專利名稱：用激光加熱冒口內(nèi)金屬提高補(bǔ)縮效率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料成型領(lǐng)域中的鑄造工藝。具體地說，是涉及一種用于鑄件成型過程中的加熱冒口內(nèi)金屬、提高補(bǔ)縮效率的方法。
背景技術(shù)：
在鑄造過程中，液態(tài)金屬被澆注進(jìn)鑄型以后，逐漸冷卻、凝固成型。在此過程中，由于金屬溫度降低和從液態(tài)向固態(tài)發(fā)生相變，金屬體積縮小。如果在冷卻和凝固過程中沒有得到充分的液態(tài)金屬來充填因體積收縮而留下的空隙，將產(chǎn)生宏觀縮孔或微觀疏松，大大降低鑄件質(zhì)量，并可能導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。因此，通常在工藝上要設(shè)置冒口，在液態(tài)金屬冷卻和凝固過程中用冒口內(nèi)的液態(tài)金屬來補(bǔ)充縮小的體積并進(jìn)入留下的空隙。
在冒口與受補(bǔ)縮部位之間必須維持一個(gè)補(bǔ)縮通道才能進(jìn)行補(bǔ)縮。在實(shí)際鑄造過程中，因?yàn)槊翱趦?nèi)金屬也會(huì)與形成鑄件的金屬一樣冷卻和凝固，補(bǔ)縮通道維持時(shí)間不長(zhǎng)，所以補(bǔ)縮效果往往不理想。為了提高補(bǔ)縮能力，采用了對(duì)冒口進(jìn)行加熱保溫的方法。目前加熱保溫冒口的方法是在冒口中加入一些與液態(tài)金屬作用后產(chǎn)生熱量或者減小熱量損失的物質(zhì)。通常是在制作鑄型過程中在冒口型壁部位加入這些發(fā)熱或保溫物質(zhì)，或者制作專用的發(fā)熱保溫冒口。

發(fā)明內(nèi)容
前述這種發(fā)熱保溫冒口雖然能提高補(bǔ)縮效率，但是由于冒口內(nèi)金屬在補(bǔ)充鑄型時(shí)不斷減少，與發(fā)熱保溫物質(zhì)的接觸面也隨之逐漸減小，冒口內(nèi)金屬被加熱保溫的時(shí)間和程度有限，因此提高補(bǔ)縮效率的作用有限。而且，這種加熱保溫冒口操作麻煩，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且操作時(shí)容易引起砂粒等進(jìn)入型腔，導(dǎo)致鑄件粘砂等缺陷。
本發(fā)明提出一種新的提高冒口補(bǔ)縮效率的方法，即用激光加熱冒口內(nèi)金屬提高補(bǔ)縮效率。該方法采用激光照射冒口內(nèi)金屬液面，加熱冒口(包括冒口頸)內(nèi)金屬并使其維持液態(tài)。由于冒口(包括冒口頸)內(nèi)金屬在鑄型內(nèi)金屬凝固過程中始終處于液態(tài)，補(bǔ)縮通道一直暢通，受補(bǔ)縮部位在金屬冷卻凝固過程中能夠得到足夠液態(tài)金屬的補(bǔ)充，可以達(dá)到理想的補(bǔ)縮效果，消除縮孔、縮松等缺陷。另外，由于激光照射時(shí)不產(chǎn)生機(jī)械力的作用，因此不會(huì)引起砂粒等進(jìn)入型腔造成鑄件缺陷。在激光照射過程中，激光能量用來補(bǔ)償冒口內(nèi)金屬表面輻射和通過鑄型傳導(dǎo)散失的熱量。因?yàn)橐簯B(tài)金屬對(duì)激光的吸收率一般較大，如果所用激光器的電光轉(zhuǎn)化效率較高，如CO2或半導(dǎo)體激光器等，加上因補(bǔ)縮效率提高而減小冒口金屬體積和鑄件報(bào)廢損失，則整個(gè)工藝的成本不會(huì)提高，甚至可以比傳統(tǒng)加熱保溫冒口的成本低。
本發(fā)明提出了激光加熱冒口內(nèi)金屬的工藝要領(lǐng)。在液態(tài)金屬被澆注進(jìn)入鑄型的過程中，當(dāng)型內(nèi)金屬達(dá)到一定量時(shí)，液態(tài)金屬開始進(jìn)入冒口(進(jìn)入頂冒口與進(jìn)入側(cè)冒口的時(shí)間不同)。在冒口內(nèi)液態(tài)金屬開始暴露在空氣中后的某一時(shí)刻，用一定功率、適當(dāng)光斑大小的激光束照射冒口內(nèi)金屬液面，使冒口(包括冒口頸)內(nèi)金屬保持液態(tài)，直到(澆注結(jié)束一定時(shí)間后)鑄件受補(bǔ)縮部位凝固即將完畢時(shí)，停止激光照射。
本發(fā)明還說明了激光照射冒口內(nèi)金屬液面的工藝參數(shù)的計(jì)算方法。因?yàn)榧す饽芰坑脕硌a(bǔ)償冒口內(nèi)金屬表面輻射和通過鑄型傳導(dǎo)散失的熱量，那么所需激光功率Pl就由液態(tài)金屬對(duì)激光的吸收率α、冒口內(nèi)金屬單位時(shí)間內(nèi)通過表面輻射的熱量Pr和通過鑄型傳導(dǎo)散失的熱量Pc決定，即αPl＝Pr+Pc；根據(jù)澆注工藝參數(shù)(澆注溫度和速度等)、鑄件結(jié)構(gòu)及其材質(zhì)熱物理特性和鑄型特性等，計(jì)算鑄件凝固時(shí)間、冒口尺寸等，決定激光照射起止時(shí)間；由冒口尺寸決定激光束在金屬液面上的光斑大小，保證能量損失最小，表面氧化也盡可能最小。
