CN108838372B - 大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法 - Google Patents

大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法 Download PDF

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Abstract

大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法，它涉及一种加压方法。本发明解决了现有的差压铸造加压曲线由于控制精度低，难以保证结构壁厚不均的螺旋桨桨毂类铸件的平稳充型的问题。步骤一、升液过程：将升液过程划分为三个阶段，第一升液阶段为升液管填充过程，第二升液阶段为横浇道填充过程，第三升液阶段为内浇道填充过程；步骤二、充型过程：将充型过程划分为四个阶段；步骤三、增压过程：将步压力由500KPa增压至600KPa；步骤四、结晶保压：对步骤三中增压后的压力进行保压，保压时间为步骤五、泄压。本发明用于大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型。

Description

大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法
技术领域
本发明涉及一种差压铸造成型加压方法，具体涉及一种用于大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法。
背景技术
差压铸造是在低压铸造的基础上派生出来的一种铸造方法。与低压铸造的不同点是在铸型外罩个密封罩，内充压缩气体，使铸型处于气体的一定压力之下。金属液充型时，使保温炉中气体的压力大于铸型中气体的压力，如低压铸造时那样实现金属液的充型、保压和增压。但此时铸件是在更高的压力作用下结晶凝固的，所以可保证获得致密度更高的铸件。
差压铸造为更高质量的大型船舶铜合金螺旋桨的液态成形提供了工艺保障。差压铸造条件下，铜水包内的铜合金液体是通过铜水包内液面上的气体压力大于铸型型腔内的压力，迫使铜水包内的合金液体沿着升液管逆着重力方向充填到铸型型腔，直到型腔内的液体金属凝固冷却成固态获得铸件。相比于重力铸造，差压铸造能控制充型过程及充型速度，使充型液面平稳、铸件充型完整并且致密，有效的减少氧化夹渣和因补缩不良导致的缩孔、缩松等缺陷。传统差压铸造一般分为升液、充型、增压、保压结晶、降压五阶段，由于大型船舶铜合金螺旋桨桨毂在结构上薄厚不均匀，为了始终使充型液面保持平稳，这就要求差压铸造设备在充型时要根据铸件结构而随时改变充型速率，即加压压强。
传统差压铸造的充型过程为恒压充型，该种加压方式下，型腔截面发生改变时，如突扩、突缩、渐扩、渐缩，充型速度会发生改变，当充型速度发生突变时，金属液的自由表面将无法再保持水平向前推进，而是出现水平流动的情况。此种水平震荡将导致液面氧化膜被破坏或发生折叠，折叠过程有时会包裹住空气，将空气一起卷入到金属液内部。金属液凝固后，这些卷入金属液内部的折叠而成的双层膜最终形成裂缺陷。而且传统的差压铸造加压曲线由于控制精度不够，难以保证结构壁厚不均的螺旋桨桨毂类铸件的平稳充型。
综上，现有的差压铸造加压曲线由于控制精度低，难以保证结构壁厚不均的螺旋桨桨毂类铸件的平稳充型。
发明内容
本发明为解决现有的差压铸造加压曲线由于控制精度低，难以保证结构壁厚不均的螺旋桨桨毂类铸件的平稳充型的问题，进而提供了一种大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、升液过程：将升液过程划分为三个阶段，第一升液阶段为升液管填充过程，第二升液阶段为横浇道填充过程，第三升液阶段为内浇道填充过程，
第一升液阶段的加压速度为4KPa/s，第一升液阶段的压力范围为200KPa～220KPa，
第二升液阶段的加压速度为10KPa/s，第二升液阶段的压力范围为220KPa～260KPa，
第三升液阶段的加压速度为5KPa/s，第三升液阶段的压力范围为260KPa～280KPa；
步骤二、充型过程：将充型过程划分为四个阶段，
第一充型阶段的加压速度为6KPa/s，第一充型阶段的压力范围为280KPa～340KPa，
第二充型阶段的加压速度为3KPa/s，第二充型阶段的压力范围为340KPa～360KPa，
第三充型阶段的加压速度为6KPa/s，第三充型阶段的压力范围为360KPa～400KPa，
第四充型阶段的加压速度为10KPa/s，第四充型阶段的压力范围为400KPa～500KPa；
步骤三、增压过程：将压力由500KPa增压至600KPa；
步骤四、结晶保压：对步骤三中增压后的压力进行保压，
步骤五、泄压。
进一步地，其特征在于步骤一中升液速度为0.07m/s。
进一步地，其特征在于步骤一中在接近铸件截面突变处减缓加压速度。
进一步地，其特征在于步骤二中在接近铸件截面突变处减缓加压速度。
进一步地，其特征在于步骤一和步骤二中在截面突变处对加压曲线进行PID模糊控制。
进一步地，其特征在于铸件突扩结构中达到液面悬停后，在保证铜合金金属液铺展完下一充型截面结束时不发生卷气的情况下，铺展速度越快越好。
进一步地，突缩结构中达到液面悬停后，通过调节PID参数使加压速度平稳减缓到下一阶段所需速度。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法在型腔截面发生改变时，如突扩、突缩、渐扩、渐缩，充型速度会相应改变，即对升液过程和充型过程进行细化，从而提高差压铸造加压曲线控制精度，保证了结构壁厚不均的螺旋桨桨毂类铸件的平稳充型。
附图说明
图1是本发明的大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法的流程示意图；
图2是现有差压铸造成型加压方法的流程示意图；
图3是铜合金螺旋桨桨毂的主视图。
图3中1-9为铜合金螺旋桨桨毂各部分依据截面变化划分为八个过程，上述八个过程与图1中各个过程对应，即1-2、2-3和3-4为升液过程，4-5、5-6、6-7和7-8为充型过程；8-9为增压过程。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、升液过程：将升液过程划分为三个阶段，第一升液阶段为升液管填充过程，第二升液阶段为横浇道填充过程，第三升液阶段为内浇道填充过程，
第一升液阶段的加压速度为4KPa/s，第一升液阶段的压力范围为200KPa～220KPa，
第二升液阶段的加压速度为10KPa/s，第二升液阶段的压力范围为220KPa～260KPa，
第三升液阶段的加压速度为5KPa/s，第三升液阶段的压力范围为260KPa～280KPa；
步骤二、充型过程：将充型过程划分为四个阶段，
第一充型阶段的加压速度为6KPa/s，第一充型阶段的压力范围为280KPa～340KPa，
第二充型阶段的加压速度为3KPa/s，第二充型阶段的压力范围为340KPa～360KPa，
第三充型阶段的加压速度为6KPa/s，第三充型阶段的压力范围为360KPa～400KPa，
第四充型阶段的加压速度为10KPa/s，第四充型阶段的压力范围为400KPa～500KPa；
步骤三、增压过程：将压力由500KPa增压至600KPa；
步骤四、结晶保压：对步骤三中增压后的压力进行保压，
步骤五、泄压。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式步骤一中升液速度为0.07m/s。如此操作，提高差压铸造加压曲线控制精度，保证了结构壁厚不均的螺旋桨桨毂类铸件的平稳充型。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图3所示，本实施方式步骤一中在接近铸件截面突变处减缓加压速度。如此操作，使得充型液面稳定悬停在突变点，避免充型液面表面氧化膜破裂，进而进行下一段加压。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1和图3所示，本实施方式步骤二中在接近铸件截面突变处减缓加压速度。如此操作，使得充型液面稳定悬停在突变点，避免充型液面表面氧化膜破裂，进而进行下一段加压。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1和图3所示，本实施方式步骤一和步骤二中在截面突变处对加压曲线进行PID模糊控制。如此操作，可以防止在截面突变处由于加压速度发生突变导致充型液面水平震荡引起的表面氧化膜破裂和卷气。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：图3所示，本实施方式铸件突扩结构中达到液面悬停后，在保证铜合金金属液铺展完下一充型截面结束时不发生卷气的情况下，铺展速度越快越好。如此操作，可以通过PID参数适当加大加压速度，使其尽快完成铺展。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：如图3所示，本实施方式突缩结构中达到液面悬停后，通过调节PID参数使加压速度平稳减缓到下一阶段所需速度。如此操作，可以避免金属液飞溅。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。

