一种用于铸造合金的系统及加工铸件的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于铸造合金的系统及加工铸件的方法，属于铸造装置领域。所述系统包括超声波装置、模具和加热装置，超声波装置包括：支架、超声波发生器和超声波振子，模具的顶面上设有浇口和冒口，超声波振子的另一端位于所述浇口内，加热装置布置在模具的外壁上。所述方法包括：预热所述模具；预热超声波振子；将合金由浇口倒入模具内；振动合金；待合金混匀后，拆掉加热装置，超声波振子继续振动合金；待合金凝固前，停止振动；将铸件取出。所述系统的超声波装置能够伸入模具中，通过加热装置为模具提前预热，防止合金倒入冷的模具中提前冷却凝固。所述方法能够在封闭式模具内实现超声波振动，使得铸造出具有较高力学性能的合金。
【专利说明】一种用于铸造合金的系统及加工铸件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铸造装置领域，特别涉及一种用于铸造合金的系统及加工铸件的方法。
【背景技术】
[0002]在合金铸造过程中，为了提高合金铸件的力学性能，会向合金中加入稀土元素，为了使加入的稀土能够均匀分布于合金中，可以在铸造过程中对合金采用超声波振动。
[0003]现有的镁合金在铸造时，通过开放式模具能够制备出结构较为简单的铸件，在开放式模具进行超声波振动时，将超声波的振子直接插入到开放式模具中处于熔融状态的合金内；若制备结构较为复杂的铸件时，可以选用封闭模具。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]在现有技术中选用封闭模具进行合金铸造时，由于封闭模具冷却快，且难以对封闭模具进行超声波振动，使得在制备结构较为复杂的合金铸件时，不能够将稀土均匀地分布在合金中，从而降低了合金的力学性能，限制了铸件的应用范围。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中封闭模具不能够进行超声波振动的问题，本发明实施例提供了一种用于铸造合金的系统及加工铸件的方法。所述技术方案如下:
[0007]一方面，本发明实施例提供了一种用于铸造合金的系统，所述系统包括超声波装置、模具和加热装置，所述超声波装置包括:支架、超声波发生器和超声波振子，所述超声波发生器安装在所述支架上，所述超声波振子的一端与所述超声波发生器连接；所述模具的顶面上设有浇口和冒口，所述模具的内部设有型腔和流道，所述型腔通过所述流道分别与所述浇口和所述冒口连通，所述超声波振子的另一端位于所述浇口或所述冒口内，所述加热装置布置在所述模具的外壁上。
[0008]具体地，所述模具包括两个模具块，所述系统还包括用于夹持所述两个模具块的夹持装置，两个所述模具块上分别设置有接触面，两个所述模具块的接触面上均开设有半个浇口和半个冒口，且所述半个浇口和所述半个冒口均由所述接触面延伸至所述模具块的顶面，两个所述接触面上还分别开设有与铸件的外轮廓相配合的半个型腔，两个所述模具块的接触面相对布置并通过所述夹持装置将两个所述模具块合拢，两个所述半个浇口对齐形成所述浇口，两个所述半个冒口对齐形成所述冒口，两个所述半个型腔对齐形成所述型腔。
[0009]具体地，每个所述模具块上均设置有冷却水道。
[0010]具体地，所述型腔为至少两个，所述流道将至少两个所述型腔连通。
[0011]进一步地，两个所述模具块的中部均为半圆柱型，两个所述模具块的顶部均为半圆锥台型，所述夹持装置包括扣环，所述扣环的内径与两个所述模具块的外径相配合。
[0012]进一步地，所述模具还包括底座，两个所述模具块的底部均为半圆锥台型，所述底座上设置有圆环型的凸起，所述凸起的内径与两个所述模具块的底部的外径相配合。
[0013]进一步地，两个所述加热器布置于所述夹持装置和所述底座之间的所述模具的外壁上。
[0014]具体地，所述超声波装置还包括连接柄，所述连接柄的一端与所述超声波发生器连接，所述连接柄的另一端设置有转筒，所述支架上设置有与所述转筒相配合的转轴，所述连接柄通过所述转筒可转动安装在所述支架的转轴上，所述转筒下方的所述支架上套设有第一限位块。
[0015]进一步地，所述加热装置包括:支座、设置于所述支座上的支撑杆、分别套设在所述支撑杆上的两个套筒、安装在两个所述套筒上的加热器，两个所述加热器通过旋转套筒合拢后环绕所述模具的外壁布置。
