專利名稱：一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體的說就是提供用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法，采用本發(fā)明生產(chǎn)的鑄件組織致密、均勻，不會產(chǎn)生縮孔，而且工序短，能夠滿意高品質(zhì)空殼薄壁鑄件的需求。
背景技術(shù)：
薄壁空殼鑄件具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在制造業(yè)和藝術(shù)鑄造也等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。CN 97118729. O號國家發(fā)明專利涉及一種空殼薄壁鑄件的制備方法。該發(fā)明涉及將制備好的砂型或砂芯浸入半固態(tài)合金中，停留一段時間后，待其冷卻至室溫并清砂處理之后，即可獲得薄壁合金制品。該制備技術(shù)中，熔體溫度處于半固態(tài)溫度區(qū)間，流動性差，填充性能不佳，造成局部狹窄區(qū)域難以成形；氧化物容易附著與鑄件上，對砂型、砂芯的要求很高，需要嚴(yán)格控制水分含量。因此，通過該方法所制得的鑄件組織疏松、鑄造缺陷多，最終導(dǎo)致鑄件機(jī)械加工困難、耐蝕性差、使用壽命短。CN 02133413. 7介紹了一種金屬材料凝殼鑄造工藝，制備工藝包括鑄造鑄型-烘干或焙燒-熔煉金屬材料-凝殼結(jié)晶成形-倒出多余金屬材料液體-冷卻清理，其所用的合金熔體溫度高于合金液相線溫度100-150°C，然后直接澆注入鑄型中，待其停留1-5分鐘后從鑄型中將多余金屬材料液體倒出。采用該種方法制備的薄壁鑄件盡管填充性能好、組織致密，但是鑄件壁厚不均勻，工藝控制困難，難以滿足實際生產(chǎn)的需求。因此，迫切需要發(fā)明新的薄壁鑄件制備技術(shù)，以滿足對薄壁鑄件日益增長的需求和苛刻使用環(huán)境的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法，該方法具有工藝控制簡單、操作方便，所制備的鑄件組織致密、均勻，且不會產(chǎn)生縮孔、氣孔等鑄造缺陷、具有優(yōu)良的力學(xué)性能和使用性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置，包括帶有電磁攪拌裝置的感應(yīng)熔煉爐、設(shè)置在感應(yīng)熔煉爐內(nèi)部的砂模、與砂模連接的抽氣裝置，所述砂模與感應(yīng)熔煉爐之間設(shè)置有合金熔體。所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型透氣性好、在砂芯或砂型端部設(shè)置砂型排氣管、砂型排氣管與抽氣裝置連接。所述抽氣裝置包括負(fù)壓艙和真空泵，負(fù)壓艙一側(cè)與砂模的砂型排氣管相連，負(fù)壓艙另一側(cè)通過負(fù)壓艙連接管與真空泵相連接，并在負(fù)壓艙連接管上安裝閥門控制氣體流向。所述感應(yīng)熔煉爐的坩堝底部設(shè)置有電磁攪拌裝置，以便對半固態(tài)熔體進(jìn)行攪拌。
一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法，首先，采用粒度較粗、粒形圓整的原砂，制備出透氣性好的砂模，并在砂模端部設(shè)置砂型排氣管；其次，將合金熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20°C以內(nèi)，使其半固態(tài)合金液相率> 80%;然后，在砂模中浸入熔體時，對砂模進(jìn)行抽氣，合金熔體在負(fù)壓作用下吸附在砂模外壁并且結(jié)晶凝固形成金屬薄壁；最后，取出附著薄層金屬的砂模，待其冷卻、清理后獲得鑄件。所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型采用粒徑較大、粒形圓整、顆粒粒徑分布集中的石英砂作為原砂，所制備出的砂芯或砂型透氣性好，并在砂模端部設(shè)置砂型排氣管，以便將砂模與抽氣裝置連接。所述抽氣裝置是用于真空壓鑄的抽真空裝置，包括負(fù)壓艙和真空泵，砂模的砂型排氣管直接與負(fù)壓艙相連接，負(fù)壓艙通過負(fù)壓艙連接管連接真空泵，在負(fù)壓艙連接管上接近負(fù)壓艙的一側(cè)設(shè)置有壓力表，在負(fù)壓艙連接管上接近真空泵的一側(cè)設(shè)置真空泵閥門，真空泵閥門控制氣體流向、以避免高溫氣體直接進(jìn)入真空泵；砂型排氣管上設(shè)置有電磁閥。所述砂模在合金熔體中做行星式自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)速度為5-30轉(zhuǎn)/分鐘，待合金熔體在砂模表面凝固形成金屬薄壁后，將金屬薄壁從熔體中提出。所述薄壁合金鑄件的壁厚為1. 5_2mm。