CN116000265A - 一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及砂型铸造技术领域，具体涉及一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，该方法应用于铝合金半固态成形，具有以下步骤：选择铸造型砂，将型砂与水冷冻固化，得到冷冻砂坯，将冷冻砂坯切削成砂型单元；在冷冻环境下，对砂型单元组装；将冷冻砂模坩埚保温炉内进行铝合金熔炼，将形成的液态铝合金熔体带到冷冻砂模中，在铸型冷冻砂模的强烈激冷作用下形成半固态浆料，半固态浆料在砂模中快速冷却凝固成形。本发明制得的铝合金半固态浆料黏度比液态金属高、组织均匀，可减少与砂模粘接，降低析氢氧化现象，避免制件产生气孔，可制得高强度优质铝合金铸件，降低材料消耗，节省加工工时，提高生产效率，改善产品性能。

Description

一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法
技术领域
本发明涉及砂型铸造技术领域，具体涉及一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法。
背景技术
冷冻砂型铸造成形是以石英砂或非石英砂为材料，加入水作为石英砂或非石英砂的粘结剂，获得冷冻砂模（一般需要在-20℃以下冻结，并在零度以下完成切削加工）；然后在砂模上浇注金属溶液，在其冷却凝固后得到铸件，是一种绿色铸造工艺。采用传统液态成形技术，铝合金浇注温度一般为700℃～740℃，而对于冷冻砂型铸造成形工艺来说，浇注温度越高，越容易导致金属溶液出现析氢、吸氧现象，进而使得制件出现气孔，影响其力学性能。
半固态成形技术是21世纪金属材料加工技术之一，半固态成形的特点是金属(合金)固液相混合共存，在晶粒边界存在金属液体。根据固相分数不同，其状态不同，半固态浆料具有流变性和触变性两大类。其变形抗力非常小，可以以更高的速度成形部件，而且可进行复杂件成形，缩短加工周期，提高材料利用率，有利于节能节材，减少成本，并可进行连续形状的高速成形。铝合金半固态成形初始温度一般600℃左右，较液态成形温度明显降低。目前，尚未有冷冻砂型应用于铝合金半固态成形的加工之中。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，所述方法应用于铝合金半固态成形，所述方法具有以下步骤：
S1，根据铸件特点选择合适铸造型砂种类，将型砂与水按比例均匀混合，装入砂箱，置于冷冻环境冷冻固化；
S2，型砂冷冻固化完成后，得到砂坯，置于加工平台备用；
S3，在冷冻环境下，通过加工设备将砂坯切削加工出所需砂型、砂芯单元；
S4，在冷冻环境下，对砂型、砂芯单元进行整体组装，形成冷冻砂模；
S5，将冷冻砂模固定在铸型固定平台上；
S6，在坩埚保温炉内进行铝合金熔炼，形成液态铝合金熔体；
S7，在密闭坩埚内液态铝合金熔体上方通入惰性气体，铝合金熔体通过浸放在坩埚里的升液管上升；
S8，铝合金熔体在惰性气体压力作用下经由升降管被带到冷冻砂模中，在冷冻砂模的强烈激冷作用下形成细小球状组织的半固态浆料；
S9，半固态浆料在冷冻砂模中快速冷却凝固成形，冷冻砂模吸热自动熔化落砂，得到铸件，型砂回收利用。
上述技术方案S1中，所述型砂为铸造用100目石英砂。
上述技术方案S1中，所述冷冻固化是将型砂置于-20℃的冷冻柜。
上述技术方案S1中，型砂与水的比例为100:4。
上述技术方案S2中，所述砂坯是具有一定形状的预制砂坯，需要切削加工成铸型。
上述技术方案所述铸型固定平台的底部装有超声振动***，用以在铸件完成后，振动铸型固定平台来清理铸件表面废纱；以及带动升液管中的搅拌棒搅拌半固态浆料。
上述技术方案S6中，所述铝合金熔炼的温度为合金液相线以上的50～80℃。
上述技术方案S7中，所述惰性气体为0.01-0.05Mpa的氩气。
上述技术方案S8中，所述冷冻砂模温度为-15℃以下。
上述技术方案S9中，所述型砂回收利用为将废砂置于室温或者加热两种环境的一种之下，等废砂表面溶液蒸发后进行回收。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
本发明提供一种基于半固态成形技术的冷冻砂型低压铸造成形方法，由于半固态铝合金铸造温度相比于传统液态金属浇注温度低，同时本发明制得的铝合金半固态浆料黏度比液态金属高、组织均匀，因而可减少与砂模粘接，降低析氢氧化现象，避免制件产生气孔，可制得高强度优质铝合金铸件，降低材料消耗，节省加工工时，提高生产效率，改善产品性能。
附图说明
图1为本发明铸型固定平台的结构简图；
图2为砂型温度20度，浇铸温度730度下的一个视角的色温填充图；
图3为砂型温度20度，浇铸温度730度下的另一视角的色温填充图；
图4为砂型温度20度，浇铸温度730度下的一个视角的缩孔形成图；
图5为砂型温度20度，浇铸温度730度下的另一视角的缩孔形成图；
图6为浇铸温度为630度，砂型为1度的一个视角的色温填充图；
图7为浇铸温度为630度，砂型为1度的另一视角的色温填充图；
图8为浇铸温度为630度，砂型为1度的一个视角的液相分布图；
图9为浇铸温度为630度，砂型为1度的另一视角的液相分布图；
