CN101623749A - 一种压力铸造模以及能产生高压的低压铸造机 - Google Patents

Abstract

公开了一种能让低压铸造机产生高压的压力铸造模，以及能产生高压的低压铸造机。在铸造模上设置多个由柱塞和柱塞孔组成的加压装置，并在低压铸造机上或铸造模上设置相应的驱动机构，用此模取代低压铸造机上的现行铸造模。当金属液(9)在低压汽体(7)压力下平稳填充铸型(14)后，先驱动下加压塞(6)封闭浇口(5)，让坩埚(8)退出压力系体，再驱动柱塞(1、6)加压，铸型(14)内金属液就于多加压装置加压下，实现在多方向多部位的高压力(4～500Mpa)下充型、补缩、凝固。从而使铸件的致密度和强度以及韧性达到令人满意的程度，大大提高了现行低压铸造机的铸造质量和铸件成品率。

Description

一种压力铸造模以及能产生高压的低压铸造机

技术领域

本发明涉及一种铸造模和铸造机，具体是一种能产生高压的压力铸造模以及能产生高压的低压铸造机。

背景技术

现行的低压铸造机，是在密封的坩埚中，输入较低的、干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过铸造模下面的浇口，平稳地输入到型腔，并保持坩埚内液面上气体的压力，一直到铸件完全凝固为止，然后解除液面上气体的压力，使升液管中未凝固的金属液流回坩埚，再由气缸开型并顶出铸件。

低压铸造是一种应用范围比较广泛的铸造方法，它能让金属液平稳填充铸型，有文章介绍：“大型薄壁铝合金铸件一直是铸造界的难题，低压铸造是最佳工艺方法。据有关方面信息，美国目前可生产直径800mm、长5m、壁厚6～8mm的巡航导弹舱体，合金材料A357。我国也将研制直径600mm左右、高3m、壁厚6mm的差压铸件”(唐多光，21世纪低压铸造技术的展望，《特种铸造及有色合金》，1998年第4期～31)。低压铸造难以解决的问题是压力值上不去，铸件的致密度和强度以及韧性还达不到令人满意的程度；且要求严格的掌握加压规范，控制好顺序凝固的温度场，工艺难点多，操作麻烦，对操作工人的素质要求高，废品率较高。

用低压气体驱动坩埚内金属液通过升液管填充铸造模型腔，用低压气体通过坩埚让铸型内金属液完成压力补缩是低压铸造的基本特征，由于受到坩埚强度的制约，如何提高补缩压力一直是困绕铸造界的大难题。上世纪60年代后，出现了差压铸造，补缩压力有了较明显的提高，铸造技术从此跃上了一个新台阶。其实，低压铸造的基本特征决定了它自身的先天不足，要在真正意义上提高它的补缩压力，应当对其进行脱胎换骨的改动才能最终解决问题。差压铸造(还有“真空倾转差压铸造”等)只是在原有基础上作了一些补偿性的改进，并没有脱离低压铸造的基本特征，因而其改进后的先进程度是非常有限的。低压铸造压力一般只有0.15MPa左右，差压铸造也只有0.7MPa左右(朱丽娟、王宏伟、董秀琦，真空倾转差压铸造法的应用探讨，《特种铸造及有色合金》1999年第3期23～25)就说明了这个问题；因此铸件的致密度和强度以及韧性还达不到令人满意的程度。

与低压铸造相对应的是高压铸造(压铸)，高压和高速是其特点。常用压力一般为4～500Mpa甚至更高。由于高压喷射易裹入空气产生气孔，铸件不能进行热处理等缺陷，使其应用范围受到很大限制。

随着世界各国对铸件要求越来越高，铸件的精密化、薄壁化、轻量化和省力化已成为铸造技术急需解决的问题。铸造界需要找到一种实现铸件少余量、无余量加工，同时也是汽车铸件精密化、薄壁化、轻量化和节能化的方法。

