專(zhuān)利名稱(chēng)：一種調(diào)壓鑄造方法及調(diào)壓鑄造用坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種鑄造領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于各種鋁合金材料，各種材料的鑄型，特別適用于成型困難的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁基復(fù)合材料和發(fā)氣量大的樹(shù)脂砂型的真空調(diào)壓鑄造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在專(zhuān)利文件CN 1034876A中公開(kāi)了一種調(diào)壓鑄造方法，該方法是在一定真空度條件下，將液態(tài)金屬沿反重力方向壓入型腔，充型完成后，在保持充型壓力差不變的條件下同時(shí)將上下密封室壓力升高，使鑄件的凝固環(huán)境從負(fù)壓迅速向正壓轉(zhuǎn)變。該方法在保壓過(guò)程中，將上密封室壓力從負(fù)壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎海股舷旅芊馐业膲毫Σ顑H僅維持在充型完成時(shí)的水平，鑄件的補(bǔ)縮壓力較小，補(bǔ)縮能力有限，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松，難以獲得致密鑄件；同時(shí)，鑄件凝固過(guò)程中，上密封室的正壓力將影響排氣，尤其對(duì)于發(fā)氣量大的樹(shù)脂砂型，所發(fā)的大量氣體無(wú)法順利、及時(shí)排除，而是在較大的壓力作用下以原子形式融入液態(tài)金屬中，鑄件出模后，隨著壓力及溫度的降低，氣體在金屬液中的溶解度急劇下降，氣體由原子態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿有问?，在鑄件中形成針孔，最終影響鑄件質(zhì)量。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 2204209Y中公開(kāi)了一種真空加壓鑄造裝置，該設(shè)備較好地解決了鑄型的排氣問(wèn)題，設(shè)備投資小，并簡(jiǎn)化模具制造，適用于大、中型薄壁復(fù)雜的金屬型鑄造。在此基礎(chǔ)上，專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 2471451Y又報(bào)道一種真空和保護(hù)氣體循環(huán)加壓鑄造裝置，該裝置可有效防止氣孔、夾雜、縮松的產(chǎn)生。此兩項(xiàng)技術(shù)基本適用于調(diào)壓鑄造方法，都是將爐體或爐體外的罐體作為下密封室。將爐體作為下密封室具有三點(diǎn)局限性，首先，對(duì)爐體密封難度大，對(duì)密封室抽真空時(shí)，真空度達(dá)到-0.04MPa后，難再降低，下密封室內(nèi)剩余的氣體容易隨金屬液進(jìn)入鑄型，影響鑄件質(zhì)量；其次，對(duì)爐體或爐體外的罐體進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，調(diào)壓空間較大，延長(zhǎng)調(diào)壓時(shí)間，影響成型過(guò)程關(guān)鍵時(shí)刻調(diào)壓的快速性與及時(shí)性，且增加能耗；第三，若直接對(duì)爐體抽真空，易發(fā)生真空放電現(xiàn)象，威脅人員及設(shè)備安全，增加爐體的維修負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題現(xiàn)有調(diào)壓鑄造方法中保壓壓力較小，鑄件補(bǔ)縮能力有限，以及下密封室密封困難，調(diào)壓空間大的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種調(diào)壓鑄造方法，將鑄型及液態(tài)金屬分別置于上密封室及坩堝內(nèi)，同時(shí)對(duì)上密封室及坩堝抽真空；當(dāng)真空度達(dá)到要求時(shí)，向坩堝內(nèi)充入惰性氣體，使液態(tài)金屬沿著升液管壓入型腔；充型完成后，在保持上密封室真空度不變的條件下，對(duì)坩堝內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)壓，使其壓力從負(fù)壓迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎海⒕S持在設(shè)定的正壓值上；當(dāng)鑄件凝固完成后，立即對(duì)坩堝卸壓，對(duì)上密封室卸真空。所述的下密封室為置于爐體中的坩堝內(nèi)腔與工作臺(tái)下平面所密封的空間。