图10为浇铸温度为630度，砂型为1度的一个视角的流体速度图；
图11为浇铸温度为630度，砂型为1度的一个视角的编孔形成图；
图12为浇铸温度为630度，砂型为1度的另一视角的编孔形成图。
图中：铸型1、密封盖2、坩埚3、铝合金溶液4、升液管5、超声振动***6、搅拌棒7。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
见图1至图12，本发明提供一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，所述方法应用于铝合金半固态成形，所述方法具有以下步骤：
S1，根据铸件特点选择合适铸造型砂种类，将型砂与水按比例均匀混合，装入砂箱，置于冷冻环境冷冻固化；
S2，型砂冷冻固化完成后，得到砂坯，置于加工平台备用；
S3，在冷冻环境下，通过加工设备将砂坯切削加工出所需砂型、砂芯单元；
S4，在冷冻环境下，对砂型、砂芯单元进行整体组装，形成冷冻砂模；
S5，将冷冻砂模固定在铸型固定平台上；
S6，在坩埚保温炉内进行铝合金熔炼，形成液态铝合金熔体，铝合金采用ZL114A；
S7，在密闭坩埚内液态铝合金熔体上方通入惰性气体，铝合金熔体通过浸放在坩埚里的升液管上升；
S8，铝合金熔体在惰性气体压力作用下经由升降管被带到冷冻砂模中，在冷冻砂模的强烈激冷作用下形成细小球状组织的半固态浆料；
S9，半固态浆料在冷冻砂模中快速冷却凝固成形，冷冻砂模吸热自动熔化落砂，得到铸件，型砂回收利用。
S1中，所述型砂为铸造用100目石英砂。
S1中，所述冷冻固化是将型砂置于-20℃的冷冻柜。
S1中，型砂与水的比例为100:4。
S2中，所述砂坯是具有一定形状的预制砂坯，需要切削加工成铸型。
所述铸型固定平台的底部装有超声振动***，用以在铸件完成后，振动铸型固定平台来清理铸件表面废纱；以及带动升液管中的搅拌棒搅拌半固态浆料。
S6中，所述铝合金熔炼的温度为合金液相线以上的50～80℃。
S7中，所述惰性气体为0.01-0.05Mpa的氩气。
S8中，所述冷冻砂模温度为-15℃以下。
S9中，所述型砂回收利用为将废砂置于室温或者加热两种环境的一种之下，等废砂表面溶液蒸发后进行回收。
采用华铸CAE软件无法将砂型温度设置为零下，同时浇铸温度也无法设置在液相线以下。故此，针对铝合金ZL114A材料，通过分析其在不同浇铸温度和砂型温度下，成型件的缺陷分布情况，间接得出冷冻砂型和半固态成形工艺结合的优势。由图2至图12观察可知，砂型温度常温20度，浇铸温度730度时，成型件缩孔总体积达到528.94cc,缩松体积达到1.27cc，共存在66个缩孔区；砂型温度1度，浇铸温度630度时，成型件缩孔总体积减少到229.53cc,缩松总体积减少到0.19cc，共存在23个缩孔区。模拟分析结果可知：砂型温度和浇注温度越低，成型件缺陷相对越少。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于，所述方法应用于铝合金半固态成形，所述方法具有以下步骤：
S1，根据铸件特点选择合适铸造型砂种类，将型砂与水按比例均匀混合，装入砂箱，置于冷冻环境冷冻固化；
S2，型砂冷冻固化完成后，得到砂坯，置于加工平台备用；
S3，在冷冻环境下，通过加工设备将砂坯切削加工出所需砂型、砂芯单元；
S4，在冷冻环境下，对砂型、砂芯单元进行整体组装，形成冷冻砂模；
S5，将冷冻砂模固定在铸型固定平台上；
S6，在坩埚保温炉内进行铝合金熔炼，形成液态铝合金熔体；
S7，在密闭坩埚内液态铝合金熔体上方通入惰性气体，铝合金熔体通过浸放在坩埚里的升液管上升；
S8，铝合金熔体在惰性气体压力作用下经由升降管被带到冷冻砂模中，在冷冻砂模的强烈激冷作用下形成细小球状组织的半固态浆料；
S9，半固态浆料在冷冻砂模中快速冷却凝固成形，冷冻砂模吸热自动熔化落砂，得到铸件，型砂回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S1中，所述型砂为铸造用100目石英砂。
3.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S1中，所述冷冻固化是将型砂置于-20℃的冷冻柜。
4.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S1中，型砂与水的比例为100:4。
5.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S2中，所述砂坯是具有一定形状的预制砂坯，需要切削加工成铸型。
6.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：所述铸型固定平台的底部装有超声振动***，用以在铸件完成后，振动铸型固定平台来清理铸件表面废纱；以及带动升液管中的搅拌棒搅拌半固态浆料。
7.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S6中，所述铝合金熔炼的温度为合金液相线以上的50～80℃。
8.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S7中，所述惰性气体为0.01-0.05Mpa的氩气。
