一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；所述铝合金铸造用装置可实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高精度、高强度液态成型，与传统的单一砂型铸型工艺相比，本发明专利技术的复合铸型制备的铸件内腔尺寸公差可提高两个等级，达到CT5级～CT7级，铸件内腔表面光洁度提高3倍，达到1.6μm～3.2μm，满足复杂型面、多筋多凸台、复杂结构大型铝合金精密铸件的相关技术要求。件的相关技术要求。件的相关技术要求。

【技术实现步骤摘要】
一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置


[0001]本专利技术属于铝合金铸件铸造用装置
，具体涉及一种包括复合铸型与内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置。

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]目前现有的铸造成型工艺主要为单一砂型铸造，铸型材料通常选用石英砂，但是由于石英砂的导热系数较小，导致铸态晶粒尺寸偏大，整体力学性能较低；且单一砂型铸造工艺设计时，为了提高凝固过程的激冷速度，通常需要在铸型内粘贴激冷冷铁，冷铁材料多选择中碳钢，但是中碳钢材料激冷能力有限，而且内置的激冷冷铁表面一般较为粗糙，导致实际浇铸后的铸件表面尺寸精度与光洁度较低。
[0004]金属铸型材料铸造的铸件具有尺寸精度高、表面质量好的优点，在许多中小型、中小批量铝合金复杂结构铸件中应用广泛；但金属铸型材料不适合大型复杂薄壁结构铝合金精密铸件的制造，不宜开设复杂的浇铸系统，尤其是补缩缝隙式浇铸系统，无法进行开箱与清理铸件，且金属铸型材料的制造费用高、工艺优化调整空间小、模具结构设计复杂，因此目前亟需一种可提高浇铸过程激冷速度，同时提高铸件表面光洁度与尺寸精度的复合造型工艺。此外，随着军工装备领域生产任务的加重，大量复杂结构精密铝合金铸件也亟需解决内腔尺寸精度高、力学性能指标要求高、冶金质量要求高的工艺制备难题。

