專利名稱：一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法
技術領域：
本發明屬于合金鑄造技術領域，具體的說就是提供用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法，采用本發明生產的鑄件組織致密、均勻，不會產生縮孔，而且工序短，能夠滿意高品質空殼薄壁鑄件的需求。
背景技術：
薄壁空殼鑄件具有廣泛的應用領域，在制造業和藝術鑄造也等領域受到廣泛關注。CN 97118729. O號國家發明專利涉及一種空殼薄壁鑄件的制備方法。該發明涉及將制備好的砂型或砂芯浸入半固態合金中，停留一段時間后，待其冷卻至室溫并清砂處理之后，即可獲得薄壁合金制品。該制備技術中，熔體溫度處于半固態溫度區間，流動性差，填充性能不佳，造成局部狹窄區域難以成形；氧化物容易附著與鑄件上，對砂型、砂芯的要求很高，需要嚴格控制水分含量。因此，通過該方法所制得的鑄件組織疏松、鑄造缺陷多，最終導致鑄件機械加工困難、耐蝕性差、使用壽命短。CN 02133413. 7介紹了一種金屬材料凝殼鑄造工藝，制備工藝包括鑄造鑄型-烘干或焙燒-熔煉金屬材料-凝殼結晶成形-倒出多余金屬材料液體-冷卻清理，其所用的合金熔體溫度高于合金液相線溫度100-150°C，然后直接澆注入鑄型中，待其停留1-5分鐘后從鑄型中將多余金屬材料液體倒出。采用該種方法制備的薄壁鑄件盡管填充性能好、組織致密，但是鑄件壁厚不均勻，工藝控制困難，難以滿足實際生產的需求。因此，迫切需要發明新的薄壁鑄件制備技術，以滿足對薄壁鑄件日益增長的需求和苛刻使用環境的要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法，該方法具有工藝控制簡單、操作方便，所制備的鑄件組織致密、均勻，且不會產生縮孔、氣孔等鑄造缺陷、具有優良的力學性能和使用性能。本發明的技術方案如下一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置，包括帶有電磁攪拌裝置的感應熔煉爐、設置在感應熔煉爐內部的砂模、與砂模連接的抽氣裝置，所述砂模與感應熔煉爐之間設置有合金熔體。所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型透氣性好、在砂芯或砂型端部設置砂型排氣管、砂型排氣管與抽氣裝置連接。所述抽氣裝置包括負壓艙和真空泵，負壓艙一側與砂模的砂型排氣管相連，負壓艙另一側通過負壓艙連接管與真空泵相連接，并在負壓艙連接管上安裝閥門控制氣體流向。所述感應熔煉爐的坩堝底部設置有電磁攪拌裝置，以便對半固態熔體進行攪拌。
一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置及方法，首先，采用粒度較粗、粒形圓整的原砂，制備出透氣性好的砂模，并在砂模端部設置砂型排氣管；其次，將合金熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20°C以內，使其半固態合金液相率> 80%;然后，在砂模中浸入熔體時，對砂模進行抽氣，合金熔體在負壓作用下吸附在砂模外壁并且結晶凝固形成金屬薄壁；最后，取出附著薄層金屬的砂模，待其冷卻、清理后獲得鑄件。所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型采用粒徑較大、粒形圓整、顆粒粒徑分布集中的石英砂作為原砂，所制備出的砂芯或砂型透氣性好，并在砂模端部設置砂型排氣管，以便將砂模與抽氣裝置連接。所述抽氣裝置是用于真空壓鑄的抽真空裝置，包括負壓艙和真空泵，砂模的砂型排氣管直接與負壓艙相連接，負壓艙通過負壓艙連接管連接真空泵，在負壓艙連接管上接近負壓艙的一側設置有壓力表，在負壓艙連接管上接近真空泵的一側設置真空泵閥門，真空泵閥門控制氣體流向、以避免高溫氣體直接進入真空泵；砂型排氣管上設置有電磁閥。所述砂模在合金熔體中做行星式自轉，自轉速度為5-30轉/分鐘，待合金熔體在砂模表面凝固形成金屬薄壁后，將金屬薄壁從熔體中提出。所述薄壁合金鑄件的壁厚為1. 5_2mm。