專利名稱：鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種精密鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金或鎂合金消失 模鑄造加壓凝固方法及其裝置。
背景技術(shù)：
1958年，美國(guó)的H. F. shroyer發(fā)明了用可發(fā)性泡沫塑料模樣制造金 屬鑄件的專利技術(shù)并取得了USP2830343號(hào)美國(guó)專利。消失模鑄造(又稱 實(shí)型鑄造)是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合成模型 簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在負(fù)壓下澆注， 使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造 方法。消失模鑄造方法具有鑄件尺寸精度高、表面粗糙度低、生產(chǎn)工序 簡(jiǎn)單、材料消耗少等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛用于鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁件的工業(yè) 生產(chǎn)；但其也存在一些缺點(diǎn)，如由于鋁合金消失模鑄造的凝固時(shí)間長(zhǎng)， 溶解在鋁液中的氫氣，更容易析出形成針孔。另外，消失模鑄造中金屬 液凝固散熱慢，熱梯度小，鋁合金或鎂合金鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松。 如果能消除鋁合金或鎂合金消失模鑄件的這些缺陷，就能夠提高鑄件質(zhì) 量，改善其機(jī)械性能，擴(kuò)大鋁合金或鎂合金消失模鑄造的應(yīng)用。
研究表明，在凝固的熔融鋁合金金屬液上施加一定的壓力，能夠減 少針孔，提高鑄件密度，改善鑄件力學(xué)性能。在1935年波契瓦爾與斯帕 斯基采用了各向氣體壓力下結(jié)晶的方法制造了鋁合金鑄件，見(jiàn)阿.依.巴 迪舍夫著、張錦升譯，《金屬和合金在壓力下結(jié)晶》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出 版，1987。各向氣體壓力下結(jié)晶的方法一般采用先澆注完，再將砂箱放 入增壓筒中加壓，見(jiàn)《鑄造有色合金手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1978。上
世紀(jì)九十年代后期，在美國(guó)，Handtman和MercuryMarine公司開(kāi)始在 Handtman鋁合金消失模鑄造中應(yīng)用加壓凝固，將澆注完的消失模砂箱放 入增壓筒中加壓，見(jiàn)葉升平、吳志超，《消失模鑄造圖片集》，華中科技 大學(xué)出版社，2006。以上主要對(duì)鋁合金進(jìn)行了加壓凝固方法，主要缺點(diǎn) 是砂箱和增壓筒是兩套設(shè)備，設(shè)備的投資成本高，充壓的時(shí)間長(zhǎng)，加 壓的速率低；澆注完后，需要一定的自動(dòng)化裝置，將砂箱移入或放入增壓 筒中，并進(jìn)行密封，工藝復(fù)雜。然而，針對(duì)鎂合金消失模鑄造縮松比較 嚴(yán)重，采用壓力凝固來(lái)消除縮松的方法，還未見(jiàn)報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法及其裝 置，目的在于簡(jiǎn)化設(shè)備數(shù)量、降低成本、簡(jiǎn)化消失模鑄造加壓凝固工藝、 有利于操作，更有效的提高鑄件質(zhì)量。本發(fā)明的一種鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法，包括(1) 緊實(shí)步驟將散砂和泡沫模樣加入耐壓砂箱中，振動(dòng)緊實(shí)；(2) 抽真空步驟在耐壓砂箱的散砂表面覆蓋塑料薄膜密封，對(duì)耐 壓砂箱抽真空，真空度為一0.05MPa 一0.01MPa;(3) 澆注步驟向耐壓砂箱中泡沫模樣的直澆道，澆入熔化的鋁合 金或鎂合金金屬液后，將耐壓砂箱密封；(4) 加壓步驟向耐壓砂箱通入壓力為0.1MPa 1.2MPa的壓縮氣 體，充氣速率0.002MPa/s 0.1MPa/s、壓力保持時(shí)間為0.3min 30min， 金屬液在氣壓下凝固；(5) 卸壓步驟卸去耐壓砂箱內(nèi)壓力后，打開(kāi)耐壓砂箱，實(shí)施落砂， 獲得鋁合金或鎂合金鑄件。
