专利名称：用于轮盘类工件的铸造装置及其铸造方法
技术领域：
本发明涉及铸造装置及方法，特别涉及一种用于轮盘类工件的铸造装置及其铸造方法。
背景技术：
易氧化镁合金被广泛用于高压铸造生产。传统的高压铸造只有一个压射头，因而由充模到凝固的整个过程中的加压和保压只能通过压射头一处来实现。由于这样的原因，镁合金的高压铸造以薄壁零件为主，无法生产需要多处补缩的铸件。这样就显着降低了壁厚差别较大的产品的机械力学性能，限制了镁合金的应用范围。在整个镁合金的铸造过程中，从融化到凝固必须在保护气氛或者真空条件下完成以避免氧化，现有的铸造方法大多数不适合镁合金的铸造。目前有关金属模重力铸造镁合金专利技术多数具有设备复杂、操作困难等缺点，以至于应用有限(比如澳大利亚的T-Mg技术)。也有一种适用于轮盘类产品的真空高压铸造技术。但其存在明显缺点:断环形横浇道过长造成压力损失严重，导致轮辐和轮缘等强度要求较高的部位充填不足，并且，补压柱塞磨损严重，真空密封效果不理想，因而成品率低。高压铸造本身有一个明显的缺陷，就是充模速度过快产生大量的气体和氧化物夹杂，因而高压铸造产品不能经过热处理来提高产品性能，产品主要用于装饰性和强度不高的应用领域。真空压铸是一种降低氧化物和气体夹杂的方法，并且在小件产品的压铸领域取得明显的效果。至今为止，真空压铸面临一个难以克服的技术难题，就是由于真空通道的堵塞问题而造成的无法使用大口径的真空通道来快速排除大体积模腔内的空气，并且在不堵塞真空通道的情况下快速封闭真空通道。目前，有一种采用外驱动力控制的柱塞来实现真空通道的开闭并同时为铸件提供补缩压力的方法。然而该方法柱塞磨损问题严重，密封效果不理想。鉴于现有技术中存在的由于气体夹杂和氧化物夹杂不理想而导致合金铸件性能低的缺陷，人们需要一种改进的铸造装置和方法以便获得气体夹杂和氧化物夹杂低的致密的镁合金铸件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于轮盘类工件的铸造装置及其铸造方法，其能够获得气体夹杂和氧化物夹杂少的致密的镁合金铸件。根据本发明的第一方面，提供一种用于轮盘类工件的铸造装置，包括:浇注系统，其中具有模腔，模腔中具有轮缘部位、轮辐部位及轮芯部位；设置在模腔中轮缘部位的外周的双流道，每个流道具有半环形结构并具有用于注入熔体的入口 ；用于容纳熔体的压室，其具有浇注口，压室与双流道的入口连通；设置在压室内可往复移动的压射冲头；及多个内浇口，其分别设置在模腔中位于各个轮辐部位之间的轮缘部位与流道之间的位置，与双流道连通；抽真空系统，其具有设置在模腔最后充填的轮芯部位的大孔径的真空通道、设置在真空通道另一端的真空泵以及设置在真空通道中的真空阀；以及补压系统，其具有补压杆，设置在模腔的轮芯部位与真空通道的开口处，补压杆的向前移动，用于对模腔中充填的熔体进行补压，并且将真空通道关闭，辅助封闭真空通道。在上述的铸造装置中，抽真空系统还具有设置在真空泵和真空阀之间的真空罐及设置在真空通道与真空阀之间的过滤器。在上述的铸造装置中，真空阀与压射冲头联动，压射冲头封闭模腔和流道的向前移动与真空阀的打开联动。在上述的铸造装置中，真空阀与补压杆联动，补压杆的向前移动与真空阀的关闭联动。在上述的铸造装置中，还设置有用于驱动补压杆的增压缸。在上述的铸造装置中，在模腔中壁厚较大的部位还设置有分体式补压杆。