CN112427608A - 大型镁合金异形结构件铸造模具和工艺 - Google Patents

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李翔光
敖四海
陈寅
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Abstract

本发明提供了一种大型镁合金异形结构件铸造模具和工艺。该模具包括熔液分布器、坭芯、芯盒，芯盒内设有模腔，模腔上下两端开口，坭芯设于模腔内，坭芯与芯盒之间设有环形的型腔，熔液分布器设于坭芯、芯盒的下方，熔液分布器与型腔连通，坭芯采用酚醛型聚氨酯自硬砂造型。该工艺包括：立式造型组装模具；低压浇铸，浇铸过程中，合金熔液沿着型腔均匀上升，充满型腔后增压、保压一定时间，凝固成型；脱模。本发明可用于不规则形状的中空薄壁结构件的铸造，实现了横筋结构的成型；避免了模具掉沙的问题，提高了合金熔液流动、冷却温度的均匀性，减小了分布过程中的扰动因素，提高了铸件质量。

Description

大型镁合金异形结构件铸造模具和工艺
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种大型镁合金异形结构件铸造模具和铸造工艺。
背景技术
随着先进航天产品装备在综合性能方面的要求不断提高，对结构件的承载强度、轻量化、耐高温等性能均提出了更高的要求。某型号航天产品壳体的重要结构件11如图6所示，该结构件11四周为环形封闭曲面侧壁，上下两端开口，封闭曲面内部设有多根横筋与侧壁连接。该结构件11至少一个方向上的尺寸超过1m，整体尺寸常为1～2m。
目前，该结构件11的浇铸存在如下问题：(1)因其外形尺寸大，形状不规则，内腔多筋复杂，浇铸***设计难度大；(2)由于其形状尺寸使得浇铸***流动较长，冷却均匀性、成型质量等技术参数难以控制，容易出现铸造缺陷；(3)铸件10为中空结构，内腔多筋，坭芯的组合难度大，容易掉沙，且结构件11内表面为非加工面，内腔的浇铸缺陷无法通过后期加工去除。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种大型镁合金异形结构件铸造模具和铸造工艺。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供了一种大型镁合金异形结构件铸造模具，包括熔液分布器、坭芯、芯盒，所述芯盒内设有模腔，模腔上下两端开口，坭芯设于模腔内，坭芯与芯盒之间设有环形的型腔，熔液分布器设于坭芯、芯盒的下方，熔液分布器与型腔连通，坭芯采用酚醛型聚氨酯自硬砂造型。
所述分布器包括一层分布腔和二层分布腔，一层分布腔为叉形结构，一层分布腔下端的中部设有浇铸接管，二层分布腔为环形结构，一层分布腔的各分叉部分与二层分布腔之间接有连通管。
所述坭芯包括多个上下层叠设置的子芯，子芯的端面设有横向沟槽结构，相邻的两个子芯之间的端面设有定位结构。
所述定位结构具体为，一个子芯的端面设有凸起，另一个子芯的对应端面设有凹槽。
所述芯盒包括外模一、外模二，外模一、外模二槽口相互扣合形成上下两端开口的模腔。
外模一、外模二上围绕模腔设有多个柱状浇道，浇道上设有缝隙与型腔连通。浇道(6)最好为圆形或椭圆形。
外模一的槽口边缘设有凸棱一，外模二的槽口边缘设有凸棱二，凸棱一与凸棱二相互卡合，凸棱一与外模二的槽面接触。
本发明还提供了一种大型镁合金异形结构件铸造方法，包括如下步骤：
(1)模具组装，采用立式造型组装模具，模具设有与结构件侧壁对应的环形的型腔，且对应横筋设有横向金属液流道；
(2)低压浇铸，按如下工艺参数浇铸，浇铸过程中，合金熔液沿着型腔均匀上升，充满型腔后增压、保压一定时间，凝固成型；
工艺参数：升液速度10～11mpa/s，充型速度9～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～260s，浇铸温度740～765℃；
(3)脱模，对铸件外表面进行切削加工，去除铸瘤。
所述步骤(1)模具组装具体包括，以结构件的横筋所在平面为分模面，先制作多个子芯，在子芯的端面对应横筋开设沟槽，将子芯上下层叠放置，制成坭芯，然后将芯盒套设于坭芯上，芯盒与坭芯之间对应结构件的侧壁厚度预留一定间隙，间隙与芯盒上的浇道连通。