所述的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法，其特征在于所述加壓步驟中，所通入的壓縮氣體為干燥空氣或干燥有壓Ar、 N2、 C02氣體中的一種；充氣加壓過(guò)程為加壓一達(dá)到設(shè)定壓力值一保持，或者加壓一保持一再加壓達(dá)到設(shè)定壓力值一保持。所述的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法，其特征在于 在所述澆注步驟、加壓步驟之一或兩者，對(duì)耐壓砂箱實(shí)施振動(dòng)。本發(fā)明的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固裝置，包括耐壓砂箱、 夾緊機(jī)構(gòu)、耐壓砂箱蓋、開(kāi)關(guān)閥、壓力表、安全閥、排氣閥；其特征在 于所述耐壓砂箱為筒狀容器，其底部裝有排氣閥，耐壓砂箱內(nèi)下部或 側(cè)壁設(shè)有透氣隔層；耐壓砂箱蓋與耐壓砂箱通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)扣緊；耐壓砂 箱蓋上表面分別裝有開(kāi)關(guān)閥、安全閥和壓力表；耐壓砂箱側(cè)面或耐壓砂 箱蓋上裝有進(jìn)氣管。所述的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固裝置，其特征在于 所述耐壓砂箱底部固連有振動(dòng)器。所述的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固裝置，其特征在于 所述開(kāi)關(guān)闊為耐壓球閥；所述排氣閥為耐壓球閥或電磁閥；所述安 全閥為具有耐壓1.5MPa封閉全啟式安全閥。使用本發(fā)明裝置進(jìn)行鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固時(shí)，步驟為(1 )先將部分散砂加入耐壓砂箱中作為底砂層，再將泡沫模樣放入，
并接著填入散砂同時(shí)振動(dòng)緊實(shí)，直至填滿耐壓砂箱；(2) 在耐壓砂箱的散砂表面覆蓋塑料薄膜密封，從排氣閥處抽真空 后，在塑料薄膜上對(duì)應(yīng)泡沫模樣直澆道位置放上澆口杯；(3) 在所述耐壓砂箱上，加蓋耐壓砂箱蓋，用夾緊機(jī)構(gòu)扣緊；(4) 從插入開(kāi)關(guān)閥的金屬液導(dǎo)入杯，澆入熔化的鋁合金或鎂合金金 屬液后，快速取出金屬液導(dǎo)入杯、關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥和排氣閥；(5) 從進(jìn)氣管通入一定壓力的壓縮氣體，金屬液在氣壓下凝固一定 時(shí)間后，關(guān)閉進(jìn)氣管，打開(kāi)排氣閥；(6) 松開(kāi)夾緊機(jī)構(gòu)，移去耐壓砂箱蓋，實(shí)施落砂后，獲得鋁合金或 鎂合金鑄件。在澆注過(guò)程中或在壓力凝固過(guò)程中，還可以通過(guò)振動(dòng)器對(duì)砂箱實(shí)施 振動(dòng)。本發(fā)明的方法效果明顯，其主要表現(xiàn)在，針對(duì)鎂合金采用了壓力凝 固方法后，其縮孔和縮松基本消失；由于砂箱密封時(shí)間短，充壓速率高， 使鋁合金金屬液剛開(kāi)始凝固時(shí)就受到壓力，和其他壓力凝固方法相比， 在較小的壓力下，就可以實(shí)現(xiàn)減少針孔，提高密度的效果。