业内人士都清楚，要铸造真正高质量的铸件，应当要能同时满足两个基本条件：

(1)能让金属液平稳填充铸型；

(2)能让铸型内金属液在很高压力下完成补缩和凝固；

但现行铸造技术包括高压铸造和低压铸造，目前还没有哪一种铸造方法能同时满足这两个基本条件。

如何让现行低压铸造机产生很高的补缩压力，是低压铸造机需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是让现行低压铸造机能够产生很高的补缩压力，使其具备“能让铸型内金属液在很高压力下完成补缩和凝固”的功能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种能让低压铸造机产生高压的压力铸造模，压力铸造模上设置有由柱塞和柱塞孔组成的加压装置，柱塞一端承接驱动机构的驱动力；在低压铸造机上或在铸造模上设置相应的驱动机构，用此模取代低压铸造机上的现行铸造模，当坩埚内金属液在低压气体压力下平稳填充铸型后，驱动封闭装置将压力铸造模封闭，让坩埚退出压力系体，再驱动加压装置施加高压(4～500Mpa甚至更高)，铸型内金属液就能在很高的压力下完成补缩和凝固。

加压装置可以设置在上模上，与冒口结合组成上加压装置，也可以设置在下模上，与浇口结合组成下加压装置，对于大型复杂且壁厚厚薄悬殊的薄壳铸件，为了消除补缩死角，还可以在铸件突变部位增设倾斜布置或水平布置的加压装置，进行局部加压补缩，进一步提高铸件质量和正品率。与浇口结合组成的下加压装置，因其首先要截断铸型内金属液退路起到密封作用，还可以把它叫作密封装置或封闭装置。根椐截断铸型内金属液退路的方法不同，也可以用阀门作为封闭装置。柱塞孔由于分布位置不同，也可以称为冒口或浇口，它与补缩腔相连，与柱塞密封配合，其配合间隙为0～1毫米；同样，柱塞由于分布位置不同，也可以称为上加压塞或下加压塞，其外端直接或间接联接驱动机构。驱动机构的作用是驱动柱塞运动，以向铸型内的金属液提供强大的压力，它可以通过支架安装在低压铸造机上或安装在铸造模上。

本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：

1.金属液在低压力下浇注、填充铸型，拥有现行低压铸造机所有的相关优点；在高压力下补缩、凝固(压力可达到4～500Mpa甚至更高)，可达到低压铸造机原补缩压力的数百倍以上，金属液有更高的工艺收缩率；

2.可布置多个加压装置(包括水平布置或倾斜布置的加压装置)，实现局部加压补缩，消除补缩死角，可使大型复杂且壁厚厚薄悬殊的薄壳铸件铸造变得容易；

3.多方向多部位高压加压补缩，能很好地解决顺序补缩问题，比单向低压加压补缩效果更好，铸件的至密度更高，成品率更高；

4.由于压力大大提高，还有以下优点：1)减少铸件气孔、针孔缺陷，(2)改善铸件的表面质量，(3)可明显减少大型复杂铸件凝固时的热裂倾向，(4).可减少凝固时间，相应地减少了凝固期内的变质衰退现象，其晶粒也有所细化；

5.与差压铸造比较，在铸造模上直接加压，既简化了加压设施，又大大提高了补缩压力。

6.实行多方向多部位高压加压，操作简单，对操作工人素质要求不高，正品率高。

总的来说，在铸造质量上本发明远胜过现行的低压铸造。可以让铸件的致密度和强度以及韧性达到令人满意的程度。

附图说明

以下结合附图按一般操作过程对本发明进行说明：

图1是铸造模安装后的剖面示意图，

图2是坩蜗内金属液在低压气体作用下，通过浇口压入铸造模铸型内的剖面示意图，

图3是金属液填满铸型后，驱动下加压塞向上运动封闭通道和浇口的剖面示意图，

图4是驱动上、下加压塞全部加压的剖面示意图，

图5是大型铸件，复杂铸件采用多加压装置加压的剖面示意图，

图6是图5所示倾斜加压装置的局部放大图，

图7是用阀门作为封闭装置的铸造模剖面示意图，

具体实施方式

以下结合操作过程阐述几种具体实施方式。

先简单说明一下，驱动机构可以有多种结构形式或驱动方法，例如可以在原有低压铸造机上增加油缸或利用现成油缸或气缸稍做改动而成，或在铸造模上安装专用的支架，在支架上安装其他驱动机构，例如电动凸轮机构加压、电动螺旋机构加压、电磁铁加压、气压力加压、液压力加压等多种形式或方法，统称为驱动机构。支架的作用是给驱动机构提供支撑，让驱动机构能借助该支撑方便地向柱塞施加压力，它可以是带钩或孔或销等活动铰链件联接的“Γ”形或“∏”形或其它形式的结构件，能方便地转动或装拆，需要时将其转动或安装到工作位置，为驱动机构提供支撑。