[0016]进一步地，所述系统还包括气体注入装置，所述气体注入装置的注入口分别布置在所述浇口和所述冒口的上方。
[0017]另一方面，本发明实施例提供了一种采用上述系统加工铸件的方法，所述方法包括:
[0018]在所述模具内部喷涂脱模剂；
[0019]通过所述加热装置预热所述模具；
[0020]将所述超声波振子伸入所述浇口或所述冒口内预热；
[0021 ] 将合金由所述浇口倒入所述模具内，所述合金由所述浇口流经所述型腔由所述冒口冒出；
[0022]通过所述超声波振子振动所述合金；
[0023]待所述合金混匀后，拆掉所述加热装置，对所述模具进行冷却，所述超声波振子继续振动所述合金；
[0024]待所述合金凝固前，停止振动，使所述超声波振子离开所述浇口或冒口 ；
[0025]将所述型腔中的铸件取出，得到所述铸件。
[0026]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明实施例提供的用于铸造合金的系统，包括超声波装置、模具和加热装置，且该模具具有型腔，超声波装置能够直接伸入模具的浇口中，通过振动浇口处熔融状态的合金，实现混匀的作用，同时通过设置加热装置能够为模具提前预热，防止熔融状态的合金在倒入冷的模具中会提前冷却凝固，且该加热装置也能够在合金超声过程中对模具进行保温，控制熔融状态的合金位于模具内的温度，这样就能够控制合金的冷却时间且持续为模具加热，在合金凝固前仍能够得到超声波振动，增加了合金的形核率，实现晶粒细化的目的，保证了制备出铸件具有良好的力学性能。本发明实施例提供的加工方法，能够在封闭式模具内实现超声波振动，使得铸造出具有较高力学性能的合金，拓宽了铸件的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本发明实施例一提供的用于铸造合金的系统的结构示意图；
[0029]图2是本发明实施例一提供的模具的结构示意图；
[0030]图3是本发明实施例一提供的模具块的结构示意图；
[0031]图4是本发明实施例一提供的图2的剖面结构示意图；
[0032]图5是本发明实施例一提供的加热装置的结构示意图；
[0033]图6是本发明实施例二提供的加工方法流程图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0035]实施例
[0036]本发明实施例提供了一种用于铸造合金的系统，如图1、图2和图3，该系统包括超声波装置1、模具2和加热装置3，该超声波装置I包括:支架101、超声波发生器102和超声波振子103，超声波发生器102安装在支架101上，超声波振子103的一端与超声波发生器102连接；模具2的顶面上设有浇口 202f和冒口 202g，模具2的内部设有型腔和流道201e，型腔通过流道201e分别与浇口 202f和冒口 202g连通，超声波振子103的另一端位于浇口202f或冒口 202g内，加热装置3布置在模具2的外壁上。在本实施例中，超声波振子103的另一端位于浇口 202f内。
[0037]具体地，如图3所示，模具2可以包括两个模具块201，该系统还可以包括用于夹持两个模具块的夹持装置202，两个模具块201上分别设置有接触面201a，两个模具块201的接触面201a上均开设有半个浇口 201b和半个冒口 201c，且半个浇口 201b和半个冒口201c均由接触面201a延伸至模具块201的顶面，两个接触面201a上还分别开设有与铸件的外轮廓相配合的半个型腔201d，两个模具块201的接触面201a相对布置并通过夹持装置202将两个模具块201合拢，两个半个浇口 202b对齐形成浇口 202f，两个半个冒口 201c对齐形成冒口 202g，两个半个型腔201d对齐形成型腔。其中流道201e可以分别布置两个模具块201上，也可以只布置在其中一个模具块201上。
[0038]具体地，当流道201e分别布置在两个模具块201上时，两个模具块201可以为对称结构；当流道201e只布置在其中一个模具块201上时，两个模具块201除了流道201e外，其余结构可以为对称设置。
[0039]具体地，如图2所示，每个模具块201上均可以设置有冷却水道202h。该冷却水道202h用于连接外接水管，通过外接水管向冷却水道202h中注入冷却水，用于给模具块201降温，加速型腔201d内的合金冷却凝固，进而提高铸件的力学性能。