本发明的有益效果在于：
采用本发明，具有如下优点：(1)可用于不规则形状的中空薄壁结构件的铸造，实现了横筋结构的成型；(2)铸件的浇铸过程为立式浇铸，合金熔液从型腔下部逐渐上升，均匀地填满型腔，不容易掉沙，减少了铸造缺陷；(3)坭芯采用酚醛型聚氨酯自硬砂造型，保证铸件表面的光洁度及尺寸精度；(4)提高了合金熔液流动、冷却温度的均匀性，减小了分布过程中的扰动因素，提高了铸件质量，后期加工量少；(5)避免了模具掉沙的问题，减小了浇铸缺陷发生的几率，增加了结构件内腔的成型精度。
附图说明
图1是本发明模具组装的外形示意图；
图2是本发明的熔液分布器的结构示意图；
图3是本发明的坭芯的结构示意图；
图4是本发明的外模一的结构示意图；
图5是本发明的外模二的结构示意图；
图6是采用本发明所制造的结构件的结构示意图。
图中：1-盖箱；2-熔液分布器；201-一层分布腔；202-二层分布腔；203-浇铸接管；204-连通管；3-坭芯；301-子芯；302-横向沟槽；303-凸起；4-外模一；5-外模二；6-浇道；7-缝隙；8-凸棱一；9-凸棱二。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1～5所示为本发明的结构示意图：
本发明提供了一种大型镁合金异形结构件铸造模具，包括熔液分布器2、坭芯3、芯盒，所述芯盒内设有模腔，模腔上下两端开口，坭芯3设于模腔内，坭芯3与芯盒之间设有环形的型腔，熔液分布器2设于坭芯3、芯盒的下方，熔液分布器2与型腔连通，坭芯3采用酚醛型聚氨酯自硬砂造型。
使用时，先将熔液分布器2、坭芯3、芯盒组装后，用盖箱1罩在芯盒上，使得型腔上部封闭，下部与熔液分布器2连通，然后将熔液分布器2连接浇铸***，采用低压浇铸工艺或差压浇铸工艺进行浇铸，形成如图2所示的铸件10，经机加工切削后即得结构件11。
采用本发明，可用于不规则形状的中空薄壁结构件11的铸造，铸件10的浇铸过程为立式浇铸，合金熔液从型腔下部逐渐上升，均匀地填满型腔，不容易掉沙，减少了铸造缺陷；坭芯3采用酚醛型聚氨酯自硬砂造型，保证铸件10表面的光洁度及尺寸精度。
如图2所示：所述分布器包括一层分布腔201和二层分布腔202，一层分布腔201为叉形结构，一层分布腔201下端的中部设有浇铸接管203，二层分布腔202为环形结构，一层分布腔201的各分叉部分与二层分布腔202之间接有连通管204。
浇铸时，合金熔液从浇铸接管203进入一层分布腔201后，沿着各分叉部分均匀上升至二层分布腔202，又沿着二层分布腔202均匀上升至型腔内，使得合金熔液各部分流动均匀，减少了成型过程中的分布时间。
如图3所示：所述坭芯3包括多个上下层叠设置的子芯301，子芯301的端面设有横向沟槽302结构，相邻的两个子芯301之间的端面设有定位结构。以结构件11的横筋作为分模面设置多个子芯301，实现了横筋结构的成型。
所述定位结构具体为，一个子芯301的端面设有凸起303，另一个子芯301的对应端面设有凹槽。相邻的子芯301之间的连接面形成阴阳模定位结构，便于准确组装坭芯3，避免组装过程中掉沙，增加了结构件11内腔的成型精度。
如图4～5所示：所述芯盒包括外模一4、外模二5，外模一4、外模二5槽口相互扣合形成上下两端开口的模腔。将芯盒进行分模设计，便于芯盒与坭芯3的组装，避免组装过程中掉沙，减小了浇铸缺陷发生的几率。
外模一4、外模二5上围绕模腔设有多个柱状浇道6，浇道6上设有缝隙7与型腔连通。浇道(6)最好为圆形或椭圆形。浇道6与熔液分布器2连通，合金熔液沿着浇道6均匀上升，同时从缝隙7流入型腔，减小了型腔内合金熔液对坭芯3、芯盒的冲刷，防止掉沙、形成浇铸缺陷，提高了铸件10的表面光滑度。
外模一4的槽口边缘设有凸棱一8，外模二5的槽口边缘设有凸棱二9，凸棱一8与凸棱二9相互卡合，凸棱一8与外模二5的槽面接触。通过凸棱一8、凸棱二9定位，便于准确组装芯盒，由于组装过程中外模一4、外模二5的接触部分与型腔相互隔离，组装后无需重复调节位置，因此即使组装过程中外模一4、外模二5的相互摩擦发生掉沙，也不会影响铸件10质量。
本发明还提供了一种大型镁合金异形结构件铸造方法，包括如下步骤：