本發明中，首先需要制備出透氣性較好的砂型或砂芯，并在砂型或砂芯端部設置砂型排氣管；其次，將熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20°C，保持熔體液相分數> 80再次，在砂型或砂芯浸入溶體中時，需迅速對砂型或砂型抽氣；最后，在砂t吳表面凝結一層金屬后，冷卻清砂、去除多余部分合金即獲得所需要的鑄件。合金熔體在負壓作用下流動性大大改善,且可將砂型中的水汽、空氣排除,改善成形鑄件的內部質量。本發明的有益效果在于1.通過對砂模抽氣，鑄型壁面形成負壓，且半固態熔體的液相率含量較高，并布置電磁攪拌裝置對熔體進行攪拌，可以改善半固態熔體微觀結構，提高半固態熔體合金的流變性能和填充能力，能制備形狀復雜的鑄件，而且裝置結構簡單、操作方便。2.所制備鑄件的外部質量優良，輪廓清晰，內部組織致密、均勻，而且不會產生縮孔、氣孔,能夠滿意高品質空殼薄壁鑄件的需求。


圖1為空心薄壁鑄件鑄造過程的示意圖；其中I為真空泵；2為砂芯或砂型；3為鑄件；4為合金熔體；5為感應加熱爐；6為電磁攪拌器；7為砂型排氣管；8為電磁閥；9為負壓艙；10為壓力表；11為負壓艙連接管；12為真空泵閥門。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。參見圖1，本發明所提供的鑄造技術，包括以下工作步驟①把用于鑄造的合金在感應熔煉爐中熔化，脫氧打渣后，將溫度降至低于該合金液相線溫度以下0-20°C，保持該半固態合金熔體中液相率> 80%，并啟動電磁攪拌裝置對熔體進行攪拌；
②制備好透氣性良好、且帶有砂型排氣管的砂型或砂芯；③將制備好的砂型通過砂型排氣管與抽氣裝置相連；④先關閉電磁閥、打開真空泵閥，啟動真空泵對負壓艙抽真空，關閉真空泵和真空泵閥門；⑤將砂型或砂芯浸入熔體中，并迅速打開連接砂型或砂芯與負壓艙的電磁閥；⑥砂型或砂芯在熔體中做行星式自轉，保持5-30轉/分鐘的自轉速度，待砂型和砂芯浸入熔體10-60秒，在砂型和砂芯表面凝固后將其從熔體中提出，關閉電磁閥，打開真空泵閥，啟動真空泵對負壓艙抽真空；⑦冷卻清砂、去除多余部分合金即獲得所需要的鑄件。實施例1采用ZGS96-60Q-15型硅砂作為原砂，制成砂型或砂芯2，并安裝砂型排氣管7 ;將一定量的lCrl8Ni9Ti合金鋼坯加入帶有電磁攪拌器6的感應加熱電爐5中，將合金鋼加熱熔化，脫氧打渣，啟動電磁攪拌器6對熔體4進行攪拌，將熔體4溫度降至該合金液相線溫度1510°C以下0-10°C，即控制在1510-1500°C;關閉電磁閥7、打開真空泵閥門12，啟動真空泵1，待負壓艙9獲得高真空后，關閉真空泵閥門12 ;將烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔體4中，迅速打開真空閥7 ;以5-10轉/分鐘速度旋轉并均勻擺動砂芯2，保持10-30秒后將其緩慢提出，此時，砂型2浸入的所有表面形成了一層均勻的凝固層，冷卻后清砂，并切除兩端多余部分的合金，獲得所需要的lCrl8Ni9Ti空心薄壁合金鑄件，鑄件壁厚為1. 5_2mm。實施例2米用ZGS96-42Q-15型娃砂作為原砂,制成砂型或砂芯2，并安放砂型排氣管；將一定量的ZQSnlO-5合金坯料加入感應電爐5中，將其加熱熔化，除氣打渣，然后將熔體溫度降至該合金液相線溫度1005°C以下10-20°C，即控制在995-985°C ;關閉電磁閥7、打開真空泵閥門12，啟動真空泵1，待負壓艙9獲得高真空后，關閉真空泵閥門12 ;將烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔體4中，迅速打開真空閥7 ;以20-30轉/分鐘的速度旋轉并擺動砂芯2，保持30-60秒后將其緩慢提出，此時，砂型2浸入的所有表面形成了一層均勻的凝固層，冷卻后清砂，并切除兩端多余部分的合金，獲得所需要的ZQSnlO-5空心薄壁合金鑄件，鑄件壁厚為1. 5-2mm。