根据本发明的第二方面，提供一种实施上述铸造装置的铸造方法，其中包括:将熔体通过浇注口注入压室内；将压射冲头在压室内向前移动以封闭模腔和流道后，打开真空阀，对模腔抽真空；将压射冲头以低压射速度继续向前移动，使熔体以小的充模速度在双流道中并通过各内浇口依次向模腔中的轮缘部位、轮辐部位及轮芯部位充模，首先填充轮缘部位，并且交汇于轮辐部位末端，之后逐渐填充轮辐部位，并最后汇聚于轮芯部位；在充模即将完成时关闭真空通道；以及在充模完成后，使压射冲头保持高压的同时通过补压杆对熔体进行压力补缩并使熔体在压力下凝固。在上述的铸造方法中，在压射冲头封闭模腔和流道后，在压射冲头不停顿或者短暂停顿的情况下，利用大口径的真空通道，短时间内使模腔达到设定的真空度。在上述的铸造方法中，在采用小的充模速度充模时，使合金熔体流切面基本与流道切面相一致，使合金熔体的前沿以平面充模的模式，在较小的紊流条件下完成充模，并且使夹杂被合金熔体前沿推入到轮芯部位的顶端。在上述的铸造方法中，在充模即将完成时真空通道的关闭，是通过关闭真空阀以及通过使补压杆向前移动封闭真空通道的开口实现的，以避免真空通道的堵塞。在上述的铸造方法中，进一步在模腔中壁厚较大的部位分别进行补压。采用本发明的铸造装置和方法，具有以下有益效果:(I)采用双半环形流道和多个内浇口，达到了轮缘的分段充模以使镁合金熔体前沿于轮辐的一端会聚，之后通过轮辐会聚于轮芯，避免了轮缘上的熔体交汇死点和由此造成的缺陷和性能降低；(2)利用真空辅助充模，减小镁合金熔体浇铸时的空气阻力和氧化；(3)采用较小的充模速度来降低熔体在充模过程中产生的紊流，降低气体和氧化物夹杂产生的可能；(4)通过对壁厚部位的压力补缩得到致密的镁合金铸件。
下面参照附图来示例性地说明本发明真空辅助、低速、高压铸造装置及其实施方法，其中:图1A-图1C分别是本发明所铸造的产品示例的主视图、后视图及透视图2是本发明真空辅助、低速、高压铸造装置的剖视示意图；图3示出本发明铸造装置中浇注系统的双半圆形流道及模腔的配置结构；图4A-图41示出本发明真空辅助、低速、高压铸造方法的充模顺序图；及图5A-图51示出本发明真空辅助、低速、高压铸造方法的凝固顺序图。
具体实施例方式本发明涉及一种用于轮盘类工件的真空辅助、低速、高压铸造装置和方法。下面结合图示，通过仅仅是举例的方式来描述本发明镁合金轮毂工件的铸造装置和方法。应当理解，本发明并不受其限制，本发明还可适用于铝合金或其它金属的齿轮、皮带轮等其它轮盘类工件。如图1A-图1C所示，轮毂I包括轮缘2、轮辐3及轮芯4，其中轮辐3的壁厚小，与轮缘2及轮芯4的壁厚差别较大。图2示出本发明的铸造装置8的基本结构，图3示出本发明的铸造装置8中浇注系统10的双流道11及模腔12的布置结构。其中，模腔12包括轮缘部位13、多个轮辐部位14及轮芯部位15。双流道11设置在模腔12中的轮缘部位13的外周，每个流道具有半环形结构。设置有用于容纳合金熔体16的压室17，其具有浇注口 18，压室17与双流道11的入口 20连通。在压室17内设置有压射冲头22，可在其中往复移动。设有多个内浇口 24，其分别设置在模腔12中位于各个辐条部位14之间的轮缘部位13与流道11之间的位置，与流道11连通。铸造装置8还包括抽真空系统26，其具有设置在模腔12最后充填的轮芯部位15的大孔径的真空通道27、设置在真空通道27另一端的真空泵28以及设置在真空通道27中的真空阀29。铸造装置8还包括补压系统30，其中具有补压杆31，其设置在模腔12最后充填的轮芯部位15与真空通道27的开口 32处，还设置有增压缸33，用于快速驱动补压杆31。补压杆31在向前移动时，用于对模腔12中充填的合金熔体16进行补压，并且将真空通道27关闭，起辅助封闭真空通道27的作用。抽真空系统26可以具有设置在真空泵28和真空阀29之间的真空罐36，以便在真空阀29打开后的极短时间内使整个模腔12的真空度降低到所设定的真空值。