[发明专利]一种采用顶部强制水冷法改善金属型铸造成型的工艺

说明书

技术领域： 

本发明涉及一种采用顶部强制水冷法改善金属型铸造成型的工艺，属金属材料加工技术领域。

背景技术： 

金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。金属型和砂型，在性能上有显著的区别，如砂型有透气性，而金属型则没有；砂型的导热性差，金属型的导热性很好，砂型有退让性，而金属型没有等。金属型的这些特点决定了它在铸件形成过程中有自己的规律。型腔内气体状态变化对铸件成型的影响：金属在充填时，型腔内的气体必须迅速排出，但金属又无透气性，只要对工艺稍加疏忽，就会给铸件的质量带来不良影响。铸件凝固过程中热交换的特点：金属液一旦进入型腔，就把热量传给金属型壁。液体金属通过型壁散失热量，进行凝固并产生收缩，而型壁在获得热量，升高温度的同时产生膨胀，结果在铸件与型壁之间形成了“间隙”。在“铸件一间隙一金属型”系统未到达同一温度之前，可以把铸件视为在“间隙”中冷却，而金属型壁则通过“间隙”被加热。金属型阻碍收缩对铸件的影响：金属型或金属型芯，在铸件凝固过程中无退让性，阻碍铸件收缩，这是它的又一特点。金属型铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点：（1）金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；（2）铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;（3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30%；（4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100%；此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处，如：(1) 金属型制造成本高；(2) 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷;(3) 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。

在设计金属型时就必须有排气设施，其排气的方式有以下几种：1．利用分型面或型腔零件的组合面的间隙进行排气。2．开排气槽。即在分型面或型腔零件的组合面上，芯座或顶杆表面上做排气槽。3．设排气孔。排气孔一般开设在金属型的最高处。4.排气塞是金属型常用的排气设施。尽管如此，金属型铸造依然会因为排气不足而造成铸件局部难以充型，使得铸件出现瑕疵、浇不足，造成铸件质量下降，甚至报废。 

在金属型铸造生产过程中，铸件在由液体转变为固体的过程中，要产生收缩，如不及时补充液体，就会在铸件内部产生缩孔而使铸件报废。因此，要在铸件凝固前要给铸件补充液体防止缩孔，这种在铸件上补充液体的部分，就称为补缩系统。一般遭铸件的铸造生产过程中，使用浇冒口进行补缩，因此浇冒口设计的比较大，以保证最后冷却。但浇冒口冷却较慢、温度较高，也带动了浇冒口周围的铸件温度居高不下，难以冷却，使得金属型铸造速度难以提高，阻碍了生产率的提高。 

  

发明内容：

本发明针对以上问题，提出一种采用顶部强制水冷法改善金属型铸造成型的工艺，其技术方案为在原有金属型铸造模具的浇道外侧，排气孔上方，安装水冷管，并通冷却水。在浇铸完成后，金属液冷却、凝固，并利用浇道中冒口大块的金属液进行补缩。此时，利用温度传感器感应铸件温度，当铸件完成凝固，进入半固态时，对铸件表面通冷却水，施加强制水冷，以加快铸件冷却，同时提高铸件质量。

冷却水管路安装于浇冒口外侧，排气孔上方。管路直径为5~20mm，管路下方开孔，使得管路中的水可以通过小孔流出，并通过排气孔接触铸件，为铸件迅速降温。 

冷却水管路外加电控或人工控制的开关，在浇注时，开关保持关闭状态，冷却水管路中并无水。在铝铸件达到半固态后，启动开关，冷却水流入。 

金属型内部，铸件表面安装有温度传感器，传感器采用K型热电偶，测温范围0~1300°C。外加控制系统，或采用人工控制，当铝铸件温度降至550~580°C时，启动冷却水。 

  

有益效果：

本发明所提出的方法，有效的解决了传统金属型铸造生产中，冒口保温与冒口附近铸件冷却的矛盾的问题，提高了铸件质量，同时大大加快了铸件生产速度，是综合考虑成本、效果的有效实施方案。