一种真空悬浮铸造设备及工艺的制作方法

1.本发明涉及铸造技术领域，特别是涉及一种真空悬浮铸造设备及工艺。


背景技术：

2.使用现有铸造工艺生产铝合金车轮过程中，铸件气孔平均报废率居高不下；且在生产过程中铝液在型腔内充型不平稳，易发生卷气现象，从而造成氧化夹渣和铝液飞溅。
3.为解决上述问题设计了一种真空铸造工艺，通过真空泵将铸型抽真空，使型腔内为负压，金属液在型腔内充型平稳，不发生卷气现象，减少了氧化夹渣和铝液飞溅，又在真空条件下实现金属液的凝固，凝固过程析出的气体易上浮外逸，铸件中不易形成气孔，可有效减少铸件气孔缺陷；同时充型时型腔反压小，因而充型能力强，对轮辋也能起到更好的补缩作用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种真空悬浮铸造设备及工艺，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种真空悬浮铸造设备，包括保温炉；所述保温炉的加压室内设置有铝液；所述保温炉还连接有悬浮铸造组件；
6.负压室；所述负压室内设置有铸造模具，所述负压室置于所述底台板上；所述负压室设置于所述保温炉上方；所述铸造模具通过吸铸通道与所述加压室连通；所述负压室还连接有真空调节组件和调压组件；
7.所述铸造模具包括有底模，上模和三边模；所述边模与所述底模和上模的接触面开设有v型排气槽；所述底模，上模和三边模合模后形成有型腔。
8.所述保温炉顶部盖设有保温炉盖，所述保温炉盖中心开设有用于安装所述吸铸通道的通槽；所述加压室内所述铝液为熔融状态；
9.所述悬浮铸造组件包括加压泵和加压电磁阀；所述加压泵和加压电磁阀分别通过加压管道与所述加压室连通。
10.所述吸铸通道包括升液管和吸液管；所述升液管一端插入所述铝液内且贴近所述加压室底部设置；所述升液管另一端贯穿所述通槽与所述吸液管一端连通；所述吸液管贯穿底台板伸入所述型腔；所述升液管与吸液管连通处还设置有加固支撑件；所述加固支撑件两端分别与所述通槽和底台板抵接。
11.所述铸造模具还包括边模密封盖和上模密封盖；所述边模密封盖设置有三个，且分别与三所述边模侧壁形成有第二空间；每一所述边模密封盖两端分别与上模和底模通过耐高温密封圈密封连接；
12.所述上模密封盖设置于所述上模上方，且形成有第一空间；所述上模密封盖与所述上模通过所述耐高温密封圈密封连接；所述第二空间和第一空间均与所述负压室连通。
13.所述v型排气槽包括第一吸引槽，第二吸引槽和第三吸引槽；所述型腔通过中心顶
杆上开设的所述第一吸引槽与所述第一空间连通；
14.所述第二吸引槽形成于所述边模与底模的装配面上；所述第三吸引槽形成于所述边模与上模的装配面上；所述第二吸引槽和第三吸引槽均开设于所述边模上，且沿中心呈放射状分布；所述型腔通过第二吸引槽和第三吸引槽与所述第二空间连通。
15.所述真空调节组件包括真空泵和节流阀；所述真空泵通过负压管道与所述负压室连通，所述节流阀安装于所述真空泵输出端。
16.调压组件包括负压电磁阀，所述负压电磁阀与所述真空调节组件并联，且通过负压管道与所述负压室连通。
17.一种真空悬浮铸造工艺，包括以下步骤：
18.升液；调节标准大气压为0，将铸造模具合模，负压电磁阀关闭，加压电磁阀打开，启动真空泵，通过控制节流阀的开度使负压室内压力降低，升液管、吸液管、型腔内气体沿第一吸引槽、第二吸引槽和第三吸引槽通过第一空间和第二空间被抽出，此时保温炉压力为0，保温炉内铝液在负压作用下，通过升液管和吸液管到达底模最高点；
19.充型；通过调节节流阀开度，使负压室内压力变化，铝液在负压作用下充型直至铝液充满型腔；
20.加压；加压电磁阀关闭，负压室负压保持不变，加压室通过加压泵加压直至到保压压力；
21.保压；加压室保持保压压力不变，待内耳缘外表面凝固，真空泵关闭，负压电磁阀打开；
22.泄压；保压结束后，加压泵关闭，加压电磁阀打开，泄压至悬浮压力后开模取件后合模。
23.所述保压压力持续至型腔内铝液完全凝固之后；内耳缘外边表面凝固后关闭真空泵，打开负压电磁阀调节至标准大气压。
24.本发明公开了以下技术效果：本发明通过设计真空铸造工艺将型腔抽真空，使型腔内为负压，金属液在型腔内充型平稳，不发生卷气现象，减少了氧化夹渣和铝液飞溅，又在真空条件下实现金属液的凝固，凝固过程析出的气体易上浮外逸，铸件中不易形成气孔，可有效减少铸件气孔缺陷；同时充型时型腔反压小，因而充型能力强，对轮辋也能起到更好的补缩作用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为整体结构示意图；
27.图2为整体结构俯视图；
28.图3为v型排气槽剖视图；
29.图4为真空铸造加压工艺图；
30.其中，1.保温炉；2.铝液；3.升液管；4.保温炉盖；5.吸液管；6.底台板；7.底模；8.