在真空通道27连接真空阀29之前的位置设置有过滤器37，防止杂质进入真空阀29及真空泵28中。与传统的真空压铸不同的是，本发明利用大孔径真空通道27，通过与补压杆31同步运动的真空阀29来控制真空通道27的开闭，当补压杆31向前移动而将真空通道27关闭时，真空阀29关闭。与补压杆31同步运动的真空阀29保证了整个铸造装置8的运动的一致性，避免单独运动的不协调性和由此带来的真空通道27堵塞的操作难题。这样就克服了传统的小口径真空通道的反应时间长、真空效果不好以及真空通道堵塞等问题。在本发明的铸造装置8中，真空阀29与压射冲头22联动，当压射冲头22向前移动越过浇注口 18而封闭模腔12和流道11时，真空阀29打开，开始对模腔12抽真空。下面结合图2和图3所示的铸造装置8和浇注系统10，以轮毂I作为一种示例，进一步说明本发明的用于镁合金轮盘类工件的真空辅助、低速、高压铸造方法。在进行铸造时，首先，将合金熔体16通过浇注口 18注入压室17内；其次，将压射冲头22在压室17内向前移动以封闭模腔12和流道11后，打开真空阀29，对模腔12进行抽真空；接着，将压射冲头22以低压射速度继续向前移动，使合金熔体16以小的充模速度在双流道11中并通过各内浇口 24依次向模腔12中的轮缘部位13、轮辐部位14及轮芯部位15充模，先填充轮缘2，并且交汇于辐条3末端，之后逐渐填充辐条3，并最后汇聚于轮芯
4;其后，在充I旲即将完成时关闭真空通道27 ;然后在充|旲完成后，使压射冲头22保持闻压的同时通过补压杆31对合金熔体16进行压力补缩；最后，使模腔12中的合金熔体16在压力下凝固后进行脱模处理。在按照本发明的铸造方法进行铸造时，在压射冲头22封闭模腔12和流道11后，在压射冲头22不停顿或者短暂停顿的情况下，利用大口径的真空通道27以及利用真空罐的设置，可以在短时间内使模腔12达到设定的真空度。真空系统26的开闭是以真空阀29的开闭来控制的。而真空阀29的开闭则是由压射冲头22的位置决定的。在按照本发明的铸造方法进行铸造时，必须采用小的充模速度充模，使合金熔体流切面基本与流道切面相一致，使镁合金熔体的前沿以平面充模的模式，在较小的紊流条件下完成充模，并且使夹杂被合金熔体前沿推入到轮芯部位14的顶端，该部位起渣包的作用，同时在补压杆31作用下产生收缩起铸造冒口的作用，并在后续加工的过程中被切除。图4A-图41示出本发明真空辅助、低速、高压铸造方法的充模顺序图，从中可以见至IJ，在不同的时刻，合金熔体16的前沿到达模腔12的不同部位的情况。低速充模的速度不宜过快而造成大的紊流和扰乱充模顺序，太慢则容易造成冷隔等铸造缺陷。在按照本发明的铸造方法进行铸造时，在充模即将完成时，关闭真空通道27，其是通过关闭真空阀29以及通过使补压杆31向前移动封闭真空通道27的开口实现的，以避免真空通道的堵塞。补压杆31通过真空通道27入口之后，暂时停止前行直到由压射冲头22控制的充模过程结束，继续在增压缸(油缸或气缸)33的作用下前行对凝固过程中的铸件进行补缩。图5A-图51示出本发明真空辅助、低速、高压铸造方法的凝固顺序图，从中可以见到，在不同的时刻，合金熔体16在模腔12的不同部位的凝固情况。可以在模腔中壁厚较大的部位设置分体式补压杆，在凝固过程中对铸件的壁厚较大的部位进行压力补缩。