該鑄造方法在真空條件下以較小的可調(diào)壓差充型，提高了型腔的排氣能力并減少充型過(guò)程液態(tài)金屬的紊流和卷入氣體；保壓過(guò)程中，維持上密封室的真空度，對(duì)坩堝進(jìn)行調(diào)壓的方法相比于現(xiàn)有的調(diào)壓鑄造方法，保證了鑄件在更大的壓力下結(jié)晶凝固，大大增強(qiáng)了鑄件的補(bǔ)縮能力，并防止凝固過(guò)程中，各種發(fā)氣材料所發(fā)氣體的侵入。因此，本發(fā)明適用于各種鋁合金，特別適用于成型困難的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁基復(fù)合材料和鋁合金鑄件，鑄型材料可以為殼型、水玻璃砂型和發(fā)氣量大的樹(shù)脂砂型等。
一種調(diào)壓鑄造用坩堝，其坩堝包括坩堝體和水冷法蘭，水冷法蘭焊接在坩堝體的上端，在水冷法蘭的上表面設(shè)置隔熱石棉槽及密封槽，水冷法蘭內(nèi)部設(shè)一空腔用于循環(huán)水的冷卻，水冷法蘭的外沿設(shè)循環(huán)水的進(jìn)水接口和出水接口，坩堝氣路接口設(shè)在坩堝體的上部。
本發(fā)明的有益效果1.大大提高鑄件的凝固壓力，增強(qiáng)鑄件排氣能力及補(bǔ)縮能力，可獲得結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，組織更致的鑄件；2.將坩堝內(nèi)腔與工作臺(tái)下平面所密封的空間作為下密封室，密封效果好，真空度可達(dá)-0.1MPa，且減小對(duì)爐體的破壞作用。
3.直接對(duì)坩堝內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)壓，調(diào)壓空間小，增強(qiáng)系統(tǒng)反應(yīng)的快速性與及時(shí)性，并減小能耗；4.上密封室及坩堝與氣路部件間采用鋼絲PVC管連接，爐體具有傾翻裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能靈活，方便清理坩堝內(nèi)剩余的液態(tài)金屬。


圖1調(diào)壓鑄造設(shè)備示意圖。
圖2調(diào)壓鑄造用坩堝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3調(diào)壓鑄造用坩堝俯視圖。
圖4樹(shù)脂砂型鋁基復(fù)合材料鑄件的成型工藝曲線。
圖中1升液管，2坩堝體，3爐體，4爐板，5坩堝氣路接口，6上密封室氣路接口，7工作臺(tái)，8上密封室，9鑄型壓緊裝置，10鑄型，11密封罼，12工作臺(tái)鎖緊栓，13密封罩鎖緊栓，14爐體傾翻機(jī)構(gòu)，15爐體支座，16鋼絲PVC管，17過(guò)濾器，18壓力傳感器，19卸壓管，20上密封室卸壓閥，21上密封室真空閥，22坩堝真空閥，23鋼管，24惰性氣源，25真空罐，26鋼絲PVC管，27過(guò)濾器，28壓力傳感器，29卸壓管，30坩堝卸壓閥，31調(diào)壓管，32壓力調(diào)節(jié)閥，33水冷法蘭接口，34隔熱石棉槽，35橡膠密封圈槽，36橡膠密封圈，37坩堝氣路法蘭，38密封夾，39進(jìn)水接口，40出水接口，41電阻絲，42橡膠密封圈，43石棉圈。
具體實(shí)施例方式
一種調(diào)壓鑄造用坩堝，該坩堝包括坩堝體2和水冷法蘭33。水冷法蘭焊接在坩堝體的上端，在水冷法蘭33的上表面設(shè)置隔熱石棉槽34及橡膠密封圈槽35，水冷法蘭內(nèi)部設(shè)一空腔用于循環(huán)水的冷卻，水冷法蘭33的外沿設(shè)循環(huán)水的進(jìn)水接口39和出水接口40，坩堝氣路接口5設(shè)在坩堝體2的上部。
坩堝體2材料為1Cr18Ni9Ti，水冷法蘭33材料為A3；坩堝由坩堝體2和水冷法蘭33焊接后，經(jīng)45分鐘的4kg/cm2充水壓無(wú)滲漏。
