【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及反重力铸造设备的结构设计和反重力铸造，特别涉及一种开放式反重力充型凝固装置及使用它的充型凝固方法。
技术介绍
1、随着反重力铸造是20世纪50年代发展起来的一种铸造浇注成形工艺。它是使坩埚中的金属在压力的作用下沿升液管自下而上克服重力及其他阻力充填铸型，并在压力下获得铸件的一种方法。根据金属液充填铸型施加压力形式的不同，反重力铸造可以分为低压铸造、差压铸造、调压铸造及真空吸铸等。反重力铸造技术能够从坩埚中部提取纯净合金液平稳填充铸件型腔，同时使铸型整体在外力作用下凝固，提高铸件质量。
2、目前反重力铸造技术已普遍应用于航空、航天、车辆等领域高端铝、镁合金铸件研制和批产中，传统方式是通过气压或者机械泵推动合金液从坩埚中央沿升液管上升，进入型腔到达型顶触点后停止进气，完成充型。但由于充型过程合金液粘度受温度场影响较大，合金液流经滤网、薄壁型腔以及复杂结构时均存在较大阻力，上升速度减慢，造成熔炼炉内压力与实际液面高度换算存在偏差，进而导致合金液达到型顶触点后，熔炼炉内压力过高，若采用开放式铸型，则会导致大量合金液从冒口喷出，造成大量合金液浪费，严重影响设备和人员安全。
3、因此，国内各类铸件反重力铸造设备所采用的铸型均为封闭式型腔，阻止合金液溢出，但由于浇注前铸型顶部需要盖箱，增加成本，且凝固过程中无法采用浇包取液向冒口补液，顶部由于流动距离长，温度低，因此补缩效率低。同时，由于上方封闭，铸型排气能力严重受限，浇注过程中高温合金液与砂型接触后，砂型内部树脂固化剂分解产生大量气体无法时排除，导致型腔
4、因此，人们需要一种开放式反重力充型凝固的装置及方法，满足复杂结构铸件完整成形和质量控制需求，保障生产安全。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种开放式反重力充型凝固的装置及方法，其主要采用反重力方式将合金液持续输送至开放式铸型9型腔直至到达敞开式冒口92顶部，通过进气充型、泄压充型和悬浮保压的方法，维持型腔内部合金液悬浮直至凝固的方法。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种开放式反重力充型凝固装置，其技术关键是：其包含有熔炼炉1、坩埚2、炉盖3、升液管4、充型停止触点5、型顶触点6、梯度触点7、强制泄压触点8、开放式铸型9、控制柜；其中：熔炼炉1内放置坩埚2，炉体安装进气阀17与排气阀18，炉盖3安装于熔炼炉1上方，升液管4安装于炉盖3上，开放式铸型9整体放置于升液管4及炉盖3上方。
4、所述开放式反重力充型凝固装置，优选要求保护的
技术实现思路
是：
5、炉盖3与熔炼炉1法兰有密封槽11，密封槽11内可放置石墨盘根或石棉盘根密封，炉盖3上设计有多个升液管安装平台12，未放置升液管4时采用等面积钢制圆板13进行密封，升液管4安装平台周边设计有梯形钢制阻流环14。
6、升液管4法兰底面与炉盖3中心放入石棉垫15，采用螺栓连接及密封；螺栓拧紧即密封，常规连接方法；
7、针对大容量浇注，采用1～10根升液管4于铸型9下方既定的多个直浇口91点位同时进行浇注。
8、所述铸型9顶部不封闭，冒口92均为敞口设计，所有冒口92顶部均放置厚度为100～500mm的防火层93，铸型9底部设计阻流槽95，与炉盖3阻流环14配套定位并阻止合金液从型底流出，铸型9直浇口91附近与升液管4法兰上平面之间放置石棉垫15，通过铸型9自重或铸型9上方放置重物压紧进行密封。
9、所述充型停止触点5、型顶触点6、梯度触点7、强制泄压触点8均采用氮化硼bn或氧化铝al2o3高强耐热绝缘陶瓷管包裹；
10、陶瓷管与铸型9型壁平齐，中心触点伸出陶瓷管断面1～2mm，充型停止触点5安装于开放式铸型9内，型顶触点6安装于开放式铸型9冒口92顶部，梯度触点7及强制泄压触点8均成梯度安装于防火层93内部，整个装置所有电磁阀、触点与设备控制柜相连。通过陶瓷管保障触点在接触合金液前不会导通，避免错误的发送电信号，同时接触合金液后，待合金凝固后能够顺利取出，使触点能够重用。