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种用于轮盘类工件的铸造装置，包括: 浇注系统，其中具有 模腔，模腔中具有轮缘部位、轮辐部位及轮芯部位； 设置在模腔中轮缘部位的外周的双流道，每个流道具有半环形结构并具有用于注入熔体的入口 ； 用于容纳熔体的压室，其与双流道的入口连通并具有浇注口 ； 设置在压室内可往复移动的压射冲头；及 多个内浇口，其分别设置在模腔中位于各个轮辐部位之间的轮缘部位与流道之间的位置，与双流道连通； 抽真空系统，其具有设置在模腔最后充填的轮芯部位的大孔径的真空通道、设置在真空通道另一端的真空泵以及设置在真空通道中的真空阀；以及 补压系统，其具有补压杆，设置在模腔的轮芯部位与真空通道的开口处，补压杆的向前移动，用于对模腔中充填的熔体进行补压，并且将真空通道关闭，辅助封闭真空通道。
2.根据权利要求1的铸造装置，其特征在于，抽真空系统还具有设置在真空泵和真空阀之间的真空罐及设置在真空通道与真空阀之间的过滤器。
3.根据权利要求1的铸造装置，其特征在于，真空阀与压射冲头联动，压射冲头封闭模腔和流道的向前移动，与真空阀的打开联动。
4.根据权利要求1的铸造装置，其特征在于，真空阀与补压杆联动，补压杆的向前移动与真空阀的关闭联动。
5.根据权利要求1的铸造装置，其特征在于，还设置有用于驱动补压杆的增压缸。
6.根据权利要求1的铸造装置，其特征在于，在模腔中壁厚较大的部位还设置有分体式补压杆。
7.一种实施权利要求1铸造装置的铸造方法，其中包括: 将熔体通过浇注口注入压室内； 将压射冲头在压室内向前移动以封闭模腔和流道后，打开真空泵和真空阀，对模腔抽真空； 将压射冲头以低压射速度继续向前移动，使熔体以小的充模速度在双流道中并通过各内浇口依次向模腔中的轮缘部位、轮辐部位及轮芯部位充模，首先填充轮缘部位，并且交汇于轮辐部位末端，之后逐渐填充轮辐部位，并最后汇聚于轮芯部位； 在充模即将完成时关闭真空通道；以及 在充模完成后，使压射冲头保持高压的同时通过补压杆对熔体进行压力补缩并使熔体在压力下凝固。
8.根据权利要求7的铸造方法，其中，在压射冲头封闭模腔和流道后，在压射冲头不停顿或者短暂停顿的情况下，利用大口径的真空通道，短时间内使模腔达到设定的真空度。
9.根据权利要求7的铸造方法，其中，在采用小的充模速度充模时，使合金熔体流切面基本与流道切面相一致，使合金熔体的前沿以平面充模的模式，在较小的紊流条件下完成充模，并且使夹杂被合金熔体前沿推入到轮芯部位的顶端。
10.根据权利要求7的铸造方法，其中，在充模即将完成时真空通道的关闭，是通过关闭真空阀以及通过使补压杆向前移动封闭真空通道的开口实现的，以避免真空通道的堵塞。
11.根据权利要求7的铸造方法，其中，进一步在模腔中壁厚较大的部位分别进行补压。
全文摘要
一种用于轮盘类工件的铸造装置及其铸造方法。铸造装置包括浇注系统，具有模腔、设在模腔轮缘部位外周的半环形双流道及分别设在模腔中位于各个轮辐部位间的轮缘部位与流道间位置的多个内浇口。铸造装置还包括抽真空系统和补压系统。将合金熔体注入压室，压射冲头移动封闭模腔和流道后，抽真空系统启动，利用大口径真空通道快速抽真空，之后将压射冲头以低压射速度继续向前移动，使合金熔体以小的充模速度在双流道中并通过各内浇口依次向模腔中的轮缘部位、轮辐部位及轮芯部位充模，在充模即将完成时关闭真空通道，在充模完成后使压射冲头保持高压的同时通过补压杆对壁厚较大部位的合金熔体进行压力补缩，最后使合金熔体在压力下凝固得到致密铸件。
文档编号B22D17/00GK103212687SQ201210017929
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者陈敏强, 王晓明, 李扬德, 李卫荣, 汤铁装 申请人:香港生产力促进局