由于本發(fā)明 采用了變壓力加壓方法，消除了一般壓力凝固表面易出現(xiàn)凹坑的現(xiàn)象， 表面質(zhì)量大大提高，鑄件變形顯著減少；由于澆注過(guò)程及加壓過(guò)程中對(duì) 合金液進(jìn)行振動(dòng)，在提高合金密度的同時(shí)，也大大細(xì)化了合金的晶粒。本發(fā)明裝置制作成本低，操作方便，耐壓砂箱與耐壓砂箱蓋的緊固、 密封由夾緊機(jī)構(gòu)及密封圈完成；開(kāi)關(guān)閥和金屬液導(dǎo)入杯設(shè)置在耐壓砂箱 蓋的頂部，具有密封效果好，密封時(shí)間短，砂箱密封時(shí)間〈3s的特點(diǎn)；排 氣閥和真空閥為同一閥門(mén)，卸壓的廢氣進(jìn)入真空通道，并通過(guò)真空灌過(guò) 濾凈化，保證清潔環(huán)保。在消失模鑄造中采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)壓力凝固，操 作簡(jiǎn)便、投資少、成本低。
在生產(chǎn)應(yīng)用中，可以制作多個(gè)設(shè)備，同時(shí)澆注，實(shí)現(xiàn)零件批量生產(chǎn)，提高效益；適合各種鋁合金、鎂合金、銅合金等有色金屬零件的消失模 加壓凝固，同時(shí)也能用于鑄鐵、鑄鋼等黑色金屬零件的消失模鑄造。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明包括耐壓砂箱(2)、夾緊機(jī)構(gòu)(5)、耐壓砂箱 蓋(7)、開(kāi)關(guān)閥(9)、壓力表(12)、安全閥(13)、排氣閥(18);所述 耐壓砂箱(2)為筒狀容器，其底部裝有排氣閥(18)，耐壓砂箱(2)內(nèi) 下部或側(cè)壁設(shè)有透氣隔層(17);耐壓砂箱蓋(7)與耐壓砂箱(2)通過(guò) 夾緊機(jī)構(gòu)(5)扣緊；耐壓砂箱蓋(7)上表面分別裝有開(kāi)關(guān)閥(9)、安 全閥(13)和壓力表(12);耐壓砂箱(2)側(cè)面或耐壓砂箱蓋(7)上裝 有進(jìn)氣管(8)。澆注時(shí)，在耐壓砂箱(2)上，加蓋具有密封圈(6)的耐壓砂箱蓋 (7)，用夾緊機(jī)構(gòu)(5)扣緊；金屬液導(dǎo)入杯(10)插入開(kāi)關(guān)閥(9)，澆 注完成后，快速取出金屬液導(dǎo)入杯(10),通過(guò)操作柄(11)關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥 (9)，從進(jìn)氣管(8)通入壓縮氣體，密封時(shí)間短(密封時(shí)間〈5s)，操作 簡(jiǎn)便，密封效果好；金屬液導(dǎo)入杯(10)可選擇不銹鋼或陶瓷材料等制 作；在非工作狀態(tài)，夾緊機(jī)構(gòu)(5)由永磁塊(4)吸緊固定；卸壓時(shí)， 廢氣通過(guò)排氣閥(18)進(jìn)入抽真空通道，并通過(guò)真空灌過(guò)濾排泄，保證 清潔環(huán)保。耐壓砂箱(2)外壁上裝有吊耳(16)，用于吊裝整個(gè)裝置。開(kāi)關(guān)閥可以為耐壓1.6MPa不銹鋼或鑄鐵耐壓球閥；排氣閥可以為耐 壓1.6MPa不銹鋼耐壓球閥或電磁閥；安全閥可以為具有耐壓1.5MPa易
熔片的安全閥。壓力表為可顯示正負(fù)壓力的壓力表。 實(shí)施例1:鋁合金鑄件將消失模零件泡沫模樣(3)放入耐壓砂箱(2)內(nèi)，加入20-50目石 英散砂(15)，同時(shí)由振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)(1)振動(dòng)緊實(shí)；放上澆口杯(14);在 上述耐壓砂箱(2)上，加蓋耐壓砂箱蓋(7)，緊固夾緊機(jī)構(gòu)(5);然 后將ZL101鋁合金熔化，經(jīng)過(guò)精煉、變質(zhì)后，當(dāng)鋁合金溫度為74(TC時(shí)， 從開(kāi)關(guān)閥(9)上預(yù)熱20(TC的金屬液導(dǎo)入杯(10)中澆入砂箱中；當(dāng)澆 入確定的量后，快速取出金屬液導(dǎo)入杯(10)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥(9)和排氣 閥(18);從進(jìn)氣管(8)通入壓力1.2MPa的壓縮空氣，充壓速率是速率 0.05MPa/s，壓力保持時(shí)間在0.3min，然后關(guān)閉進(jìn)氣管(8)，緩慢打開(kāi)排 氣閥(18);卸壓后松開(kāi)夾緊機(jī)構(gòu)(5)，移去耐壓砂箱蓋(7)，實(shí)施落砂 后，獲得鋁合金鑄件。