一种无冒口铸造用铸型制造技术

本发明专利技术公开了一种铸造方法，特别是一种反重力自由浇冒一体铸造方法。它是利用高温金属液流过浇口的热效应，使浇口内金属液降温变慢，液态停留时间长，对前期进入的金属液，在一定的压力头作用下，向顶面已凝固结壳的铸件内部自下而上地压入金属液，补偿其内部金属液的液态收缩和凝固收缩所需的金属液量，当铸件内部达到胀缩相等或全部凝固时，浇口封闭。本方法不增加任何设备，明显提高出品率和质量。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铸造方法，特别是一种反重力自由浇冒一体的铸造方法，属于铸造
目前铸铁件的小冒口和无冒口技术已在生产中得到应用，但一直认为是由于铸铁中石墨化膨胀的缘故，如《铸造》杂志1991年第4期上发表的“铸铁件的小冒口、无冒口技术”一文指出“球铁件和灰铁件的凝固特点是既有收缩又有石墨析出的膨胀，膨胀和收缩的叠加与均衡，造成了铸铁件的自补能力，铸铁件的小冒口和无冒口的机理是利用石墨化膨胀及其产生的压力来抵偿收缩”。但是根据该理论指导生产，产品质量不稳定，经常出现缺陷，造成了更大的报废。苏联专利SU1199-431和SU662-238分别公开了一种反重力方向注入金属液的铸造方法，但这种方法是将浇注系统与冒口分开设计，其出口率低，如果冒口补缩不当，也易出现质量问题。欧洲专利EP0234877、美国专利US2291788及公告号为CN1059485A和CN1034876A的中国专利申请，都公开了一种反重力方向浇补铸造方法，但均是通过某种设备外加压力实现反重力浇补的，因而受到设备、铸件结构及大小、作业场地的限制，且成本高，生产效率低。本专利技术的目的是针对已有技术的不足，提出一种铸造方法，在不增加任何设备的情况下，实现铸件的无冒口铸造，以提高产品的质量及出品率。本专利技术的目的是这样实现的利用高温金属熔液流过浇口的热效应，使浇口内金属液降温的速度变慢，液态停留时间长。对前期进入的金属液是在一定压力头(H)作用下，向顶面已凝固结壳的铸件内部自下而上地压入金属液，补偿其内部金属液的液态收缩和凝固收缩所需的金属液量(M)，当铸件内部达到胀缩相等或全部凝固时(此时间为t)，浇口封闭不再提供金属液。在设计上将浇注系统与冒口联为一体，利用浇口的热效应作用，通过加高和加大浇口，实现反重力方向补缩。实现本专利技术目的的四个关键要素是H浇口高度，高度要保证反重力方向的压力;M补偿铸件收缩量所需的金属液的重量;t铸件全部凝固的时间;f内浇口的位置，用内浇口中心线距离铸件顶面的距离表示。具体方法是确定h1，h1为直浇口内最终金属液面高度，h1＝Ltga其中L为铸件自距直浇口最远最高点至直浇口之间的距离，α为压力角，取值范围为0～27°，保证H-h1＞0，则H2＝H-h1，其中h2为直浇口内金属液面下降的高度，φ4W · επ h2· γ]]>其中Φ为直浇口的直径，W为铸件的重量，ε为铸件的需补率，取值范围为0～25%，γ为铸件的比重;S =δ ·W44.3γμtH f]]>其中S为内浇口(或横浇口)的阻流横截面积，δ为修正系数，取值范围为0.5～3，μ为流量系数，取值范围为0.35～0.8，t为浇注时间，Hf为直浇口内金属液流入铸型内的平均压力头Hf = H - (f2)/(2C)其中C为铸件的高度f为内浇口中心线距铸件顶面的距离，取值范围为0～C，t＝ (C)/(V)其中V为铸型内金属液上升的最低速度，ι＝ (tf·S)/(b)其中ι为内浇口的深度或高度，tf为内浇口的开放系数，取值范围为0.2～10，b为内浇口的宽度，当W＜500kg时，n取1，500kg＜W＜1500kg时，n取21500kg＜W＜3000kg时，n取3其中n为内浇口的数量。