边模密封盖；9.边模；10.上模；11.上模密封盖；12.密封罩；13.型腔；14.中心顶杆；15.第一吸引槽；16.第二吸引槽；17.耐高温密封圈；18.第三吸引槽；19.负压室；20.加压室；21.加压泵；22.加压电磁阀；23.负压电磁阀；24.真空泵；25.节流阀；100.第一空间；200.第二空间。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.本发明提供一种真空悬浮铸造设备，包括
34.保温炉1；保温炉1的加压室20内设置有铝液2；保温炉1还连接有悬浮铸造组件；
35.负压室19；负压室19内设置有铸造模具，负压室19置于底台板6上；负压室19设置于保温炉1上方；铸造模具通过吸铸通道与加压室20连通；负压室19还连接有真空调节组件和调压组件；
36.铸造模具包括有底模7，上模10和三边模9；边模9与底模7和上模10的接触面开设有v型排气槽；底模7，上模10和三边模9合模后形成有型腔13。
37.保温炉1顶部盖设有保温炉盖4，保温炉盖4中心开设有用于安装吸铸通道的通槽；加压室20内铝液2为熔融状态；
38.悬浮铸造组件包括加压泵21和加压电磁阀22；加压泵21和加压电磁阀22分别通过加压管道与加压室20连通。
39.吸铸通道包括升液管3和吸液管5；升液管3一端插入铝液2内且贴近加压室20底部设置；升液管3另一端贯穿通槽与吸液管5一端连通；吸液管5贯穿底台板6伸入型腔13；升液管3与吸液管5连通处还设置有加固支撑件；加固支撑件两端分别与通槽和底台板6抵接。
40.铸造模具还包括边模密封盖8和上模密封盖11；边模密封盖8设置有三个，且分别与三边模9侧壁形成有第二空间200；每一边模密封盖8两端分别与上模10和底模7通过耐高温密封圈17密封连接；
41.上模密封盖11设置于上模10上方，且形成有第一空间100；上模密封盖11与上模10通过耐高温密封圈17密封连接；第二空间200和第一空间100均与负压室19连通。
42.v型排气槽包括第一吸引槽15，第二吸引槽16和第三吸引槽18；型腔13通过中心顶杆14上开设的第一吸引槽15与第一空间100连通；
43.第二吸引槽16形成于边模9与底模7的装配面上；第三吸引槽18形成于边模9与上模10的装配面上；第二吸引槽16和第三吸引槽18均开设于边模9上，且沿中心呈放射状分布；型腔13通过第二吸引槽16和第三吸引槽18与第二空间200连通。
44.真空调节组件包括真空泵24和节流阀25；真空泵24通过负压管道与负压室19连通，节流阀25安装于真空泵24输出端。
45.调压组件包括负压电磁阀23，负压电磁阀23与真空调节组件并联，且通过负压管
道与负压室19连通。
46.在本发明的一个实施例中，如图3，v型排气槽的径向槽深h为0.6-1mm；开口角为60
°‑
90
°
。
47.在本发明的一个实施例中，在加压管道和负压管道上均还安装有压力传感器；分别用于判断加压室20和负压室19内的压力状况。
48.在本发明的一个实施例中，如图4，一种真空悬浮铸造工艺包括以下阶段，在首件生产时：
49.1)0-1升液阶段：规定标准大气压为0，铸造模具合模，负压电磁阀23关闭，加压电磁阀22处于打开状态，启动真空泵24，通过控制节流阀25的开度使负压室19内压力沿0-1降低，升液管3、吸液管5、型腔13内气体沿第一吸引槽15、第二吸引槽16、第三吸引槽18通过低压空间100、第二空空间200、负压室19被抽出，此时保温炉1压力为0，保温炉1内铝液2在负压作用下，通过升液管3、吸液管4到达底模7最高点。
50.2)1-2充型阶段：通过调节节流阀25开度，使负压室19内压力沿1-2变化，铝液2在负压作用下充型，到t2时，铝液2充满型腔13。
51.3)b-c加压阶段：加压电磁阀22关闭，负压室19负压-p2’保持不变，加压室20通过加压泵21从0加压至p3，及时为轮毂提供足够的补缩压力。
52.4)c-d保压阶段：到达t4时，内轮缘外表面凝固，真空泵24关闭，负压电磁阀23打开，与大气相通，到达t5时，负压室19压力为0，加压室20保持加压压力p3至t6。