通過(guò)金相分析，組織晶粒細(xì)化，針孔、縮孔和縮 松基本消失，密度增加，性能提高。實(shí)施例2:鎂合金鑄件將消失模零件泡沫模樣放入耐壓砂箱(2)內(nèi)，加入20-50目寶珠散 砂，同時(shí)由振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)(1)振動(dòng)緊實(shí)；在散砂(15)表面覆蓋塑料薄膜， 抽真空，真空度為-0.05MPa，然后放上澆口杯(14);在上述耐壓砂箱(2) 上，加蓋耐壓砂箱蓋(7)，緊固夾緊機(jī)構(gòu)(5);對(duì)AZ91D鎂合金，在SFs 加C(V混合保護(hù)氣體下進(jìn)行熔化，并精煉、變質(zhì)，鎂合金為730。C時(shí)，從 開(kāi)關(guān)閥(9)上預(yù)熱200。C的金屬液導(dǎo)入杯(10)中澆入耐壓砂箱中；澆 入定量后，撒入一些帶硫磺的干砂(防鎂合金燃燒)，快速取出金屬液導(dǎo) 入杯(10)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥(9)和排氣閥(18);從進(jìn)氣管(8)通入0.1MPa 的干燥氮?dú)猓鋲核俾?.1MPa/s，壓力保持時(shí)間30min，然后關(guān)閉進(jìn)氣管 (8)，緩慢打開(kāi)排氣閥(18);卸壓后松開(kāi)夾緊機(jī)構(gòu)(5)，移去耐壓砂箱 蓋(7)，實(shí)施落砂后，獲得AZ91D鎂合金鑄件。通過(guò)金相分析，鎂合金
鑄件組織晶粒細(xì)化，枝晶大部分都發(fā)生了碎化，二次枝晶臂很少見(jiàn)，顯 微縮松明顯減少，密度增加，性能提高。實(shí)施例3:鋁合金振動(dòng)并變壓力加壓凝固將消失模零件泡沫模樣放入耐壓砂箱(2)內(nèi)，加入20-50目石英散 砂，同時(shí)由振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)(O振動(dòng)緊實(shí)；在散砂(15)表面覆蓋塑料薄膜, 抽真空，真空度為-0.01MPa，然后放上澆口杯(14);在上述耐壓砂箱(2) 上，加蓋耐壓砂箱蓋(7),緊固夾緊機(jī)構(gòu)(5);對(duì)A356鋁合金進(jìn)行熔 化，并精煉、變質(zhì)，澆注前打開(kāi)振動(dòng)臺(tái)(1)，對(duì)砂箱進(jìn)行50Hz微振動(dòng)， 在鋁合金為760'C時(shí)，從開(kāi)關(guān)閥(9)上預(yù)熱20(TC的金屬液導(dǎo)入杯(10) 中澆入耐壓砂箱；澆入一定量后，快速取出金屬液導(dǎo)入杯(10)，關(guān)閉開(kāi) 關(guān)閥(9)和排氣閥(18);停止振動(dòng)，從進(jìn)氣管(8)通入0.6MPa的干 燥壓縮Ar氣體，充壓速率在0.04MPa/s，壓力保持時(shí)間在5min，然后逐 步增壓到1.2MPa,增加速率在0.002MPa/s，壓力保持時(shí)間在15min，關(guān) 閉壓縮氣體入口，緩慢打開(kāi)排氣閥(18);卸壓后松開(kāi)夾緊機(jī)構(gòu)(5)，移 去耐壓砂箱蓋(7)，實(shí)施落砂后，獲得A356鋁合金鑄件。通過(guò)金相分析， 組織晶粒細(xì)化，針孔、縮孔和縮松基本消失，密度增加，鑄件表面質(zhì)量 好，性能提高顯著。
權(quán)利要求