[0040]具体地，型腔可以为至少两个，流道201e将至少两个型腔连通。在本实施例中，该型腔为两个。
[0041]具体地，超声波装置I还可以包括连接柄104，连接柄104的一端与超声波发生器102连接，连接柄104的另一端设置有转筒105，支架101上设置有与转筒105相配合的转轴，连接柄104通过转筒105可转动安装在支架101的转轴上，转筒105下方的支架101上套设有第一限位环106。连接柄104通过转筒105在转轴上可以上下移动，用于调整连接柄104的高度，进而控制超声波振子103的另一端伸入浇口 202f内的位置，第一限位环106能够固定转筒105的位置，防止转筒105下滑。其中，超声波装置I可以为高温超声波装置，该高温超声波装置的工作温度为400-700°C。
[0042]进一步地，该支架101上可以设置有升降结构(图中未示)，该升降结构能够大幅度地调节连接柄104的高度，该升降结构的具体结构可以包括套筒和能够在套筒内滑动的升降杆。
[0043]具体地，如图4所示，两个模具块201的中部均为半圆柱型，两个模具块201的顶部均为半圆锥台型，夹持装置202可以包括扣环，扣环的内径与两个模具块201的顶部的外径相配合。其中，半圆锥台型的锥角可以为10-16°。
[0044]进一步地，模具2还可以包括底座203，两个模具块201的底部均为半圆锥台型，底座203上设置有圆环型的凸起203a，凸起203a的内径与两个模具块201的底部的外径相配合。在底座203和夹持装置202的共同作用下，两个模具块201能够紧密结合。其中，半圆锥台型的锥角可以为10-16°。
[0045]进一步地，如图5所示，加热装置3可以包括:支座301、设置于支座301上的支撑杆302、分别套设在支撑杆302上的两个套筒303、安装在两个套筒303上的加热器304，两个加热器304通过旋转套筒303合拢后环绕模具2的外壁布置。其中，加热器304的内部可以采用电阻丝进行加热。
[0046]具体地，两个加热器304可以布置于夹持装置202和底座203之间的模具2的外壁上。
[0047]进一步地，如图4所示，两个加热器304可以分别为半圆环型，合拢后的两个加热器304组成一个圆环型并套设在模具2的外壁上。
[0048]进一步地，在套筒303底部的支撑杆302上套设有第二限位环305，该第二限位环305能够固定套筒303的位置，防止套筒303下滑。
[0049]进一步地，该系统还可以包括气体注入装置(图中未示)，气体注入装置的注入口分别布置在浇口 202f和冒口 202g的上方。以镁合金铸造铸件为例，当镁合金处于高温的熔融状态时，非常容易被氧化或燃烧，因此需要对熔融状态的镁合金进行气氛保护，本实施例中，采用气体注入装置向浇口 202f和冒口 202g内通入气体，该气体可以是氮气和混合制冷剂YH134a的混合气体，该混合气体能够防止熔融状态的镁合金被氧化或燃烧。该气体注入装置可以包括气体罐和通气管路，通气管路的一端与气体罐的出气口连通，通气管路的另一端与注入口连通。
[0050]本发明提供的用于铸造合金的系统，包括超声波装置、模具和加热装置，且该模具具有型腔，超声波装置能够直接伸入模具的浇口中，通过振动浇口处熔融状态的合金，实现混匀的作用，同时通过设置加热装置能够为模具提前预热，防止熔融状态的合金在倒入冷的模具中会提前冷却凝固，且该加热装置也能够在合金超声过程中对模具进行保温，控制熔融状态的合金位于模具内的温度，这样就能够控制合金的冷却时间，且在合金凝固前仍能够得到超声波振动，增加了合金的形核率，实现晶粒细化的目的，保证了制备出铸件具有良好的力学性能。
[0051]实施例二
[0052]本发明实施例提供了一种采用实施例一提供的系统加工铸件的方法，如图6所示，该方法包括:
[0053]步骤100:结合图1至图5，在模具2内部喷涂脱模剂；
[0054]步骤200:通过加热装置3预热模具2 ；
[0055]步骤300:将超声波振子103伸入浇口 202f或冒口 202g内预热；
[0056]步骤400:将合金由浇口 202f倒入模具2内，合金由浇口 202f流经型腔由冒口202g冒出；
[0057]步骤500:通过超声波振子103振动合金；
