CN1203945C - 砂型真空压力铸造工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种砂型真空压力铸造工艺。主要特点是以砂为原料，用树脂或拌匀，造型、修型、温度时效，将砂型夹紧定位，将熔液、浇冒杯、砂型均装在浇铸罐中，工作时先抽真空后再浇铸加压冷却凝固，达到紧密的铸件结构。放压后，开门取砂型，清砂后获得毛坯。本发明还提供了砂型真空压力铸造设备是将砂型底座、砂型、铸件、浇冒杯、浇包、金属熔液均装于浇铸罐中，关上门形成一个系统，按工艺操作，浇铸罐外设有压力表、负压表及抽真空和加压、排气装置。使用该技术避免了铸件收缩热裂现象，避免铸件产生气孔和缺陷，补缩彻底形成铸件致密度高，适合生产承受高强度、气密、防漏的铸件、承受高压部件，高精度、高致密、高稳定的主要部件、科研精品和军品配套产品，推广应用前景十分广阔。

Description

砂型真空压力铸造工艺及设备

技术领域：

本发明涉及一种砂型铸造工艺及设备，尤其适用于制作高致密度，高质量铸件产品的需求。

背景技术：

现有铸造工艺中普通砂型铸造成本低。生产周期短，但铸件组织的致密度(针孔度)和铸造质量无法保证，满足不了科研及军工产品的配套要求；压铸件工艺又需昂贵的钢质模具，并且生产周期长，铸件气孔无法消除；石膏型精密铸件基本能满足用户的技术要求。但是石膏型精密铸造需要昂贵的高精密金属模具。石膏成型烘烤时间长达50小时以上，能源消耗巨大。因石膏型不具备透气的功能，对于体积大或壁厚的铸件，浇铸时抽真空后的残余空气将成为产生铸件缺陷的一大顽症。因此，以上原有铸造工艺均存在着不同程度，不同类型的缺陷和不足，特别对于量小，质量要求高，周期要求短的新产品已不能满足要求。长期以来是用整体材料一点一点地机加工到设计尺寸来满足科研和关键、重要军品零件的要求。但是，整体材料耗费加工时太多，生产周期太长，并且因冷加工材料组织稳定性差，对于一些精密薄壁件，往往出现加工到最后时，零件因变形而报废。

发明内容：

本发明的目的是为了克服现有砂型、石膏型、金属型铸造工艺及设备的不足，提供一种砂型真空压力铸造工艺及设备，提高铸件产品的致密度和质量，满足科研、军品配套要求。

本发明砂型真空压力铸造工艺步骤如下：

A.造型：选用普通砂或几何形状和强度较好的清洁石英砂作为砂型原料，使其在保证强度的情况下，具有较好的透气性，用高强度树脂拌匀，造型、修型、温度时效，避免砂型在浇铸时产生化学气体，危害铸件。

B、将时效后的砂型用专用夹具定位、合模、夹紧、安装好“补缩浇冒杯”后，放置于浇铸罐中。

C.将炼好的金属液放置在浇铸罐中的浇铸架上。

D.将浇铸罐门迅速关上，同时开启真空阀，在0.5～15秒钟内将浇铸罐中的空气抽掉，使型腔处于无空气的状态。

E.将放置在浇铸架上的金属液匀速倒进型腔中，以“补缩浇冒杯”渗满为止。

F.迅速开启高压阀，对浇铸罐中加压、保压，加压时间在0.5～15秒钟内，保压时间5～10分钟，使金属液在型腔中受到外来压力的情况下冷却凝固，以达到铸件紧密的组织结构。