11、所述充型停止触点5安装于开放式铸型9顶部冒口92高度的1/5～1/2位置，所述型顶触点6放置于冒口92顶部，冒口92上方防火层93内设置3～10个梯度触点7，分别编号为l1～ln，间隔相同高度呈梯度排列，间隔高度h＝10～200mm，防火层93顶部设置强制泄压触点8。创新点是通过上述操作，实现梯度泄压，保障合金液稳定停留在防火层93高度范围内不过冲，最终实现冒口整个敞开的情况下，使合金液以反重力的形式平稳充型凝固。
12、使用前述开放式反重力充型凝固装置的开放式反重力充型凝固方法，具体过程依次包含下述步骤及内容：
13、步骤1，设备安装：合金熔炼完成后，盖上炉盖3，拧紧螺栓密封；根据开放铸型9直浇口91位置，打开对应升液管4安装平台上方钢制圆板13，插入升液管4后拧紧升液管4法兰螺栓，保证升液管4法兰底面与安装平台之间密封性；在升液管4法兰上平面放置过滤网及石棉垫15，将开放式铸型9底部阻流槽95与炉盖3阻流环14中心对正后，放置于炉盖3和升液管4上方，压紧石棉垫15，实现密封；将充型停止触点5、型顶触点6、梯度触点7、强制泄压触点8分别与控制硅导线连接；
14、步骤2，进气充型：控制柜控制进气阀17打开，向熔炼炉1内通入压缩空气，推动合金液通过升液管4进入开放式铸型9型腔内部，当合金液到达冒口92根部后，充型停止触点5接通，控制柜关闭进气阀17，停止进气；
15、步骤3，泄压充型：进气停止后，熔炼炉1内气压推动合金液继续上升，最终使合金液继续上升，达到冒口92顶部后，型顶触点6接通，控制柜控制排气阀18开启；根据设定值p0完成一次泄压，这里的p0是根据试验得出的经验数据，需要根据不同铸件结构和浇注系统和铸造工艺参数进行人工设定；若合金液继续上升防火层93内，上升直至其上方液面进入到防火层93内；梯度触点71～n依次连通，控制柜按照设定梯度值p1进行梯度泄压，即梯度触点7n接通时，自动泄压值为n×p1，直至合金液不再上升，悬停于型顶触点6上方。等高度间隔排布，设定值p1与间隔高度h的关系为p1＝0.5～1ρgh}，从而保障合金液面达到第n个触点时，在卸掉n×p1压力后，合金液面可能出现的最大下行距离不超过n×h，即液面高度不会低于型顶高度，保障铸件充型完整；
16、步骤4，保压凝固：铝液悬停后，控制柜控制进气阀17间歇性开闭，保持熔炼炉1内气压维持恒定，上下浮动误差±1kpa以内，直至合金在铸型9型腔内凝固；最终获得经过开放式反重力充型凝固的铝合金铸件。
17、梯度触点7间隔高度h与合金液密度ρ、重力加速度g以及梯度泄压值p1之间的关本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
4.根据权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
5.根据权利要求1～4所述开放式反重力充型凝固装置及方法，其特征在于：所述充型停止触点(5)、型顶触点(6)、梯度触点(7)、强制泄压触点(8)均采用氮化硼BN或氧化铝Al2O3高强耐热绝缘陶瓷管包裹；
6.根据权利要求1～4所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
7.使用权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置的开放式反重力充型凝固方法，其特征在于：该方法具体过程依次包含下述步骤及内容：
8.按照权利要求7所述开放式反重力充型凝固方法，其特征在于：梯度触点(7)间隔高度H与合金液密度ρ、重力加速度g以及梯度泄压值P1之间的关系为P1＝(0.5～1)ρgH。
【技术特征摘要】
1.开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
4.根据权利要求1所述开放式反重力充型凝固装置，其特征在于：
5.根据权利要求1～4所述开放式反重力充型凝固装置及方法，其特征在于：所述充型停止触点(5)、型顶触点(6)、梯度触点(7)、强制泄压触点(8)均采用氮化硼bn或...
【专利技术属性】
技术研发人员：李泽华，冯志军，辛仕伟，李宇飞，阮明，
申请(专利权)人：沈阳铸研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。