本發(fā)明中，首先需要制備出透氣性較好的砂型或砂芯，并在砂型或砂芯端部設(shè)置砂型排氣管；其次，將熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20°C，保持熔體液相分?jǐn)?shù)> 80再次，在砂型或砂芯浸入溶體中時，需迅速對砂型或砂型抽氣；最后，在砂t吳表面凝結(jié)一層金屬后，冷卻清砂、去除多余部分合金即獲得所需要的鑄件。合金熔體在負(fù)壓作用下流動性大大改善,且可將砂型中的水汽、空氣排除,改善成形鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。本發(fā)明的有益效果在于1.通過對砂模抽氣，鑄型壁面形成負(fù)壓，且半固態(tài)熔體的液相率含量較高，并布置電磁攪拌裝置對熔體進(jìn)行攪拌，可以改善半固態(tài)熔體微觀結(jié)構(gòu)，提高半固態(tài)熔體合金的流變性能和填充能力，能制備形狀復(fù)雜的鑄件，而且裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。2.所制備鑄件的外部質(zhì)量優(yōu)良，輪廓清晰，內(nèi)部組織致密、均勻，而且不會產(chǎn)生縮孔、氣孔,能夠滿意高品質(zhì)空殼薄壁鑄件的需求。


圖1為空心薄壁鑄件鑄造過程的示意圖；其中I為真空泵；2為砂芯或砂型；3為鑄件；4為合金熔體；5為感應(yīng)加熱爐；6為電磁攪拌器；7為砂型排氣管；8為電磁閥；9為負(fù)壓艙；10為壓力表；11為負(fù)壓艙連接管；12為真空泵閥門。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明所提供的鑄造技術(shù)，包括以下工作步驟①把用于鑄造的合金在感應(yīng)熔煉爐中熔化，脫氧打渣后，將溫度降至低于該合金液相線溫度以下0-20°C，保持該半固態(tài)合金熔體中液相率> 80%，并啟動電磁攪拌裝置對熔體進(jìn)行攪拌；
②制備好透氣性良好、且?guī)в猩靶团艢夤艿纳靶突蛏靶?；③將制備好的砂型通過砂型排氣管與抽氣裝置相連；④先關(guān)閉電磁閥、打開真空泵閥，啟動真空泵對負(fù)壓艙抽真空，關(guān)閉真空泵和真空泵閥門；⑤將砂型或砂芯浸入熔體中，并迅速打開連接砂型或砂芯與負(fù)壓艙的電磁閥；⑥砂型或砂芯在熔體中做行星式自轉(zhuǎn)，保持5-30轉(zhuǎn)/分鐘的自轉(zhuǎn)速度，待砂型和砂芯浸入熔體10-60秒，在砂型和砂芯表面凝固后將其從熔體中提出，關(guān)閉電磁閥，打開真空泵閥，啟動真空泵對負(fù)壓艙抽真空；⑦冷卻清砂、去除多余部分合金即獲得所需要的鑄件。實施例1采用ZGS96-60Q-15型硅砂作為原砂，制成砂型或砂芯2，并安裝砂型排氣管7 ;將一定量的lCrl8Ni9Ti合金鋼坯加入帶有電磁攪拌器6的感應(yīng)加熱電爐5中，將合金鋼加熱熔化，脫氧打渣，啟動電磁攪拌器6對熔體4進(jìn)行攪拌，將熔體4溫度降至該合金液相線溫度1510°C以下0-10°C，即控制在1510-1500°C;關(guān)閉電磁閥7、打開真空泵閥門12，啟動真空泵1，待負(fù)壓艙9獲得高真空后，關(guān)閉真空泵閥門12 ;將烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔體4中，迅速打開真空閥7 ;以5-10轉(zhuǎn)/分鐘速度旋轉(zhuǎn)并均勻擺動砂芯2，保持10-30秒后將其緩慢提出，此時，砂型2浸入的所有表面形成了一層均勻的凝固層，冷卻后清砂，并切除兩端多余部分的合金，獲得所需要的lCrl8Ni9Ti空心薄壁合金鑄件，鑄件壁厚為1. 5_2mm。實施例2米用ZGS96-42Q-15型娃砂作為原砂,制成砂型或砂芯2，并安放砂型排氣管；將一定量的ZQSnlO-5合金坯料加入感應(yīng)電爐5中，將其加熱熔化，除氣打渣，然后將熔體溫度降至該合金液相線溫度1005°C以下10-20°C，即控制在995-985°C ;關(guān)閉電磁閥7、打開真空泵閥門12，啟動真空泵1，待負(fù)壓艙9獲得高真空后，關(guān)閉真空泵閥門12 ;將烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔體4中，迅速打開真空閥7 ;以20-30轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)并擺動砂芯2，保持30-60秒后將其緩慢提出，此時，砂型2浸入的所有表面形成了一層均勻的凝固層，冷卻后清砂，并切除兩端多余部分的合金，獲得所需要的ZQSnlO-5空心薄壁合金鑄件，鑄件壁厚為1. 5-2mm。實施例3采用ZGS85-30Q-15型硅砂作為原砂，制成砂型或砂芯2，并安裝砂型排氣管；將一定量的HT150鑄鐵合金坯料加入感應(yīng)電爐5中，將其加熱熔化，除氣打渣，然后將熔體溫度降至該合金液相線溫度1260°C以下5-15°C，即控制在1245-1255°C ;關(guān)閉電磁閥7、打開真空泵閥門12，啟動真空泵1，待負(fù)壓艙9獲得高真空后，關(guān)閉真空泵閥門12;將烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔體4中，迅速打開真空閥7 ;以10-20轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)并擺動砂芯2，保持20-40秒后將其緩慢提出，此時，砂型2浸入的所有表面形成了一層均勻的凝固層，冷卻后清砂，并切除兩端多余部分的合金，獲得所需要的HT150鑄鐵空心薄壁合金鑄件，鑄件壁厚為1. 