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)明專利技術(shù)方法包括緊實、抽真空、澆注、加壓和卸壓步驟。本發(fā)明專利技術(shù)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氣管。本發(fā)明專利技術(shù)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)量和力學性能。本發(fā)明專利技術(shù)裝置簡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，砂箱密封時間短、升壓速度快。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)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。
技術(shù)介紹
1958年，美國的H. F. shroyer專利技術(shù)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號美國專利。消失模鑄造(又稱 實型鑄造)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造型，在負壓下澆注， 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 簡單、材料消耗少等優(yōu)點，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，如由于鋁合金消失模鑄造的凝固時間長， 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，改善其機械性能，擴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《鑄造有色合金手冊》，機械工業(yè)出版社，1978。上世紀九十年代后期，在美國，Handtman和MercuryMarine公司開始在 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，見葉升平、吳志超，《消失模鑄造圖片集》，華中科技 大學出版社，2006。以上主要對鋁合金進行了加壓凝固方法，主要缺點 是砂箱和增壓筒是兩套設(shè)備，設(shè)備的投資成本高，充壓的時間長，加 壓的速率低；澆注完后，需要一定的自動化裝置，將砂箱移入或放入增壓 筒中，并進行密封，工藝復(fù)雜。然而，針對鎂合金消失模鑄造縮松比較 嚴重，采用壓力凝固來消除縮松的方法，還未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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，目的在于簡化設(shè)備數(shù)量、降低成本、簡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。本專利技術(shù)的一種鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法，包括(1) 緊實步驟將散砂和泡沫模樣加入耐壓砂箱中，振動緊實；(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，打開耐壓砂箱，實施落砂， 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；充氣加壓過程為加壓一達到設(shè)定壓力值一保持，或者加壓一保持一再加壓達到設(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，對耐壓砂箱實施振動。本專利技術(shù)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、 夾緊機構(gòu)、耐壓砂箱蓋、開關(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夾緊機構(gòu)扣緊；耐壓砂 箱蓋上表面分別裝有開關(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。使用本專利技術(shù)裝置進行鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固時，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振動緊實，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，用夾緊機構(gòu)扣緊；(4) 從插入開關(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)閉開關(guān)閥和排氣閥；(5) 從進氣管通入一定壓力的壓縮氣體，金屬液在氣壓下凝固一定 時間后，關(guān)閉進氣管，打開排氣閥；(6) 松開夾緊機構(gòu)，移去耐壓砂箱蓋，實施落砂后，獲得鋁合金或 鎂合金鑄件。在澆注過程中或在壓力凝固過程中，還可以通過振動器對砂箱實施 振動。本專利技術(shù)的方法效果明顯，其主要表現(xiàn)在，針對鎂合金采用了壓力凝 固方法后，其縮孔和縮松基本消失；由于砂箱密封時間短，充壓速率高， 使鋁合金金屬液剛開始凝固時就受到壓力，和其他壓力凝固方法相比， 在較小的壓力下，就可以實現(xiàn)減少針孔，提高密度的效果。由于本專利技術(shù) 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；由于澆注過程及加壓過程中對 合金液進行振動，在提高合金密度的同時，也大大細化了合金的晶粒。本專利技術(shù)裝置制作成本低，操作方便，耐壓砂箱與耐壓砂箱蓋的緊固、 密封由夾緊機構(gòu)及密封圈完成；開關(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，密封時間短，砂箱密封時間〈3s的特點；排 氣閥和真空閥為同一閥門，卸壓的廢氣進入真空通道，并通過真空灌過 濾凈化，保證清潔環(huán)保。在消失模鑄造中采用本專利技術(shù)實現(xiàn)壓力凝固，操 作簡便、投資少、成本低。在生產(chǎn)應(yīng)用中，可以制作多個設(shè)備，同時澆注，實現(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，同時也能用于鑄鐵、鑄鋼等黑色金屬零件的消失模鑄造。附圖說明圖l是本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進一步說明。如圖1所示，本專利技術(shù)包括耐壓砂箱(2)、夾緊機構(gòu)(5)、耐壓砂箱 蓋(7)、開關(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 夾緊機構(gòu)(5)扣緊；耐壓砂箱蓋(7)上表面分別裝有開關(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 有進氣管(8)。澆注時，在耐壓砂箱(2)上，加蓋具有密封圈(6)的耐壓砂箱蓋 (7)，用夾緊機構(gòu)(5)扣緊；金屬液導(dǎo)入杯(10)插入開關(guān)閥(9)，澆 注完成后，快速取出金屬液導(dǎo)入杯(10),通過操作柄(11)關(guān)閉開關(guān)閥 (9)，從進氣管(8)通入壓縮氣體，密封時間短(密封時間〈5s)，操作 簡便，密封效果好；金屬液導(dǎo)入杯(1本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法，包括： （１）緊實步驟：將散砂和泡沫模樣加入耐壓砂箱中，振動緊實； （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，打開耐壓砂箱，實施落砂，獲得鋁合金或鎂合金鑄件。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樊自田，趙忠，唐波，潘迪，成平，蔣文明，董選普，魏必明，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：83[中國|武漢]
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