Claims (4)

1.一种大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法，其特征在于所述差压铸造成型非线性加压方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、升液过程：将升液过程划分为三个阶段，第一升液阶段为升液管填充过程，第二升液阶段为横浇道填充过程，第三升液阶段为内浇道填充过程，
第一升液阶段的加压速度为4KPa/s，第一升液阶段的压力范围为200KPa～220KPa，
第二升液阶段的加压速度为10KPa/s，第二升液阶段的压力范围为220KPa～260KPa，
第三升液阶段的加压速度为5KPa/s，第三升液阶段的压力范围为260KPa～280KPa；
在接近铸件截面突变处减缓加压速度；
步骤二、充型过程：将充型过程划分为四个阶段，
第一充型阶段的加压速度为6KPa/s，第一充型阶段的压力范围为280KPa～340KPa，
第二充型阶段的加压速度为3KPa/s，第二充型阶段的压力范围为340KPa～360KPa，
第三充型阶段的加压速度为6KPa/s，第三充型阶段的压力范围为360KPa～400KPa，
第四充型阶段的加压速度为10KPa/s，第四充型阶段的压力范围为400KPa～500KPa；
在接近铸件截面突变处减缓加压速度；
步骤三、增压过程：将压力由500KPa增压至600KPa；
步骤四、结晶保压：对步骤三中增压后的压力进行保压，
步骤五、泄压。
2.根据权利要求1所述的大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法，其特征在于步骤一中升液速度为0.07m/s。
3.根据权利要求1或2所述的大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法，其特征在于步骤一和步骤二中在截面突变处对加压曲线进行PID模糊控制。
4.根据权利要求3所述的大型船舶铜合金螺旋桨桨毂差压铸造成型非线性加压方法，其特征在于突缩结构中达到液面悬停后，通过调节PID参数使加压速度平稳减缓到下一阶段所需速度。
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