5-2mm。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置，其特征在于包括帶有電磁攪拌裝置的感應(yīng)熔煉爐、設(shè)置在感應(yīng)熔煉爐內(nèi)部的砂模、與砂模連接的抽氣裝置，所述砂模與熔煉爐之間設(shè)置有合金熔體。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型透氣性好、在砂芯或砂型端部設(shè)置砂型排氣管、砂型排氣管與抽氣裝置連接。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述抽氣裝置包括負(fù)壓艙和真空泵，負(fù)壓艙一側(cè)與砂模的砂型排氣管相連，負(fù)壓艙另ー側(cè)通過負(fù)壓艙連接管與真空泵相連接，并在負(fù)壓艙連接管上安裝閥門控制氣體流向。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述感應(yīng)熔煉爐的坩堝底部設(shè)置有電磁攪拌裝置，以便對半固態(tài)熔體進(jìn)行攪拌。
5.一種用于空殼薄壁鑄件的鋳造方法，其特征在于首先，采用粒度較粗、粒形圓整的原砂，制備出透氣性好的砂模，并在砂模端部設(shè)置砂型排氣管；其次，將合金熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20°C以內(nèi)，使其半固態(tài)合金液相率> 80%;然后，在砂模中浸入熔體時，對砂模進(jìn)行抽氣，合金熔體在負(fù)壓作用下吸附在砂模外壁并且結(jié)晶凝固形成金屬薄壁；最后，取出附著薄層金屬的砂模，待其冷卻、清理后獲得鑄件。
6.如權(quán)利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型采用粒徑較大、粒形圓整、顆粒粒徑分布集中的石英砂作為原砂，所制備出的砂芯或砂型透氣性好，并在砂模端部設(shè)置砂型排氣管，以便將砂模與抽氣裝置連接。
7.如權(quán)利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述抽氣裝置是用于真空壓鑄的抽真空裝置，包括負(fù)壓艙和真空泵，砂模的砂型排氣管直接與負(fù)壓艙相連接，負(fù)壓艙通過負(fù)壓艙連接管連接真空泵，在負(fù)壓艙連接管上接近負(fù)壓艙的一側(cè)設(shè)置有壓カ表，在負(fù)壓艙連接管上接近真空泵的ー側(cè)設(shè)置真空泵閥門，真空泵閥門控制氣體流向、以避免高溫氣體直接進(jìn)入真空泵；砂型排氣管上設(shè)置有電磁閥。
8.如權(quán)利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述砂模在合金熔體中做行星式自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)速度為5-30轉(zhuǎn)/分鐘，砂型和砂芯浸入熔體10-60秒，待合金熔體在砂模表面凝固形成金屬薄壁后，將金屬薄壁從熔體中提出。
9.如權(quán)利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述薄壁合金鑄件的壁厚為1.5-2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于空殼薄壁鑄件的裝置及其鑄造方法，該裝置包括熔煉爐、設(shè)置在熔煉爐內(nèi)部的砂模、與砂模連接的抽氣裝置，所述砂模與熔煉爐之間設(shè)置有合金熔體。首先需要制備出透氣性較好的砂型或砂芯，并在砂型或砂芯端部設(shè)置排氣通道；其次，將熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20℃，保持熔體液相分?jǐn)?shù)＞80％；然后，在砂型或砂芯浸入熔體中時，需迅速對砂型或砂芯抽氣；最后，待鑄件冷卻清砂、去除多余部分合金即獲得所需要的鑄件。采用該裝置和方法，合金熔體在負(fù)壓作用下流動性大大改善，成形性能大大提高，且可排除砂型中的水汽、空氣，改善成形鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。
文檔編號B22D18/06GK103042194SQ20121055764
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者余林, 狄海兵, 曹毅 申請人:重慶和鑫藝術(shù)品創(chuàng)作有限公司