技术实现思路

[0005]为解决现有单一砂型铸造工艺铝合金精密铸件内腔尺寸精度差、力学性能低、冶金缺陷多、表面质量与表面光洁度不高等问题，本专利技术提出了一种包括复合铸型和内置冷却水路型芯的铝合金铸造用装置，所述铝合金铸造用装置可以有效提高铝合金熔体浇铸凝固时的整体激冷速度，形成合理有序的凝固温度梯度分布，同时采用复合铸型与内置冷却水路型芯进行铸造时，可以在同一铸件中获得不同的铸态组织与铸态晶粒度，可满足高强韧铝合金导弹壳体精密铸件爆破分离的技术指标要求，实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高尺寸精度、高冶金质量与高强韧液态成型制造。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种铝合金铸造用装置，所述装置包括复合铸型和型芯；所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱；所述盖箱为铁砂铸型，所述上上箱为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱为铬铁矿砂铸型，所述上下箱为硅砂铸型，所述下箱为石膏铸型，所述浇道箱为金属铸型；
[0008]所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路、位于上中箱的激冷中水路与位于下箱的激冷下水路。
[0009]本专利技术通过选用不同铸型材料制备出盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱，结合内置冷却水路型芯，在合金熔体浇铸后可形成合理有序的凝固温度梯度分布，在低压铸造工艺下形成自上而下的凝固次序，通过对型芯内的激冷上水路、激冷中水路与激冷下水路的激冷时间与水流量的控制，可对合金熔体实施由内向外的整体激冷；同时不同铸型材料的导热系数差异还可在铸件不同凝固区域形成不同的铸态组织，经过热处理后即可在同一铸件上获得不同的力学性能分区，实现对爆破分离有技术指标要求的导弹壳体铸件的制备，结合低压充型凝固工艺参数优化控制，实现大型复杂薄壁结构铝合金铸件的高尺寸精度、高冶金质量与高强韧液态成型制造，市场应用前景广阔、经济效益显著，可实现军工装备复杂薄壁铝合金铸件的精密铸造。
[0010]根据本专利技术的实施方式，形成所述盖箱的铸型材料为铁砂，所述铁砂的粒径为0.15mm～0.35mm，所述铁砂的角形系数为1.06～1.12，所述铁砂的圆形度为0.92～0.96。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量比为2.8～3.6:100，搅拌时间为15min～20min，硬化时间为12min～24min。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述盖箱的吃砂量为80mm～140mm。
[0013]根据本专利技术的实施方式，形成所述上上箱的铸型材料为磷酸盐石墨，所述磷酸盐石墨是由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干后制备得到的，其中磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸14％～20％，三氧化二铝12％～14％，水玻璃8％～12％，余量为石墨粉；混制时间为15min～20min，烘干温度为580℃～620℃，烘干时间为30min～45min。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述上上箱的拉伸强度为1.2MPa～1.4MPa，压缩强度为6.2MPa～8.4MPa。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述上上箱的吃砂量为80mm～140mm。
[0016]根据本专利技术的实施方式，形成所述上中箱的铸型材料为铬铁矿砂，所述铬铁矿砂的粒径为0.2mm～0.5mm，所述铬铁矿砂的角形系数为1.12～1.20，所述铬铁矿砂的圆形度为0.91～0.95。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为2.4～3.0:100，搅拌时间为20min～25min，硬化时间为15min～22min。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述上中箱的室温拉伸强度为1.3MPa～1.7MPa。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述上中箱的吃砂量为80mm～140mm。
[0020]根据本专利技术的实施方式，形成所述上下箱的铸型材料为硅砂，所述硅砂的粒径为0.25mm～0.50mm，所述硅砂的角形系数为1.14～1.25，所述硅砂的圆形度为0.92～0.96。
[0021]根据本专利技术的实施方式，所述上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为3.2～4.0:100，搅拌时间为18min～28min，硬化时间为16min～24min。
[0022]根据本专利技术的实施方式，所述上下箱的室温压缩强度为5.2MPa～7.0MPa。
[0023]根据本专利技术的实施方式，所述上下箱的吃砂量为80mm～140mm。
[0024]根据本专利技术的实施方式，形成所述下箱的铸型材料为石膏，所述石膏是由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到。
[0025]根据本专利技术的实施方式，高强度α半水石膏粒径为250目～350目，石英粉粒径为70目～150目，铝矾土粒径为320目～400目，硅藻土粒径为350目～500目，短陶瓷纤维长度为40μm～80μm，正辛醇有效含量为9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金铸造用装置，其特征在于，所述装置包括复合铸型和型芯；所述复合铸型包括自上而下依次相连的盖箱、上上箱、上中箱、上下箱、下箱和浇道箱；所述盖箱为铁砂铸型，所述上上箱为磷酸盐石墨铸型，所述上中箱为铬铁矿砂铸型，所述上下箱为硅砂铸型，所述下箱为石膏铸型，所述浇道箱为金属铸型；所述型芯内设置冷却水路，所述冷却水路包括位于上上箱的激冷上水路、位于上中箱的激冷中水路与位于下箱的激冷下水路。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成所述盖箱的铸型材料为铁砂，所述铁砂的粒径为0.15mm～0.35mm，所述铁砂的角形系数为1.06～1.12，所述铁砂的圆形度为0.92～0.96；和/或，所述盖箱是由粘结剂与铁砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铁砂的质量比为2.8～3.6:100，搅拌时间为15min～20min，硬化时间为12min～24min；和/或，所述盖箱的吃砂量为80mm～140mm；和/或，形成所述上上箱的铸型材料为磷酸盐石墨，所述磷酸盐石墨是由磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝混制烘干后制备得到的，其中磷酸、石墨粉、水玻璃与三氧化二铝的重量比为：磷酸14％～20％，三氧化二铝12％～14％，水玻璃8％～12％，余量为石墨粉；混制时间为15min～20min，烘干温度为580℃～620℃，烘干时间为30min～45min；和/或，所述上上箱的拉伸强度为1.2MPa～1.4MPa，压缩强度为6.2MPa～8.4MPa；和/或，所述上上箱的吃砂量为80mm～140mm；和/或，形成所述上中箱的铸型材料为铬铁矿砂，所述铬铁矿砂的粒径为0.2mm～0.5mm，所述铬铁矿砂的角形系数为1.12～1.20，所述铬铁矿砂的圆形度为0.91～0.95；和/或，所述上中箱是由粘结剂与铬铁矿砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与铬铁矿砂的质量比为2.4～3.0:100，搅拌时间为20min～25min，硬化时间为15min～22min；和/或，所述上中箱的室温拉伸强度为1.3MPa～1.7MPa；和/或，所述上中箱的吃砂量为80mm～140mm；和/或，形成所述上下箱的铸型材料为硅砂，所述硅砂的粒径为0.25mm～0.50mm，所述硅砂的角形系数为1.14～1.25，所述硅砂的圆形度为0.92～0.96；和/或，所述上下箱是由粘结剂与硅砂经搅拌硬化制成的，其中，粘结剂选自酚脲烷树脂，粘结剂与硅砂的质量比为3.2～4.0:100，搅拌时间为18min～28min，硬化时间为16min～24min；和/或，所述上下箱的室温压缩强度为5.2MPa～7.0MPa；和/或，所述上下箱的吃砂量为80mm～140mm。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成所述下箱的铸型材料为石膏，所述石膏是由高强度α半水石膏、石英粉、铝矾土、硅藻土、硫酸钠、短陶瓷纤维、柠檬酸、正辛醇、去离子水混制烘干后制备得到；高强度α半水石膏粒径为250目～350目，石英粉粒径为70目～150目，铝矾土粒径为320目～400目，硅藻土粒径为350目～500目，短陶瓷纤维长度为40μm～80μm，正辛醇有效含量为96.0％～98.5％；形成石膏的各组分及其重量比为：高强度α半水石膏25％～30％，石英粉4％～6％，铝矾土8％～10％，硅藻土2％～3％，硫酸钠2％～
2.5％，短陶瓷纤维0.6％～1.0％，柠檬酸1.2％～1.8％，正辛醇1.6％～2.4％，余量为去离子水；和/或，所述下箱的吃砂量为80mm～140mm。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成所述浇道箱的铸型材料为低碳钢、中碳钢或不锈钢；和/或，所述浇道箱的高度为200mm～300mm；和/或，所述浇道箱表面包括耐火...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊振中，陈军洲，厉沙沙，杜旭初，
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：