G.放去浇铸罐中的气体，打开浇铸罐，取出砂型，清洁后即可获得优质铸件毛坯。

上述工艺中抽真空时间在8秒内，加压时限在8秒内，效果佳。

本工艺科学选用型砂及粘接剂是本发明创新之核心，应用砂型造型，成功运用真空浇铸加工凝固原理。由于型砂放置于浇铸罐中，在浇铸过程中要经过抽真空后的负压和加压后的正压环境，因此对砂型的强度要求特别高，如果砂型强度不高，在抽真空和加压这一瞬间会产生掉砂、塌砂，以至铸件造成夹砂等缺陷。经过比较试验，采用普通砂型和相应的粘接剂，特别是优质石英砂和高强度自硬树脂为造型原料，使其造型能承受±10kg的压差环境而不掉砂，并且有良好的透气性。对于高强度自硬树脂在浇铸高温情况下产生化学气体危害铸件的问题，采用在浇铸之前进行温度时效5～8小时的工艺，使其提前释放气体和稳定造型。对选好的砂型在浇铸之前，专门设计了合模夹具以保证砂型合模的精度和强度。由于抽真空是不可能完全彻底地抽干净浇铸罐内的所有空气，少量残余空气如果排气不通畅，仍将对铸件造成危害。因此，本工艺均设置了冒口，使其抽真空后浇铸时，型腔残余少量气体均可从冒口排出。对于型腔死角微量空气可以利用砂型良好的透气性予以排出。由于铸件在加压的环境中固化，在得到紧密组织铸件的过程中，收缩率很大。除保证补缩通道畅通的条件下，还须保障足够的补缩浇铸液和补缩温度。为此，本工艺设计浇铸系统时，设置了“补缩浇冒杯”(见图1)，以满足铸件固化补缩的需要。正确控制抽真空和加压时间是提高铸件质量的关键，待浇铸液填满型腔后，加压到一定压力，然后保压5～10分钟，放去浇铸罐中的高压气体，取出砂型，清砂后得到优质铸件毛坯。

(3)工艺系统原理分析

采用真空压力铸造的型腔通常选用石膏型或金属型，往往可以得到表面光洁的铸件。然而，石膏型或金属型最大的缺点是不具备排气功能。当浇铸罐抽真空后，残余空气仍在型腔中。在浇铸过程中，残余气体增加了金属液流动阻力，对排气死角将成为缺陷的必然结果。这也是石膏型精密铸造和金属型精密铸造只适应小型薄壁铸件的原因。所以，我们选用砂型作铸模，成功解决砂型结构疏松、具有一定弹性的特点，成功地避免了铸件收缩热裂现象。(如图3、4)。

抽真空，使浇铸环境处于真空状态的主要作用是：避免或减少金属液在浇铸过程中氧化，保证金属液的清洁和避免铸件组织形成夹渣。减少型腔空气阻力，提高金属液的浇铸流动性，避免铸件产生气孔和缺陷。没有传热介质，使金属液在浇铸过程中保持稳定的温度。有利于控制铸件顺序冷却。铸件在冷却凝固过程中收缩，体积越大，收缩率就越大。加压，可使补缩通道更加畅通，使补缩更加彻底。浇铸的铸件熔液在压力作用下冷却凝固，是形成致密铸件组织的有效手段。

经测定，一根普通砂型铸造的V型天线支架重4.5kg；而砂型真空压力铸造的V形天线支架重5Kg。由此，可以看出砂型真空压力铸造的产品比普通砂型铸造的产品比重大10％。

本发明砂型真空压力铸造设备中，砂型底座1、砂型2、铸件3、浇冒杯4、浇包5、铝熔液6均装于浇铸罐7中，浇铸罐7和门8形成一个系统，浇铸罐7有压力表9和真空负压表10，真空阀11，压力阀12和排气阀13相连接，真空阀通过抽真空管14与真空罐15、真空泵16相连接，压力阀通过加压管17与压力罐18、空压机19相连接，真空罐安有真空压力表20，压力罐安有安全阀21和压力表22，该系统工作程序由操作控制台23控制(见图5)。砂型真空压力铸造的设备有井式真空压力铸造设备和卧式真空压力铸造设备，井式或卧式设备的门8分别开在浇铸罐7的上方(见图5)或侧端(见图6)。浇铸罐门的关闭，可用机械式手动开闭，也可用气动、液压，半自动或自动开闭；金属液浇包的转动，可用机械式手动翻转，也可用电动液压，半自动控制翻转；真空开启阀门和压力开启阀门可用手动，也可用电磁阀门自动开启；空压机、真空泵均可设置自动控制开停装置。

本发明的有益效果是：选用砂型作铸模成功解决了铸造的流动性和排气性。砂型结构较为疏松具有一定弹性，避免了铸件收缩热裂现象。抽真空避免或减少金属液的氧化，保证金属液的清洁，铸件不会形成夹渣。不会产生气孔和缺陷。金属液在浇铸过程中保持稳定的温度利于控制铸件顺序冷却。加压可使补缩通道畅通补缩彻底。铸件熔液在压力作用下冷却凝固形成高致密度铸件。