實施例3采用ZGS85-30Q-15型硅砂作為原砂，制成砂型或砂芯2，并安裝砂型排氣管；將一定量的HT150鑄鐵合金坯料加入感應電爐5中，將其加熱熔化，除氣打渣，然后將熔體溫度降至該合金液相線溫度1260°C以下5-15°C，即控制在1245-1255°C ;關閉電磁閥7、打開真空泵閥門12，啟動真空泵1，待負壓艙9獲得高真空后，關閉真空泵閥門12;將烘干后的砂芯2垂直浸入合金熔體4中，迅速打開真空閥7 ;以10-20轉/分鐘的速度旋轉并擺動砂芯2，保持20-40秒后將其緩慢提出，此時，砂型2浸入的所有表面形成了一層均勻的凝固層，冷卻后清砂，并切除兩端多余部分的合金，獲得所需要的HT150鑄鐵空心薄壁合金鑄件，鑄件壁厚為1. 5-2mm。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種用于制備空殼薄壁鑄件的裝置，其特征在于包括帶有電磁攪拌裝置的感應熔煉爐、設置在感應熔煉爐內部的砂模、與砂模連接的抽氣裝置，所述砂模與熔煉爐之間設置有合金熔體。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型透氣性好、在砂芯或砂型端部設置砂型排氣管、砂型排氣管與抽氣裝置連接。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述抽氣裝置包括負壓艙和真空泵，負壓艙一側與砂模的砂型排氣管相連，負壓艙另ー側通過負壓艙連接管與真空泵相連接，并在負壓艙連接管上安裝閥門控制氣體流向。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述感應熔煉爐的坩堝底部設置有電磁攪拌裝置，以便對半固態熔體進行攪拌。
5.一種用于空殼薄壁鑄件的鋳造方法，其特征在于首先，采用粒度較粗、粒形圓整的原砂，制備出透氣性好的砂模，并在砂模端部設置砂型排氣管；其次，將合金熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20°C以內，使其半固態合金液相率> 80%;然后，在砂模中浸入熔體時，對砂模進行抽氣，合金熔體在負壓作用下吸附在砂模外壁并且結晶凝固形成金屬薄壁；最后，取出附著薄層金屬的砂模，待其冷卻、清理后獲得鑄件。
6.如權利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述砂模是砂芯或砂型，該砂芯或砂型采用粒徑較大、粒形圓整、顆粒粒徑分布集中的石英砂作為原砂，所制備出的砂芯或砂型透氣性好，并在砂模端部設置砂型排氣管，以便將砂模與抽氣裝置連接。
7.如權利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述抽氣裝置是用于真空壓鑄的抽真空裝置，包括負壓艙和真空泵，砂模的砂型排氣管直接與負壓艙相連接，負壓艙通過負壓艙連接管連接真空泵，在負壓艙連接管上接近負壓艙的一側設置有壓カ表，在負壓艙連接管上接近真空泵的ー側設置真空泵閥門，真空泵閥門控制氣體流向、以避免高溫氣體直接進入真空泵；砂型排氣管上設置有電磁閥。
8.如權利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述砂模在合金熔體中做行星式自轉，自轉速度為5-30轉/分鐘，砂型和砂芯浸入熔體10-60秒，待合金熔體在砂模表面凝固形成金屬薄壁后，將金屬薄壁從熔體中提出。
9.如權利要求5所述的鑄造方法，其特征在于所述薄壁合金鑄件的壁厚為1.5-2mm。
全文摘要
本發明公開了一種用于空殼薄壁鑄件的裝置及其鑄造方法，該裝置包括熔煉爐、設置在熔煉爐內部的砂模、與砂模連接的抽氣裝置，所述砂模與熔煉爐之間設置有合金熔體。首先需要制備出透氣性較好的砂型或砂芯，并在砂型或砂芯端部設置排氣通道；其次，將熔體溫度控制在該合金的液相線溫度以下0-20℃，保持熔體液相分數＞80％；然后，在砂型或砂芯浸入熔體中時，需迅速對砂型或砂芯抽氣；最后，待鑄件冷卻清砂、去除多余部分合金即獲得所需要的鑄件。采用該裝置和方法，合金熔體在負壓作用下流動性大大改善，成形性能大大提高，且可排除砂型中的水汽、空氣，改善成形鑄件的內部質量。
文檔編號B22D18/06GK103042194SQ20121055764
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者余林, 狄海兵, 曹毅 申請人:重慶和鑫藝術品創作有限公司