本专利技术属于有色金属铸造工艺装备与成型
，具体涉及一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置和方法。

技术介绍

[0002]铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。
[0003]铸造铝合金传统的铸造成型工艺主要是重力浇铸，通过在浇铸系统布置补缩冒口、保温冒口来提高合金熔体的补缩效果，减少疏松与偏析等冶金缺陷的数量。重力浇铸的充型能力主要取决于重力，因此合金熔体自直浇道充型至横浇道与内浇口，合金熔体不断冲刷铸型及铸型表层的涂料，严重时甚至在直浇道浇注时产生卷气涡流，在铸件内部形成严重的气孔与夹杂物缺陷，因此重力浇铸通常应用于民用铝合金铸件制备；军工装备大型铝合金铸件目前多选用低压充型浇铸工艺。低压充型浇铸工艺是使坩埚内的金属溶液在气体压力作用下，沿升液管自下而上平稳地进入铸型中，并保持压力直至铸件完全凝固为止，从而获得铸件。低压充型整体过程比较平稳，可有效减少氧化夹杂物与夹渣的形成，同时简化了铸件的浇注系统并节省了冒口，低压充型结束后尚未凝固的金属溶液可回流至坩埚内，金属溶液消耗少，铸件工艺出品率高。
专利
技术实现思路