53.5)d-e泄压阶段：到达t6时，加压泵21关闭，加压电磁阀22打开，至t7时，泄压至p0(悬浮压力)，加压电磁阀22关闭，升液管3内铝液2回流，停留在高于保温炉1液面h的位置。
54.进一步的，在第二件生产中包括以下阶段：
55.6)0
’‑1’
升液阶段：模具合模，负压电磁阀；23关闭，启动真空泵24及加压泵21；(此阶段如果加压泵不打开，保温炉内压力会不断下降，无法保持为p0，且随保温炉压力不断降低直至形成真空(无气体进入保温炉)，铝液将无法完成充型。)
56.通过控制节流阀25的开度使负压室19内压力沿0
’‑1’
降低，此时保温炉1压力保持为p0，保温炉1内铝液2在负压作用下，通过升液管3、吸液管5到达底模最高点,此时负压室19压力-p1。
57.7)1
’‑2’
充型阶段：通过调节节流阀25开度，使负压室19内压力沿1
’‑2’
变化，铝液2在负压作用下充型，到t2时，铝液2充满型腔13，加压室压力保持为p0。
58.8)b
’‑
c加压阶段：负压室负压-p2保持不变，加压室通过加压泵从p0加压至p3，及时为轮毂提供足够的补缩压力。
59.9)c-d保压阶段：到达t4时，内轮缘外表面凝固，真空泵关闭，负压电磁阀打开，与大气相通，到达t5’时，负压室压力为0，加压室保持加压压力p3至t6。
60.10)d-e泄压阶段：到达t6时，加压泵21关闭，加压电磁阀22打开，至t7时，泄压至p0(悬浮压力)，加压电磁阀22关闭，升液管3内铝液2回流，停留在高于保温炉1液面h的位置。
61.11)正常脱模取件后开始下一个循环，末件生产至t6时，加压泵关闭，加压电磁阀泄压打开泄压至0。
62.进一步的如图，压力p1＝p1
’‑
p0，p2＝p2
’‑
p0，曲线0-1-2-3-4与0
’‑1’‑2’‑3’‑4’
斜率相同
63.p0悬浮压力：80-120mbar；p1’压力：180-240mbar；p2’压力：300-360mbar；p3压力：900-1200mbar
64.0-t1：7-10s；t1-t2：18-24s；t2-t3：10-16s；t3-t4：10-25s；t4-t5:10-20s；t3-t6:130-270s；t6-t7:35-45s。
65.在本发明的一个实施例中，本工艺采用真空吸铸，低压铸造和悬浮铸造结合的工艺形式；进一步的，升液、充型阶段使用真空吸铸工艺，通过模具配合处的真空通道抽真空，使保温炉内铝液产生负压把铝液吸引到铸造模具型腔；
66.采用此工艺是为了铝液充型平稳，减少紊流卷气、氧化皮、浇不足等缺陷；具有成品率高的优点，铸件质量好吸铸时，金属液充型平稳，氧化夹渣和飞溅少，减少了铸件的气孔和夹渣等缺陷，提高了成品率。此外，可以采用较低的浇注温度进行浇注，使铸件晶粒细化，力学性能提高。
67.具有良好的充型能力；吸铸时，铸型型腔内的反压小且充型速度可调，因而充型能力强，减少了因模具排气不畅导致的浇不足及冷隔缺陷。
68.铝液在负压之下，增加了铝液在充型过程中氢的析出，提高了铝液的密度，减少铸造针孔缺陷。悬浮工艺的使用避免了因泄压之后升液管管内的铝液回落引起保温炉炉底蓄渣翻腾造成夹渣缺陷增加的情况。
69.进一步的，升压、保压阶段采用传统低压铸造工艺，模具周边真空罩泄压，保温炉内开始加压，铝液在较高的压力下进行顺序凝固，采用传统低压工艺是为了更好地进行顺序补缩，使铸件组织致密，减少组织疏松，提高材料性能；
70.进一步，若是只采用真空吸铸这种成型方式，铸件轮辋部位的缩松的问题会很突出，因为材料利用提升导致的补缩梯度越来越小甚至倒梯度，轮辋缩松极易发生，这个阶段采用传统低压的工艺会很大程度上改善轮辋缩松的问题。
71.进一步的，泄压阶段采用悬浮工艺，传统低压铸造工艺是将保温炉内的压力泄除到0mbar然后开模、取件、合模进入下一个生产周期，然而悬浮工艺是将保温炉内的压力泄除到某一定值，这样升液管内的铝液不会全部回落到保温炉底部，避免了传统低压工艺下泄压铝液回落对保温炉底部蓄渣造成冲击造成下个产品夹渣缺陷的情况发生。
72.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
73.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。