坩堝氣路接口5由無(wú)縫鋼管與法蘭焊接而成，無(wú)縫鋼管的另一端與坩體2焊接，無(wú)縫鋼管的材料為1Cr18Ni9Ti。
本發(fā)明的調(diào)壓鑄造設(shè)備包括爐體3固定在爐體支座15上，爐體傾翻機(jī)構(gòu)14固定在爐體3上，爐板4固定在爐體3上。通過(guò)爐體傾翻機(jī)構(gòu)，靈活，方便地清理坩堝內(nèi)剩余的液態(tài)金屬。
隔熱石棉43和橡膠密封圈42，分別置于坩堝的水冷法蘭33的隔熱槽34和密封槽35中，通過(guò)坩堝的水冷法蘭將坩堝安放在爐體3內(nèi)，用固定在爐體3上的工作臺(tái)鎖緊栓12與工作臺(tái)7連接，將坩堝固定。
升液管1置于工作臺(tái)7的定位環(huán)中，采用泥密封。
鑄型10置于工作臺(tái)7上，密封罩1扣于其上，并坐在工作臺(tái)7上，通過(guò)密封罩鎖緊栓13將密封罩11固定在工作臺(tái)7上，擰緊固定于密封罩11上的鑄型壓緊裝置9，將鑄型10固定。
上密封室8的氣路鋼絲PVC管16的一端接上密封室氣路接口6，其另一端經(jīng)過(guò)濾器17、壓力傳感器18、上密封室卸壓閥20的一端、上密封室真空閥21、坩堝真空閥22的一端及鋼管23與真空罐25連接。上密封室卸壓閥20的另一端接卸壓管19。
坩堝2的氣路坩堝氣路法蘭37的一端與坩堝氣路接口5的法蘭連接，其另一端與鋼絲PVC管26的一端用密封夾38連接，鋼絲PVC管26的另一端經(jīng)過(guò)濾器27、壓力傳感器28、坩堝卸壓閥30的一端、卸壓管29、坩堝真空閥22的另一端、壓力調(diào)節(jié)閥32與惰性氣源24連接。坩堝氣路接口5的法蘭與坩堝氣路法蘭37間設(shè)橡膠密封圈42密封。調(diào)壓管31的另一端接卸壓管29。
水冷法蘭33的進(jìn)水接口39及出水接口40，用于對(duì)橡膠密封圈42進(jìn)行循環(huán)水冷卻。
一種調(diào)壓鑄造方法，以樹(shù)脂砂型生產(chǎn)SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料大型復(fù)雜鑄件為具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。該鑄件的輪廓尺寸為800mm×800mm×160mm，最大壁厚100mm，最小壁厚10mm，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
圖2為該實(shí)施方式的成型工藝曲線。圖中實(shí)線及虛線分別表示鑄件成型過(guò)程中坩堝及上密封室內(nèi)壓力的變化曲線。ab段為坩堝及上密封室降壓過(guò)程；bc段維持真空度，等待澆注信號(hào)；cdf段為真空調(diào)壓過(guò)程，其中cd段為液態(tài)金屬充型過(guò)程，df段為坩堝升壓過(guò)程；fg段為恒壓凝固過(guò)程；ce段表示鑄件充型、坩堝升壓及鑄件凝固過(guò)程中，上密封室始終保持真空度不變；gh段及eh段為坩堝及上密封室卸壓過(guò)程。
調(diào)壓鑄造過(guò)程將鑄型10及液態(tài)金屬分別置于上密封室11及坩堝內(nèi)，同時(shí)對(duì)上密封室11及坩堝抽真空；使二者真空度均達(dá)到-0.1MPa，并維持不變；當(dāng)充型開(kāi)始后，在保持上密封室11真空度不變的條件下，對(duì)坩堝內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)壓向坩堝內(nèi)充入氬氣，使坩堝內(nèi)的壓力以0.004MPa/s的速率，從-0.1MPa上升為-0.04MPa，并維持該壓力值不變，此過(guò)程中液態(tài)金屬沿著升液管1壓入型腔；當(dāng)液態(tài)金屬充型完成后，在保持上密封室11真空度為-0.1MPa的條件下，將調(diào)壓速率增加到0.008MPa/s，使坩堝內(nèi)壓力迅速升至0.1MPa，并維持不變至鑄件凝固完成后，立即對(duì)坩堝及上密封室11卸壓，當(dāng)坩堝及上密封室11都達(dá)到常壓時(shí)，打開(kāi)上密封室11，取出鑄型10，轉(zhuǎn)動(dòng)爐體傾翻機(jī)構(gòu)14的手輪，使?fàn)t體3連同坩堝傾轉(zhuǎn)，將坩堝內(nèi)的剩余金屬液倒出、回收，完成成型全過(guò)程。