实施方式一：

1.(拆除原铸造模后)将设有加压装置的铸造模安装在低压铸造机上，用常规低压铸机造同样条件熔炼金属液、预热铸造模、涂涂料、完成铸造准备工作。

参阅图1，浇口5做成三通形式：下端与下加压塞6密封配合，上端与下补缩腔13相连，通过下补缩腔13与铸型14连通，中部开一个倾斜通道或弯管形式的通道12与升液管10连通；驱动机构11安装在铸造机上，位于下加压塞6的下方，开启时能驱动其向上运动，以封闭通道12和向铸型14施加压力，驱动方式可以直接驱动，如果空间不够，也可以通过驱动契形斜面体，由契形斜面体间接驱动下加压塞6，向铸型14施加压力；以上为垂直布置的下加压装置或封闭装置及相关件结构。

冒口2与上加压塞1密封配合，下端与上补缩腔3相连，驱动机构16安装在铸造机上，位于上加压塞1的上方，开启时能驱动上加压塞1向下运动，向铸型14施加压力；以上为垂直布置的上加压装置及相关件结构。

2.参阅图2，按现行低压铸造机常规要求开启低压气体7，让坩埚8内的金属液9在低压气体7压力下沿升液管10、通道12、下模4上的浇口5、下补缩腔13、铸型14、上补缩腔3一直上升到上模15上的冒口2，直到金属液受到低压铸造机所能达到的最大正常压力，填满与铸型相通的所有空腔。

3.参阅图3，开启驱动机构11，驱动下加压塞6向上运动，将通道12封闭，也就是将浇口5封闭，图3为下加压塞6上升后将通道12完全封闭的示意图，此时可关闭低压气体7，让坩蜗8退出压力***(此时铸造模自成压力***)。

4.参阅图4，继续开启驱动机构11，驱动下加压塞6向上运动，向铸型14施加压力，再开启驱动机构16，驱动上加压塞1向下运动，向铸型14施加压力；上、下加压塞1和6全部参与施压过程，此时铸造模实现上、下加压，压力即可达到高压铸造的常用压力范围(4～500Mpa)，让铸型内金属液在很高的压力下完成补缩和凝固。

5.退回各驱动机构及完成相关工作，用现行低压铸造机的原有方法完成后续工作。

实施方式二：

对于大型铸件，为让铸件得到多方向多部位的加压补缩，可设置多个加压装置增强补缩效果，对于大型复杂且壁厚厚薄悬殊的薄壳铸件，为了消除补缩死角，可以在铸件突变部位增设多个倾斜布置或水平布置的加压装置，进行局部加压补缩，进一步提高铸件质量和正品率。

1.参阅图5，封闭装置和上加压装置按实施方式一。支架21为“∏”形支架，安装在铸造模上，驱动机构20位于支架21与柱塞19之间，柱塞19与柱塞孔17密封配合，其一端与驱动机构20相接触，承接驱动力，往补缩腔18运动，向铸型14施加压力，根据补缩需要，柱塞孔17与补缩腔18水平布置。(参阅图6)支架26为“∏”形支架，安装在铸造模上，驱动机构25位于支架26与柱塞24之间，柱塞24与柱塞孔23密封配合，其一端与驱动机构25相接触，承接驱动力，往补缩腔22运动，向铸型14施加压力，根据补缩需要，柱塞孔23与补缩腔22倾斜布置。

2.参阅图5，按现行低压铸造机常规要求开启低压气体7，让坩埚8内的金属液9在低压气体7压力下沿升液管10、通道12、下模4上的浇口5、下补缩腔13、铸型14、补缩腔18、柱塞孔17、补缩腔22、柱塞孔23、上补缩腔3一直上升到上模15上的冒口2，直到金属液受到低压铸造机所能达到的最大正常压力，填满与铸型相通的所有空腔。