附图说明：

图1是砂型真空压力铸造浇铸罐示意图

图2是石膏型铸造浇铸罐示意图

图3是V型支架铸件冷却无弹性收缩示意图

图4是V型支架铸件冷却弹性收缩示意图

图5是井式真空压力铸造简图

图6是卧式真空压力铸造简图

图中序号：砂型底座(1)、砂型(2)、铸件(3)、浇冒权(4)、浇包(5)、铝熔液(6)、浇铸罐(7)、门(8)，压力表(9)，真空负压表(10)，真空阀(11)，压力阀(12)，排气阀(13)，抽真空管(14)，真空罐(15)，真空泵(16)，加压管(17)，压力罐(18)，压机(19)，真空压力表(20)，安全阀(21)，压力表(22)，操作控制台(23)，绕铸架(24)，金属型或石膏型(25)，裂纹(26)。

具体实施方式：

在图1中，造型：用石英砂为砂型原料，与高强度自硬树脂拌匀、造型、修型、温度时效。造型能承受±1兆帕的压差，温度时效8小时，浇铸罐外设压力表9、真空负压表10、真空阀11、压力阀12和排气阀13，真空阀通过真空管14与真空罐15、真空泵16相连接、压力阀12通过加压管17与压力罐18、空压机19相连接，真空罐安有压力表20，压力罐安有安全阀21和压力表22。

在图5中，将砂型底座1放入浇铸罐中7中，固定好砂型2合模。浇包15挂在浇铸架24上，安好浇铸杯和浇冒杯4，将炼好的铝溶液装入浇包中，用操作控制台23控制浇包转动，将熔液匀速均匀倒入型腔中，以渗满浇冒杯为止，开启压力阀5秒钟内将浇铸罐中压力增加到0.8兆帕，保压8分钟后，放出高压气体，开浇铸罐门8，取出砂型、清砂、获得毛坯。上述操作程序由操作控制台调控。

Claims (5)

1.一种砂型真空压力铸造工艺，其特征在于，工艺步骤如下：

A.造型：用普通砂或石英砂为砂型原料，用树脂拌匀、造型、修型、温度时效；

B.将时效后的砂型定位、合模、夹紧、安装好“补缩浇冒杯”，置于浇铸罐中；

C.将炼好的金属液放置在浇铸罐中的浇铸架上；

D.关闭浇铸罐门，开启真空阀，将浇铸罐中的空气在0.5～15秒间抽掉；

E.将旋转在浇铸架上的金属液匀速倒进型腔中，以“补缩浇冒杯”渗满为止；

F.开启高压阀对浇铸罐中加压、保压，加压时间在0.5～15秒内，保压时间5～10分钟；

G.放去浇铸罐中的气体，打开浇铸罐，取出砂型，清砂后即可获得铸件毛坯。

2.根据权利要求1所说的砂型真空压力铸造工艺，其特征在于：抽真空时限在8秒钟以内，加压时限在8秒钟以内。

3.根据权利要求1所说砂型真空压力铸造工艺，其特征在于：浇铸之前对砂型进行温度时效5～8小时。

4.一种砂型真空压力铸造设备，其特征在于：砂型底座(1)、砂型(2)、铸件(3)、浇冒杯(4)、浇包(5)、铝熔液(6)均装于浇铸罐(7)中，浇铸罐和门(8)形成一个系统，浇铸罐有压力表(9)和真空负压表(10)，真空阀(11)，压力阀(12)和排气阀(13)相连接，真空阀通过抽真空管(14)与真空罐(15)、真空泵(16)相连接，压力阀(12)通过加压管(17)与压力罐(18)、空压机(19)相连接，真空罐(15)安有真空压力表(20)，压力罐安有安全阀(21)和压力表(22)，该系统工作程序由操作控制台(23)控制。

5.根据权利要求4所述的砂型真空压力铸造设备，其特征在于：该设备分井式真空压力铸造设备和卧式真空压力铸造设备，井式或卧式真空压力铸造的门(8)分别开在浇铸罐(7)的上方或侧端。

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