[0058]步骤600:待合金混匀后，拆掉加热装置3，对模具2进行冷却，超声波振子103继续振动合金；
[0059]步骤700:待合金凝固前，停止振动，使超声波振子103离开浇口 202f或冒口202g；
[0060]步骤800:将型腔中的铸件取出，得到铸件。
[0061]下面以铸造稀土镁合金为例，具体介绍一下采用本发明实施例提供的系统铸造铸件的方法:
[0062]装配:
[0063]将支架101固定于地面上，旋转移动连接柄104，确定超声波振子103的位置，使超声波振子103不干涉其他装置的放置；
[0064]将加热装置3的支座301固定于地面上，在支撑杆302上调节两个套筒303的高度，从而调整两个加热器304的空间位置，使得两个加热器304张开能够对准夹持装置202和底座203之间的模具2的外壁；
[0065]在模具2的两个模具块201的接触面201a上喷涂脱模剂，将两个模具块201合拢，将模具2的下端插入到底座203中，使模具2的下端与底座203的内表面紧密贴合，将扣环从模具2的上端向下套住模具2，在底座203和扣环的共同作用下使两个模具块201能够紧密结合；
[0066]调整超声波装置1、加热装置3和模具2的位置，使超声波振子103可以插入到模具2的浇口 202f内，并且使加热装置3的两个加热器304在合拢时可以环绕在模具2的外壁上，调整完成后固定各装置的位置；
[0067]预热:
[0068]合拢两个加热器304，将模具2环绕其中，旋转移动连接柄104，使超声波振子103位于模具2的浇口 202f的上方，再向下移动连接柄104，使超声波振子5插入浇口 202f内，打开加热装置3开始加热，对模具2和超声波振子103进行加温预热，同时在模具2的浇口202f和冒口 202g上分别通入混合制冷剂YH134a和氮气，当温度达到660°C时进行保温，等待浇注。预热可以使高温超声波装置能够达到400-700°C的工作温度。
[0069]浇注:
[0070]向上移动连接柄104，使超声波振子103脱离浇口 202f，并移动至浇口 202f的上方，使超声波振子103不影响浇注；
[0071]用取液勺将熔炼好的液态稀土镁合金倒入模具2的浇口 202f中，稀土镁合金通过流道20Ie充填于型腔内，并通过流道20Ie从冒口 202g冒出，浇注后的稀土镁合金熔体液面处于浇口 202f的2/3高度处，此时加热装置3仍对模具2保温，气体注入装置持续向浇口 202f和冒口 202g中通入混合制冷剂YHl34a和氮气进行保护。
[0072]超声波振动:
[0073]向下移动连接柄104，使超声波振103插入浇口 202f内的稀土镁合金熔体内，插入深度等于液面高度的2/3，启动超声波装置1，使超声波振子103在稀土镁合金熔体里进行振动，且振动频率为19.7kHz，此时继续对模具3保温并通入混合制冷剂YH134a和氮气进行保护。
[0074]冷却:
[0075]超声波振动5分钟后，关闭加热装置3，张开两个加热器304，使模具2脱离加热装置3处于完全暴露的状态，同时对模具2进行冷却，冷却的方式有多种，比如将模具2置于温度较低的环境中，或者在模具2的外壁上浇冷却水，在本实施例中，通过在模具2上设置冷却水道202h，并在冷却水道202h中通入冷却水实现冷却的目的(冷却能够实现合金细化晶粒的目的)，此时向模具2中继续通入混合制冷剂YH134a和氮气进行保护；
[0076]当模具2的温度冷却至550°C时，停止超声波振动，向上移动连接柄104，使超声波振子103脱离浇口 202f，再旋转调节连接柄104，使超声波装置I完全离开模具2，模具2继续冷却，此时继续向模具2中通入混合制冷剂YH134a和氮气进行保护。在合金冷却前持续振动能够增加合金的形核率，实现晶粒细化的目的。
[0077]开模:
[0078]当模具2的温度冷却至250°C以下时，停止混合制冷剂YH134a和氮气的保护，将扣环和底座203从模具2上分离，分开两个模具块201，取出稀土镁合金铸件，去除留在铸件上凝固的废料后，获得成型的稀土镁合金铸造产品。
[0079]本发明提供的加工方法，能够在封闭式模具内实现超声波振动，通过振动浇口处熔融状态的合金，实现混匀的作用，同时通过设置加热装置能够为模具提前预热，防止熔融状态的合金在倒入冷的模具中会提前冷却凝固，且该加热装置也能够在合金超声过程中对模具进行保温，控制熔融状态的合金位于模具内的温度，这样就能够控制合金的冷却时间且持续为模具加热，在合金凝固前仍能够得到超声波振动，增加了合金的形核率，实现晶粒细化的目的，保证了制备出铸件具有良好的力学性能，拓宽了铸件的应用范围。