1. 一種鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法，包括(1)緊實(shí)步驟將散砂和泡沫模樣加入耐壓砂箱中，振動(dòng)緊實(shí)；(2)抽真空步驟在耐壓砂箱的散砂表面覆蓋塑料薄膜密封，對(duì)耐壓砂箱抽真空，真空度為—0.05MPa～—0.01MPa(3)澆注步驟向耐壓砂箱中泡沫模樣的直澆道，澆入熔化的鋁合金或鎂合金金屬液后，將耐壓砂箱密封；(4)加壓步驟向耐壓砂箱通入壓力為0.1MPa～1.2MPa的壓縮氣體，充氣速率0.002MPa/s～0.1MPa/s、壓力保持時(shí)間為0.3min～30min，金屬液在氣壓下凝固；(5)卸壓步驟卸去耐壓砂箱內(nèi)壓力后，打開(kāi)耐壓砂箱，實(shí)施落砂，獲得鋁合金或鎂合金鑄件。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法， 其特征在于-所述加壓 步驟中，所通入的壓縮氣體為干燥空氣或干燥有壓Ar、 N2、 C02氣體中的一種；充氣加壓過(guò)程為加壓一達(dá)到設(shè)定壓力值一保持，或者 加壓一保持一再加壓達(dá)到設(shè)定壓力值一保持。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方 法，其特征在于在所述澆注步驟、加壓步驟之一或兩者，對(duì)耐壓砂箱實(shí)施振動(dòng)。
4. 用于權(quán)利要求1所述鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法的 裝置，包括耐壓砂箱(2)、夾緊機(jī)構(gòu)(5)、耐壓砂箱蓋(7)、開(kāi)關(guān)閥(9)、 壓力表(12)、安全閥(13)、排氣閥(18);其特征在于所述耐壓砂箱(2)為筒狀容器，其底部裝有排氣閥(18),耐壓砂 箱(2)內(nèi)下部或側(cè)壁設(shè)有透氣隔層(17);耐壓砂箱蓋(7)與耐壓砂箱 (2)通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)(5)扣緊；耐壓砂箱蓋(7)上表面分別裝有開(kāi)關(guān)閥 (9)、安全閥(13)和壓力表(12);耐壓砂箱(2)側(cè)面或耐壓砂箱蓋 (7)上裝有進(jìn)氣管(8)。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述耐壓砂箱底部固連有振動(dòng)器。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于 所述開(kāi)關(guān)閥為耐壓球閥；所述排氣閥為耐壓球閥或電磁閥；所述安全閥為具有耐壓1.5MPa封閉全啟式安全閥。
全文摘要
一種鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法及其裝置，屬于特種精密鑄造領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括緊實(shí)、抽真空、澆注、加壓和卸壓步驟。本發(fā)明裝置的耐壓砂箱為筒狀容器，其底部裝有排氣閥，內(nèi)下部或側(cè)壁設(shè)有透氣隔層；耐壓砂箱蓋上表面分別裝有開(kāi)關(guān)閥、安全閥和壓力表；耐壓砂箱側(cè)面或耐壓砂箱蓋上裝有進(jìn)氣管。本發(fā)明方法能顯著減少鎂合金消失模鑄件中的縮孔、縮松等鑄造缺陷，更有效的降低鋁合金中的針孔，提高鑄件致密度，細(xì)化了合金晶粒，改善鋁合金或鎂合金消失模鑄件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能。本發(fā)明裝置簡(jiǎn)化消失模鑄造加壓凝固工藝、制作成本低，操作方便，密封效果好，砂箱密封時(shí)間短、升壓速度快。
文檔編號(hào)B22D21/00GK101391298SQ200810197390
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者波 唐, 平 成, 樊自田, 迪 潘, 董選普, 蔣文明, 忠 趙, 魏必明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)