通过以上方法，便确定了所需的参数，即直浇口的高度，直浇口直径，内浇口(或横浇口)面积、位置、数量及大小。附图说明图1为本专利技术铸件模型、直浇口、内浇口和出气冒关系的示意图。图2为图1的A-A视图。图3为本专利技术的一个实施例。下面结合附图，进一步阐述本专利技术。上面已经说明了实现本专利技术目的四个关键要素，保证这些要素有三个必要的条件即直浇口1要有一定的压力头高度H;直浇口1要有补偿铸件收缩的金属液M;内浇口2必须在铸件3自补或凝固完毕之后封闭。参照图1，可以通过下面的方法，确定所需的参数。1.根据铸件3在铸型中的位置，确定h1，为使直浇口1内的金属液能保证补缩至铸件3最远最高的部位，必须使直浇口1内的最终液面高度与应补缩铸件最高最远部位之间，有足够的压力头。h1＝Ltgαα的取值范围为0～27°，一般取6°～14°。2.检查H，必须保证H-h1＞0。一般情况下，由于铸型上箱高度基本是确定的，即H基本是确定的，若H-h1＜0，可再增加一个上箱或加高加大直浇口1和出气冒口4。金属液面下降的高度h2＝H-h1。3.确定直浇口1的直径Φ，由直浇口1内金属液面下降的重量必须等于铸件3的需补量，得出φ4W · επ h2· γ]]>4.计算出Φ值后，结合H值比较，看是否符合实际，如果Φ值太大，可考虑提高H。5.确定内浇口2的位置f的取值范围为0～C，一般为 1/2 T～ 2/3 C，其中T为铸件3内有空腔时，铸件3顶面的壁厚，6.计算内浇口(或横浇口)2的阻流面积S =δ ·W44.3γμtH f]]>式中Hf = H - (f2)/(2C)t＝ (C)/(V)V为铸型内金属液上升的最低速度，其取值范围为铸件壁厚(mm)V(mm/s)＜4150～304～1030～2010～4020～10＞4010～0.57.确定内浇口2的数量和大小，W＜500kg时，n＝1;500kg＜w＜1500kg时，n＝2;1500kg＜W＜3000kg，n＝3。采用竖直(或水平)斜向开放缝隙浇口，ι＝ (tf·S)/(b)b的取值范围为0.5T～5T(见图2)。得出所需的参数H、Φ、S、f、n、b、ι值。由此得出的直浇口1的直径比现有铸造工艺中的浇口直径大，除自身冷却凝固外，还要储备供铸件内部收缩的量。内浇口2的尺寸也相对加大，浇注时，使得铸型内形成一个向浇口处递增的温度场，有利于补缩内浇口2的引入位置，宜在非加工面。浇口杯顶面覆盖保温，则效果为佳，同时可以实现对铸钢和有色金属的无冒口铸造。图3是本专利技术的一个实施例。1.根据铸件生产的工艺原则，结合实际情况，确定浇注位置，上砂箱铸型高度为250mm，故H＝250mm＝25cm，2.计算h1，L＝850mm，α取13°，则h1＝850·tg13°＝200mm＝20cm，3.检查H，H-h1＞0，符合压力条件，h2＝H-h1＝250-200＝50mm＝5cm，4.计算直浇口直径ε取0.46%，γ取0.007kg/cm3，W＝294kg，φ =4W · επh2γ=4 ×294 ×0.46%π ×5 × 0.007= 7cm]]>5.内浇口阻流面积δ取1.2，γ取0.007kg/cm3，μ取0.6，C为110mm，V取4mm/s，t＝ (C)/(V) ＝ 110/4 ＝27.5s据图3中，f近似为零，则Hf = H - (f2)/(2C) = H = 25cmS =δ · W44.3γμtH f=1.2 × 29444.3 × 0.007 ×0.6 ×27.5 ×25= 14cm2]]>6.