[0080]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于铸造合金的系统，所述系统包括超声波装置、模具和加热装置，其特征在于，所述超声波装置包括:支架、超声波发生器和超声波振子，所述超声波发生器安装在所述支架上，所述超声波振子的一端与所述超声波发生器连接；所述模具的顶面上设有浇口和冒口，所述模具的内部设有型腔和流道，所述型腔通过所述流道分别与所述浇口和所述冒口连通，所述超声波振子的另一端位于所述浇口或所述冒口内，所述加热装置布置在所述模具的外壁上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模具包括两个模具块，所述系统还包括用于夹持所述两个模具块的夹持装置，两个所述模具块上分别设置有接触面，两个所述模具块的接触面上均开设有半个浇口和半个冒口，且所述半个浇口和所述半个冒口均由所述接触面延伸至所述模具块的顶面，两个所述接触面上还分别开设有与铸件的外轮廓相配合的半个型腔，两个所述模具块的接触面相对布置并通过所述夹持装置将两个所述模具块合拢，两个所述半个浇口对齐形成所述浇口，两个所述半个冒口对齐形成所述冒口，两个所述半个型腔对齐形成所述型腔。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，每个所述模具块上均设置有冷却水道。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述型腔为至少两个，所述流道将至少两个所述型腔连通。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，两个所述模具块的中部均为半圆柱型，两个所述模具块的顶部均为半圆锥台型，所述夹持装置包括扣环，所述扣环的内径与两个所述模具块的外径相配合。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述模具还包括底座，两个所述模具块的底部均为半圆锥台型，所述底座上设置有圆环型的凸起，所述凸起的内径与两个所述模具块的底部的外径相配合。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声波装置还包括连接柄，所述连接柄的一端与所述超声波发生器连接，所述连接柄的另一端设置有转筒，所述支架上设置有与所述转筒相配合的转轴，所述连接柄通过所述转筒可转动安装在所述支架的转轴上，所述转筒下方的所述支架上套设有第一限位块。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热装置包括:支座、设置于所述支座上的支撑杆、分别套设在所述支撑杆上的两个套筒、安装在两个所述套筒上的加热器，两个所述加热器通过旋转套筒合拢后环绕所述模具的外壁布置。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括气体注入装置，所述气体注入装置的注入口分别布置在所述浇口和所述冒口的上方。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的系统加工铸件的方法，其特征在于，所述方法包括: 在所述模具内部喷涂脱模剂； 通过所述加热装置预热所述模具； 将所述超声波振子伸入所述浇口或所述冒口内预热； 将合金由所述浇口倒入所述模具内，所述合金由所述浇口流经所述型腔由所述冒口冒出； 通过所述超声波振子振动所述合金； 待所述合金混匀后，拆掉所述加热装置，对所述模具进行冷却，所述超声波振子继续振动所述合金； 待所述合金凝固前，停止振动，使所述超声波振子离开所述浇口或冒口 ； 将所述型腔中的铸件取出，得到所述铸件。
【文档编号】B22D27/04GK104439202SQ201410704596
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】李尧, 杨俊杰, 左治江, 余五新, 薛平 申请人:江汉大学