3.参阅图5，开启驱动机构11，驱动下加压塞6向上运动，将通道12封闭，也就是将浇口5封闭，此时可关闭低压气体7，让坩蜗8退出压力***(此时铸造模自成压力***)。

4.参阅图5，继续开启驱动机构11，驱动下加压塞6向上运动，再同时开启驱动机构16，驱动上加压塞1向下运动，开启驱动机构20，驱动柱塞19向右运动，开启驱动机构25，驱动柱塞24向左下运动，各柱塞同时向铸型14施加压力。此时铸造模实现多方位加压，压力可达到高压铸造的常用压力范围(4～500Mpa)，让铸型内金属液在很高的压力下完成补缩和凝固。

5.退回各驱动机构及完成相关工作，用现行低压铸造机的原有方法完成后续工作。

实施方式三：

1.(参阅图7，拆除原铸造模后)将设有加压装置的铸造模安装在低压铸造机上(阀门27置于开通位置)，用常规低压铸造机同样条件熔炼金属液、预热铸造模、涂涂料、完成铸造准备工作。

2.参阅图7，上加压装置按实施方式一。阀门27上端与浇口5连通，下端与升液管10连通，开通时能向金属液9提供通道.关闭时则阻断通道，阻止铸型14内金属液流回坩埚8，起到封闭作用；驱动机构16位于上加压塞1的上方，开启时能驱动上加压塞1向下运动，向铸型14施加压力。

按现行低压铸造机常规要求开启低压气体7，让坩埚8内的金属液9在低压气体7压力下沿升液管10、阀门27、下模4上的浇口5、下补缩腔13、铸型14、上补缩腔3一直上升到上模15上的冒口2，直到金属液受到低压铸造机所能达到的最大正常压力，填满与铸型相通的所有空腔。

3.参阅图7，关闭阀门27，此时铸造模自成压力***，可关闭低压气体7，开启驱动机构16，驱动上加压塞1向下运动，向铸型14施加压力，此时铸造模的压力即可达到高压铸造的常用压力范围。

4.退回各驱动机构及完成相关工作，用现行低压铸造机的原有方法完成后续工作。

其它多加压装置铸造模的实施方式可参照执行。在实用低压铸造过程中，用加压装置加压取代低压铸造的保压，是较好的铸造工艺。

Claims (10)

1.一种能让低压铸造机产生高压的压力铸造模，在低压铸造机上或在铸造模上设置相应的驱动机构，用此模取代低压铸造机上的现行铸造模；其特征在于：铸造模上设置有由柱塞和柱塞孔组成的加压装置，柱塞一端承接驱动机构的驱动力。

2.根据权利要求1所述的压力铸造模，其特征在于：铸造模上可设置多个加压装置，加压装置可以垂直布置，也可以水平布置或倾斜布置。

3.根据权利要求1所述的压力铸造模，其特征在于：铸造模下部的浇口处设置有可封闭铸造模浇口(5)的封闭装置。

4.根据权利要求3所述的压力铸造模，其特征在于：浇口(5)与下加压塞密封(6)配合，上端与铸型(14)连通，中部开有通道(12)与升液管(10)连通。

5.根据权利要求3所述的压力铸造模，其特征在于：封闭装置由阀门(27)构成，阀门(27)上端与铸造模浇口(5)连通，下端与升液管(10)连通。

6.根据权利要求1所述的压力铸造模，其特征在于：柱塞孔与柱塞密封配合，其配合间隙为0～1毫米。

7.根据权利要求1所述的压力铸造模，其特征在于：与柱塞孔相连的补缩腔可与加压装置一起倾斜布置。

8.根据权利要求1所述的压力铸造模，其特征在于：柱塞外端直接或间接联接驱动机构。

9.一种能产生高压的低压铸造机，以现行低压铸造机为基础加以改进，其特征在于：在铸造机上或在铸造模上设置相应的驱动机构，将权力要求1所述的压力铸造模安装在现行低压铸造机上，取代低压铸造机上的现行铸造模。

10.根据权利要求9所述的低压铸造机，其特征在于：驱动机构通过支架安装在铸造模上。

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