[0004]研究发现，目前军工装备用中小型铸件低压浇铸造型工艺多选用砂型，由于砂型的导热性差，导致所浇铸的铝合金铸件或镁合金铸件，铸态组织粗大、力学性能偏低且砂型浇铸成形的铸件内腔尺寸精度较差。
[0005]为了解决现有军工装备用中小型有色金属铸件采用砂型低压浇铸工艺时，铸件成形尺寸精度差、力学性能低、冶金质量波动大、生产成本高且环境污染严重等问题，本专利技术提出了一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置和方法。与现有的砂型低压浇铸工艺相比，本专利技术的金属型铸型可重复使用5000次以上，节省了大量的硅砂，环境污染大幅减少，同时批产中小型有色金属铸件的生产成本大幅降低、产品批产质量稳定性大幅提高；本专利技术的金属型铸型的激冷能力是传统硅砂材料的几十倍乃至百倍以上，合金熔体在凝固过程中的激冷能力与非平衡凝固结晶形核核心数量大幅提高，结合置顶激冷水凝器在充型初期的排气排渣效果与充型末期的顺序凝固梯度作用，可显著改善有色金属铸件的内在冶金质量与铸态晶粒尺寸，同步提高合金材料的机械力学性能与疲劳性能，实现军工装备用中小型铸件低成本、短周期与高冶金质量工程化批产制造。
[0006]本专利技术的技术方案如下所述：
一种金属型低压浇铸置顶凝固装置，所述金属型低压浇铸置顶凝固装置包括炉衬、坩埚、合金熔体、升液管、低压浇铸机盖板、横浇道型腔、内浇口型腔、金属型下铸型、金属型铸造密封块、砂芯、金属型上铸型、置顶激冷水凝器、压缩气体储气罐、低压充型气体管路、充型气体流量计和充型气体电磁阀；所述坩埚置于炉衬内，所述低压浇铸机盖板置于炉衬顶部，所述坩埚内盛装合金熔体；所述升液管的一端置于合金熔体中，所述升液管的另一端通过低压浇铸机盖板与横浇道型腔连通；所述金属型下铸型设置在低压浇铸机盖板上方，所述金属型上铸型设置在金属型下铸型上方；所述金属型下铸型和所述金属型上铸型通过金属型铸型密封块密封连接；所述金属型下铸型内设置横浇道型腔与内浇口型腔；所述砂芯内置于金属型下铸型和金属型上铸型内并形成铸造型腔；所述置顶激冷水凝器设置在金属型上铸型上方；所述压缩气体储气罐通过充型气体流量计和充型气体电磁阀与低压充型气体管路相连；所述低压充型气体管路置于合金熔体内。
[0007]本专利技术还提供一种制备铝合金铸件的方法，所述方法是基于上述的装置，所述方法包括如下步骤：（a）熔体转运静置处理：将合金熔体注入坩埚中，静置处理15min~20min；（b）金属型低压浇铸：待合金熔体升温至浇铸温度时，开启充型气体电磁阀与充型气体流量计，压缩气体储气罐内的压缩气体沿低压充型气体管路进入坩埚内，合金熔体沿升液管、横浇道型腔与内浇口型腔完成对金属型下铸型和金属型上铸型内铸型型腔的充填；（c）合金熔体置顶激冷凝固：当合金熔体充填至金属型上铸型顶端时，启动置顶激冷水凝器，冷却水沿置顶激冷水凝器进行水冷循环，对合金熔体实施激冷处理。
[0008]有益效果：本专利技术提出了一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置及方法。与传统的砂型低压浇铸工艺相比，本专利技术的铸型材料为金属型，金属铸型可重复使用多次、无需更换，铸件产品的批产制造费用大幅减少且环境污染问题明显改善；金属型铸型材料的激冷能力为硅砂的几十乃至上百倍，在合金熔体凝固过程可起到良好的激冷效果，细化铸态晶粒尺寸，同时有色金属铸件的成型尺寸精度可至少提高两个级别；置顶激冷水凝器在低压浇铸充型初期可作为排气口与排渣口，改善有色金属铸件的冶金质量，在充型末期可在金属型铸型顶端形成一个自上而下的凝固温度梯度，利于合金熔体的充型补缩与整体冷却凝固，合金材料的机械力学性能与疲劳性能可得到明显提高。本专利技术的装置投资成本少、工艺适用性强、工艺改善效果显著。本专利技术的金属型低压浇铸凝固装置及方法可实现军工状备用中小型有色金属铸件的低成本、短周期与高冶金质量和高尺寸精度的绿色铸造，且经济效益显著。
附图说明
[0009]图1是本专利技术的金属型低压浇铸置顶凝固装置的结构示意图；附图标记：1为炉衬，2为坩埚，3为合金熔体，4为升液管，5为低压浇铸机盖板，6为
横浇道型腔，7为内浇口型腔，8为金属型下铸型，9为金属型铸型密封块，10为砂芯，11为金属型上铸型，12为置顶激冷水凝器，13为压缩气体储气罐，14为低压充型气体管路，15为充型气体流量计，16为充型气体电磁阀。
[0010]图2是本专利技术的置顶激冷水凝器的结构示意图；附图标记：12
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1为进水口、12
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2为进水口流量电磁控制阀、12
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3为置顶激冷水凝器金属型外衬套、12
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4为置顶激冷水凝器水路管道、12
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5为置顶激冷水凝器金属型内衬芯、12
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6为出水口流量电磁控制阀、12
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7为出水口。
[0011]图3是实施例2采用金属型低压浇铸置顶凝固工艺浇铸成形的ZL114A过渡段金属壳体铸件的结构示意图。
[0012]图4是实施例3采用金属型低压浇铸置顶凝固工艺浇铸成形的ZM5级间段金属壳体铸件的结构示意图。
具体实施方式
[0013]<金属型低压浇铸置顶凝固装置>本专利技术提供一种金属型低压浇铸置顶凝固装置，其中，所述金属型低压浇铸置顶凝固装置包括炉衬1、坩埚2、合金熔体3、升液管4、低压浇铸机盖板5、横浇道型腔6、内浇口型腔7、金属型下铸型8、金属型铸造密封块9、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备中小型铸件的金属型低压浇铸置顶凝固装置，其特征在于，所述金属型低压浇铸置顶凝固装置包括炉衬（1）、坩埚（2）、合金熔体（3）、升液管（4）、低压浇铸机盖板（5）、横浇道型腔（6）、内浇口型腔（7）、金属型下铸型（8）、金属型铸造密封块（9）、砂芯（10）、金属型上铸型（11）、置顶激冷水凝器（12）、压缩气体储气罐（13）、低压充型气体管路（14）、充型气体流量计（15）和充型气体电磁阀（16）；所述坩埚（2）置于炉衬（1）内，所述低压浇铸机盖板（5）置于炉衬（1）顶部，所述坩埚（2）内盛装合金熔体（3）；所述升液管（4）的一端置于合金熔体（3）中，所述升液管（4）的另一端通过低压浇铸机盖板（5）与横浇道型腔（6）连通；所述金属型下铸型（8）设置在低压浇铸机盖板（5）上方，所述金属型上铸型（11）设置在金属型下铸型（8）上方；所述金属型下铸型（8）和所述金属型上铸型（11）通过金属型铸型密封块（9）密封连接；所述金属型下铸型（8）内设置横浇道型腔（6）与内浇口型腔（7）；所述砂芯（10）内置于金属型下铸型（8）和金属型上铸型（11）内并形成铸造型腔；所述置顶激冷水凝器（12）设置在金属型上铸型（11）上方；所述压缩气体储气罐（13）通过充型气体流量计（15）和充型气体电磁阀（16）与低压充型气体管路（14）相连；所述低压充型气体管路（14）置于合金熔体（3）内。2.根据权利要求1所述的金属型低压浇铸置顶凝固装置，其特征在于，所述坩埚（2）置于炉衬（1）正中间，且所述坩埚（2）的开口与所述炉衬（1）的开口齐平。3.根据权利要求2所述的金属型低压浇铸置顶凝固装置，其特征在于，所述坩埚（2）内层涂刷防火涂料；所述防火涂料由防火涂料粉剂与水组成；当合金熔体（3）为铝合金时，防火涂料粉剂与水的质量比为1.6~2.0:1，防火涂料粉剂成分组成与质量比为氧化锌20%~25%，氧化镁20%~25%，氧化钛15%~20%，滑石粉10%~15%，短陶瓷纤维3%~5%，余量为硼酸；当合金熔体（3）为镁合金时，防火涂料粉剂与水的质量比为1.4~1.8:1，防火涂料粉剂成分组成与质量比为氯化镁30%~35%，氯化钾25%~30%，氯化钡6%~8%，氟化钙4%~6%，氯化钙6%~10%，余量为氧化镁。4.根据权利要求1所述的金属型低压浇铸置顶凝固装置，其特征在于，所述横浇道型腔（6）为环状结构，宽度为50mm~80mm，高度为30mm~50mm；所述内浇口型腔（7）为锥状拔模结构，拔模角度为12
°
~20
°
，底端截面积不小于3000mm2，顶端截面积不大于1000mm2，高度为40mm~70mm。5.根据权利要求1所述的金属型低压浇铸置顶凝固装置，其特征在于，在金属型下铸型（8）侧边区域正上方放置金属型铸型密封块（9），在金属型铸型密封块（9）上方放置金属型上铸型（11），通过金属型铸型密封块（9）密封连接金属型下铸型（8）和金属型上铸型（11）。6.根据权利要求1
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5任一项所述的金属型低压浇铸置顶凝固装置，其特征在于，所述置顶激冷水凝器（12）包括进水口（12
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1）、进水口流量电磁控制阀（12
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2）、置顶激冷水凝器金属型外衬套（12
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3）、置顶激冷水凝器水路管道（12
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4）、置顶激冷水凝器金属型内衬芯（12
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5）、出水口流量电磁控制阀（12
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6）与出水口（12
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7）；所述进水口（12
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1）与进水口流量电磁控制阀（12
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2）、所述出水口（12
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7）与...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊振中，熊艳才，姚惟斌，赵鹏，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：