确定内浇口道数.∵W＝294kg＜500kg，∴n＝1，7.确定内浇口形式和大小尺寸，内浇口采用竖直缝隙浇口切线引入，b取2.5cm，tf取1.3ι＝ (tfS)/(b) ＝ (1.3×14)/2.5 ＝7cm＝70mm即直浇口的高度为250mm，直径为70mm，内浇口的道数为1，宽度为25mm，深度为70mm。用这种方法铸造，产品的工艺出品率为97%，且质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造方法，特别是一种无冒口的铸造方法，包括以下步骤：（１）确定ｈ↓［１］，ｈ↓［１］为直浇口［１］，内最终金属液面高度，单位ｍｍ，ｈ↓［１］＝Ｌｔｇａ其中：Ｌ为铸件３自距直浇口１最远最高点至直浇口［１］之间的距离，单位ｍｍ， α为压力角，取值范围为０～２７°；（２）保证Ｈ－ｈ↓［１］＞０，则ｈ↓［２］＝Ｈ－ｈ↓［１］其中：Ｈ为直浇口［１］的高度，单位ｍｍ，ｈ↓［２］为直浇口［１］内金属液面下降的高度，单位ｍｍ；（３）确定直浇口［１］的直径Φ， 单位ｍｍ，＊＊＊其中：Ｗ为铸件［３］的重量，单位ｋｇ，ε为铸件［３］的需补率，取值范围为０～２５％，γ为铸件［３］的比重；（４）确定内浇口（或横浇口）［２］的阻流横截面积Ｓ，单位ｍｍ↑［２］＊＊＊其中：δ为修正系 数，取值范围为０. ５～３，μ为流量系数，取值范围为０. ３５～０. ８，ｔ为浇注时间，单位ｓ，Ｈｆ为直浇口［１］内金属液流入铸型内的平均压力头，单位ｍｍ，Ｈｆ＝Ｈ－ｆ↑［２］／２Ｃ其中：Ｃ为铸件［３］的高度，单位ｍｍｆ为 内浇口［２］中心线距铸件［３］顶面的距离，取值范围为０～Ｃ，单位ｍｍ，ｔ＝Ｃ／Ｖ其中：Ｖ为铸型内金属液上升的最低速度，单位ｍｍ／ｓ；（５）确定内浇口［２］的位置、数量和大小，一般情况下：Ｗ＜５００ｋｇ时，ｎ＝１５００ｋｇ ＜Ｗ＜１５００ｋｇ时，ｎ＝２１５００ｋｇ＜Ｗ＜３０００ｋｇ时，ｎ＝３其中：ｎ为内浇口［２］的数量，内浇口［２］采用竖直（或水平）斜向开放缝隙，ｌ＝ｔｆ.Ｓ／ｂ其中：ｌ为内浇口［２］的深度，单位ｍｍ，ｔｆ为内浇口［２］ 的开放系数，取值范围为０. ２～１０，单位ｍｍ，ｂ为内浇口［２］的宽度，单位ｍｍ。...

【技术特征摘要】
1.一种铸造方法，特别是一种无冒口的铸造方法，包括以下步骤(1)确定h1，h1为直浇口[1]，内最终金属液面高度，单位mm，h1=Ltga其中L为铸件3自距直浇口1最远最高点至直浇口[1]之间的距离，单位mm，α为压力角，取值范围为0～27°；(2)保证H-h1＞0，则h2=H-h1其中H为直浇口[1]的高度，单位mm，h2为直浇口[1]内金属液面下降的高度，单位mm；(3)确定直浇口[1]的直径Φ，单位mm，φ4W · επ h2· γ]]>其中W为铸件[3]的重量，单位kg，ε为铸件[3]的需补率，取值范围为0～25%，γ为铸件[3]的比重；(4)确定内浇口(或横浇口)[2]的阻流横截面积S，单位mm2S =δ ·W44.4γμtH f]]>其中δ为修正系数，取值范围为0.5～3，μ为流量系...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明，
申请(专利权)人：国营第四零四厂，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]