四

圖1為激光照射冒口內(nèi)金屬液面示意圖，在圖中澆注系統(tǒng)沒有畫出來。圖中1為激光束，2為冒口內(nèi)金屬液，3為鑄型，4為鑄件型腔內(nèi)金屬液。
五具體實(shí)施例方式
在實(shí)施本發(fā)明之前，必須先對(duì)有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果設(shè)定為工藝參數(shù)初值。首先，根據(jù)澆注工藝參數(shù)、鑄件結(jié)構(gòu)及其材質(zhì)熱物理特性和鑄型特性等，計(jì)算鑄件凝固時(shí)間、需要補(bǔ)縮的鑄件部位和補(bǔ)充金屬的體積，決定冒口的形狀大小和位置以及補(bǔ)縮通道維持的時(shí)間；然后計(jì)算冒口內(nèi)金屬單位時(shí)間內(nèi)通過表面輻射的熱量Pr和通過鑄型傳導(dǎo)散失的熱量Pc，因?yàn)榭梢悦鞔_液態(tài)金屬對(duì)激光的吸收率α，用公式αPl＝Pr+Pc求出激光功率Pl(實(shí)際功率還需要由Pl乘以一個(gè)與過熱度和照射時(shí)間有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù))，根據(jù)補(bǔ)縮通道需要維持的時(shí)間確定激光照射的時(shí)間。
具體實(shí)施過程1)準(zhǔn)備好激光光源、檢測(cè)裝置等，把激光頭、液面檢測(cè)裝置對(duì)準(zhǔn)冒口后，開始澆注液態(tài)金屬；2)金屬液面檢測(cè)裝置檢測(cè)到冒口內(nèi)液面及其溫度后，把信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)液面溫度修正原設(shè)定的激光開始照射時(shí)間；3)計(jì)算機(jī)根據(jù)修正后的激光開始照射時(shí)間發(fā)出開始照射指令，激光開始照射金屬液面；4)澆注完畢后，計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的溫度修正原設(shè)定的激光結(jié)束照射時(shí)間；5)計(jì)算機(jī)根據(jù)修正后的激光停止照射時(shí)間發(fā)出停止照射指令，激光停止照射金屬液面。
權(quán)利要求
1.本專利提出了一種在鑄件成型過程中提高冒口補(bǔ)縮效率的方法，即用激光加熱冒口內(nèi)金屬、提高補(bǔ)縮效率，其主要技術(shù)特征是采用激光照射冒口內(nèi)金屬液面，加熱冒口(包括冒口頸)內(nèi)金屬，使其保持液態(tài)，維持補(bǔ)縮通道，達(dá)到理想的補(bǔ)縮效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱冒口內(nèi)金屬、提高補(bǔ)縮效率的方法，本專利的特征還在于激光加熱冒口內(nèi)金屬的工藝要領(lǐng)，即在冒口內(nèi)液態(tài)金屬開始暴露在空氣中后某一時(shí)刻，用一定功率的激光束照射冒口內(nèi)金屬液面，直到澆注結(jié)束一定時(shí)間后，即鑄件受補(bǔ)縮部位凝固完畢時(shí)，停止激光照射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱冒口內(nèi)金屬、提高補(bǔ)縮效率的方法，本專利的特征還在于激光照射冒口內(nèi)金屬液面的工藝參數(shù)的確定方法，即激光功率由液態(tài)金屬對(duì)激光的吸收率、冒口內(nèi)金屬表面輻射和通過鑄型傳導(dǎo)散失的熱量決定；根據(jù)澆注工藝參數(shù)(澆注溫度和速度等)、鑄件結(jié)構(gòu)及其材質(zhì)熱物理特性和鑄型特性等，決定激光照射起止時(shí)間；由冒口尺寸等決定激光束在金屬液面上的光斑大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鑄件成型過程中的加熱冒口內(nèi)金屬、提高補(bǔ)縮效率的方法。在鑄型內(nèi)液態(tài)金屬冷卻和凝固過程中用冒口內(nèi)的液態(tài)金屬來補(bǔ)充進(jìn)入因體積縮小留下的空隙。本發(fā)明提出采用激光照射冒口內(nèi)金屬液面，加熱冒口(包括冒口頸)內(nèi)金屬并使其維持液態(tài)，使補(bǔ)縮通道在鑄型內(nèi)金屬凝固過程中一直暢通，提高補(bǔ)縮效率。本發(fā)明不會(huì)引起砂粒等進(jìn)入型腔造成鑄件缺陷，用電光轉(zhuǎn)化效率較高的激光器加熱時(shí)整個(gè)工藝的成本不會(huì)提高。本發(fā)明還提出了用激光加熱冒口內(nèi)金屬的工藝要領(lǐng)及工藝參數(shù)的確定方法。
文檔編號(hào)B22D27/04GK1827257SQ20051003128
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者劉繼常 申請(qǐng)人:劉繼常