坩堝內(nèi)升壓后并維持不變的壓力設(shè)定值是越大越好，限制在設(shè)備的承受能力范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)壓鑄造方法，該方法是將鑄型及盛有液態(tài)金屬的坩堝分別置于上密封室及下密封室內(nèi)，同時(shí)對(duì)上、下密封室抽真空；真空度達(dá)到要求后，在維持上密封室真空狀態(tài)下，向下密封室充入惰性氣體或壓縮空氣，使液態(tài)金屬沿反重力方向壓入型腔；充型完成后，同時(shí)對(duì)上、下密封室調(diào)壓，使鑄件在壓力下凝固；凝固完成后，將上、下密封室壓力卸至常壓，打開(kāi)上密封室，取出鑄型，回收剩余金屬液，完成成型全過(guò)程，其特征是充型完成后，在保持上密封室真空度不變的條件下，對(duì)下密封室進(jìn)行調(diào)壓，使其壓力從負(fù)壓迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎?，并維持在設(shè)定的正壓值上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)壓鑄造方法，其特征是所述的下密封室為置于爐體中的坩堝內(nèi)腔與工作臺(tái)下平面所密封的空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)壓鑄造方法，其特征是壓力從負(fù)壓迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎?，其設(shè)定的正壓值小于設(shè)備承受能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)壓鑄造方法，其特征是對(duì)上下密封室抽真空，其真空度為-0.1MPa。
5.一種調(diào)壓鑄造用坩堝，其特征是坩堝包括坩堝體(2)和焊接在其上端的水冷法蘭(33)，在水冷法蘭(33)的上表面設(shè)置隔熱石棉槽(34)及橡膠密封槽(35)，水冷法蘭內(nèi)部為空腔，用于循環(huán)水的冷卻，水冷法蘭(33)的外沿設(shè)循環(huán)水的進(jìn)水接口(39)和出水接口(40)，坩堝路接口(5)設(shè)在坩堝體(2)的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種調(diào)壓鑄造用坩堝，其特征是坩堝體(2)材料為1Cr18Ni9Ti，水冷法蘭(33)材料為A3；坩堝由坩堝體(2)和水冷法蘭(33)焊接而成，焊后充水壓4kg/cm2，經(jīng)45分鐘無(wú)滲漏。
7.據(jù)權(quán)利要求5所述的一種調(diào)壓鑄造用坩堝，其特征是坩堝氣路接口(5)由無(wú)縫鋼管與法蘭焊接而成，無(wú)縫鋼管的另一端與坩堝體(2)焊接，無(wú)縫鋼管的材料為1Cr18Ni9Ti。
全文摘要
一種真空調(diào)壓鑄造方法及調(diào)壓鑄造用坩堝，將鑄型及液態(tài)金屬分別置于上密封室及坩堝內(nèi)，同時(shí)對(duì)二者抽真空，真空度均達(dá)到要求時(shí)，向坩堝內(nèi)充入惰性氣體或壓縮空氣，使液態(tài)金屬在可調(diào)的壓差下沿著升液管壓入型腔；當(dāng)充型完成后，在保持對(duì)真空罩繼續(xù)抽真空條件下，對(duì)坩堝內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)壓，使其壓力從負(fù)壓迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎海⒕S持設(shè)定的正壓值；當(dāng)鑄件凝固結(jié)束后，立即對(duì)坩堝卸壓、對(duì)真空罩卸真空，打開(kāi)真空罩取出鑄型，完成成型過(guò)程。調(diào)壓用坩堝包括坩堝體，水冷法蘭，調(diào)壓管路接口。該技術(shù)提高型腔的排氣能力，保證金屬液在較大壓力下結(jié)晶凝固，增強(qiáng)鑄件的補(bǔ)縮效果，密封性好，可靠性高，適于各種鋁基復(fù)合材料和鋁合金鑄件。
文檔編號(hào)F27B14/00GK1613578SQ20041000961
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者韓建民, 沙鎮(zhèn)嵩, 李衛(wèi)京, 陳懷君, 李榮華, 崔世海, 徐向陽(yáng), 劉元富, 王金華 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)