(1)模具组装，采用立式造型组装模具，模具设有与结构件11侧壁对应的环形的型腔，且对应横筋设有横向金属液流道；
(2)低压浇铸，按如下工艺参数浇铸，浇铸过程中，合金熔液沿着型腔均匀上升，充满型腔后增压、保压一定时间，凝固成型；
工艺参数：升液速度10～11mpa/s，充型速度9～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～260s，浇铸温度740～765℃；
(3)脱模，对铸件10外表面进行切削加工，去除铸瘤。
所述步骤(1)模具组装具体包括，以结构件11的横筋所在平面为分模面，先制作多个子芯301，在子芯301的端面对应横筋开设沟槽，将子芯301上下层叠放置，制成坭芯3，然后将芯盒套设于坭芯3上，芯盒与坭芯3之间对应结构件11的侧壁厚度预留一定间隙，间隙与芯盒上的浇道6连通。
当采用低压浇铸或差压浇铸时，在熔液分布器2上组装坭芯3和芯盒，并将芯盒上的浇道6对准熔液分布器2上的合金熔液出口，将组装后的模具整体用底箱和盖箱1封闭，即可进行浇铸。
所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度10～11mpa/s，充型速度9～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～220s，浇铸温度755～765℃；
所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度10～11mpa/s，充型速度11～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～220s，浇铸温度760～765℃；
所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度11mpa/s，充型速度13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～220s，浇铸温度765℃；
所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度11mpa/s，充型速度13mpa/s，增压速度7mpa/s，增压时间14s，保压时间210s，浇铸温度765℃；
所述步骤(2)还包括如下步骤：在芯盒上增加φ3～φ4的气眼针，坭芯3上增加通气绳和减轻孔，提高浇铸过程中的排气效果。
实施例一，本发明提供的大型镁合金异形结构件铸造方法，所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸：
工艺参数：升液速度11mpa/s，充型速度13mpa/s，增压速度7mpa/s，增压时间14s，保压时间210s，浇铸温度765℃；
在芯盒上增加φ3～φ4的气眼针，坭芯3上增加通气绳和减轻孔，提高浇铸过程中的排气效果。
铸造质量：开箱后无明显欠铸，部分铸件10大端面或小端面边缘或横筋部位出现一处裂纹缺陷，缺陷修复后，荧光检测合格。
实施例二，本发明提供的大型镁合金异形结构件铸造方法，所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸：
工艺参数：升液速度10mpa/s，充型速度11mpa/s，增压速度7mpa/s，增压时间14s，保压时间210s，浇铸温度760℃。
铸造质量：开箱后部分铸件10局部有4～8处欠铸，部分返修后合格，部分报废。
实施例三，本发明提供的大型镁合金异形结构件铸造方法，所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸：
工艺参数：升液速度10mpa/s，充型速度9mpa/s，增压速度7mpa/s，增压时间14s，保压时间210s，浇铸温度755～760℃。
铸造质量：开箱后部分铸件10有多处冷隔、欠铸，部分返修后合格，报废铸件10较多。
实施例四，本发明提供的大型镁合金异形结构件铸造方法，所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸：
工艺参数：升液速度10mpa/s，充型速度9mpa/s，增压速度7mpa/s，增压时间14s，保压时间210s，浇铸温度750～755℃。