9.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S8中，所述冷冻砂模温度为-15℃以下。
10.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法，其特征在于：S9中，所述型砂回收利用为将废砂置于室温或者加热两种环境的一种之下，等废砂表面溶液蒸发后进行回收。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116748475A (zh) * 2023-08-18 2023-09-15 南京航空航天大学 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2909839A1 (de) * 1979-03-13 1980-09-25 Linde Ag Verfahren zum herstellen einer giessform
US4576215A (en) * 1981-04-13 1986-03-18 Dansk Industri Syndikat A/S Method for the production of frozen mould bodies and apparatus for use in the carrying out of the method
CN105583396A (zh) * 2016-03-16 2016-05-18 沈阳铸造研究所 一种制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法
CN105665637A (zh) * 2016-03-11 2016-06-15 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 一种冰冻砂型的无模铸造成形方法
CN112642994A (zh) * 2020-12-01 2021-04-13 中北大学 环境友好型冷冻-溶解铸造工艺
CN113579161A (zh) * 2021-07-28 2021-11-02 南京航空航天大学 大型复杂冷冻砂型低温成形及超过冷控性协同制造方法
CN114850449A (zh) * 2022-04-22 2022-08-05 南京航空航天大学 一种复杂金属产品的负压式冷冻砂型铸造装置及方法
CN115007839A (zh) * 2022-06-13 2022-09-06 浙江大学 一种半固态流变成形低压铸造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2909839A1 (de) * 1979-03-13 1980-09-25 Linde Ag Verfahren zum herstellen einer giessform
US4576215A (en) * 1981-04-13 1986-03-18 Dansk Industri Syndikat A/S Method for the production of frozen mould bodies and apparatus for use in the carrying out of the method
CN105665637A (zh) * 2016-03-11 2016-06-15 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 一种冰冻砂型的无模铸造成形方法
CN105583396A (zh) * 2016-03-16 2016-05-18 沈阳铸造研究所 一种制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法
CN112642994A (zh) * 2020-12-01 2021-04-13 中北大学 环境友好型冷冻-溶解铸造工艺
CN113579161A (zh) * 2021-07-28 2021-11-02 南京航空航天大学 大型复杂冷冻砂型低温成形及超过冷控性协同制造方法
CN114850449A (zh) * 2022-04-22 2022-08-05 南京航空航天大学 一种复杂金属产品的负压式冷冻砂型铸造装置及方法
CN115007839A (zh) * 2022-06-13 2022-09-06 浙江大学 一种半固态流变成形低压铸造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116748475A (zh) * 2023-08-18 2023-09-15 南京航空航天大学 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置
CN116748475B (zh) * 2023-08-18 2023-11-03 南京航空航天大学 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置

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