铸造质量：浇铸过程中温度较难控制，开箱后铸件10有多处冷隔、欠铸，仅有少量返修后合格，成品率低。

Claims (10)

1.一种大型镁合金异形结构件铸造工艺，其特征在于：包括如下步骤，
(1)模具组装，采用立式造型组装模具，模具设有与结构件侧壁对应的环形的型腔，且对应横筋设有横向金属液流道；
(2)低压浇铸，按如下工艺参数浇铸，浇铸过程中，合金熔液沿着型腔均匀上升，充满型腔后增压、保压一定时间，凝固成型；
工艺参数：升液速度10～11mpa/s，充型速度9～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～260s，浇铸温度740～765℃；
(3)脱模，对铸件(10)外表面进行切削加工，去除铸瘤。
2.如权利要求1所述的大型镁合金异形结构件铸造工艺，其特征在于：所述步骤(1)模具组装具体包括，以结构件的横筋所在平面为分模面，先制作多个子芯(301)，在子芯(301)的端面对应横筋开设沟槽，将子芯(301)上下层叠放置，制成坭芯(3)，然后将芯盒套设于坭芯(3)上，芯盒与坭芯(3)之间对应结构件的侧壁厚度预留一定间隙，间隙与芯盒上的浇道(6)连通。
3.如权利要求1所述的大型镁合金异形结构件铸造工艺，其特征在于：所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度10～11mpa/s，充型速度9～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～220s，浇铸温度755～765℃。
4.如权利要求3所述的大型镁合金异形结构件铸造工艺，其特征在于：所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度10～11mpa/s，充型速度11～13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～220s，浇铸温度760～765℃。
5.如权利要求4所述的大型镁合金异形结构件铸造工艺，其特征在于：所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度11mpa/s，充型速度13mpa/s，增压速度6～8mpa/s，增压时间12～17s，保压时间200～220s，浇铸温度765℃。
6.如权利要求5所述的大型镁合金异形结构件铸造工艺，其特征在于：所述步骤(2)按如下工艺参数浇铸，升液速度11mpa/s，充型速度13mpa/s，增压速度7mpa/s，增压时间14s，保压时间210s，浇铸温度765℃。
7.一种用于权利要求1～6中任一项所述的大型镁合金异形结构件铸造方法的大型镁合金异形结构件铸造模具，其特征在于：包括熔液分布器(2)、坭芯(3)、芯盒，所述芯盒内设有模腔，模腔上下两端开口，坭芯(3)设于模腔内，坭芯(3)与芯盒之间设有环形的型腔，熔液分布器(2)设于坭芯(3)、芯盒的下方，熔液分布器(2)与型腔连通，坭芯(3)采用酚醛型聚氨酯自硬砂造型。
8.如权利要求7所述的大型镁合金异形结构件铸造模具，其特征在于：所述分布器(2)包括一层分布腔(201)和二层分布腔(202)，一层分布腔(201)为叉形结构，一层分布腔(201)下端的中部设有浇铸接管(203)，二层分布腔(202)为环形结构，一层分布腔(201)的各分叉部分与二层分布腔(202)之间接有连通管(204)。
9.如权利要求7所述的大型镁合金异形结构件铸造模具，其特征在于：所述坭芯(3)包括多个上下层叠设置的子芯(301)，子芯(301)的端面设有横向沟槽(302)结构，相邻的两个子芯(301)之间的端面设有定位结构。
10.如权利要求7所述的大型镁合金异形结构件铸造模具，其特征在于：所述芯盒包括外模一(4)、外模二(5)，外模一(4)、外模二(5)槽口相互扣合形成上下两端开口的模腔，外模一(4)、外模二(5)上围绕模腔设有多个柱状浇道(6)，浇道(6)上设有缝隙(7)与型腔连通。
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