专利名称：铸造成型局部加压补缩工艺及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属铸造成型的工艺方法，具体涉及一种铸造成型的局部加 压补縮工艺及控制装置。
技术背景铸造有色金属材料目前主要采用的是金属型铸造、低压铸造、压力铸造、挤 压铸造，这四种铸造工艺均采用了金属型模具作为成型手段。但对于铝、镁、锌 等热容量较小的有色金属材料，当熔融金属进入模具型腔后，铸件的薄壁处或远 离模具热节的部位迅速凝固，而接近模具热节处的金属熔融液则相对凝固较慢，这些区域对其周围的金属进行了液态后续补充，由于液态金属在冷却过程中会有 体积的收縮，因此縮孔、縮松缺陷在铸件中普遍存在，影响了铸件的质量。在现有的几种铸造工艺中，由低到高的总体评价依次为金属型铸造、低压铸 造、压力铸造、挤压铸造。金属型铸造和低压铸造主要依靠金属液体的自重成型， 对于壁厚差异较大的铸件，在制订铸造工艺方案时，主要以设置冒口的方法消除 铸造过程中的縮孔和縮松，但这种工艺方法在很大程度上降低了金属的利用率， 同时对于某些结构复杂的铸件在冒口设置上存在一定的困难，不能达到预期效 果。而压力铸造、挤压铸造工艺使金属熔融液在压力下快速凝固结晶，容易中断 液态金属的补縮通道，对于壁厚差异较大的铸件，由于铸件薄壁处最先凝固，承 载了铸造模具的大部分的加压压力，致使铸件厚大部位的组织自由凝固收縮形成 縮孔和縮松缺陷，与金属型铸造、低压铸造工艺相比，压力铸造和挤压铸造热节 处縮松、縮孔缺陷形成的几率更大。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，提供一种铸造成型局部加压补 縮工艺及控制装置，在现有铸造技术的基础上采用局部延时加压工艺方法，使铸 件热节处的周围尽量形成补縮通道，对进入铸造模具型腔内的接近模具热节处的 液态或半固态金属在完全凝固之前，局部施加较高的机械压力，然后凝固成型完 成整个铸造过程。本发明的目的通过以下技术方案实现 一种铸造成型局部加压补縮工艺及控 制装置，其特征在于该工艺包括①浇铸，将熔融金属注入模具型腔浇铸；②合 模，有压力或无压力状态下合模；③启动局部加压，在模具合模的同时启动局部 加压设备，所述局部加压设备由局部加压油缸和控制装置组成，局部加压设备对 模具型腔所施加的压力是局部的；④压力延时，局部加压设备启动后延时1-10 秒钟开始局部加压；⑤局部加压，开始向模具型腔施加1Mpa-120 Mpa压力；⑥ 保压，维持局部压力直至所述熔融金属凝固；⑦开模结束。所述步骤④压力延时时间的区间是在所述熔融金属处于熔融状态或半熔融 状态之内。所述步骤⑤局部加压的部位至少是一个。所述步骤⑤局部加压的部位是多个时，以同步控制局部加压或分别单独控制 局部加压。所述步骤⑤局部加压的部位选择设置在铸件的热节处。 所述步骤⑤的热节是铸件的厚大部位或模具冷却相对缓慢区域。所述步骤③控制装置由可编程继电器和局部加压油缸推进电磁阀、局部加压 油缸后退电磁阀组成，所述可编程继电器的输入控制信号为合模启动信号、局部 加压自动动作信号、加压油缸点动推进信号、加压油缸点动后退信号；可编程继 电器输出信号通过加压油缸推进开关、加压油缸后退开关输出，为总阀控制开关， 加压油缸推进开关、加压油缸后退开关控制局部加压油缸推进电磁阀、局部加压 油缸后退电磁阀推进或后退。与现有技术相比，本发明具有提高铸件热节处金属组织致密度和性能的特 点，从而克服了现有技术在铸件制造中厚大部位易产生縮孔和縮松缺陷的关键问 题，并可在铸件工艺设计中省略冒口设置，提高了金属材料的利用率。随着铸件 结构向复杂化、多样化、高性能要求方向发展，采用局部加压补縮技术，可消除 金属材料铸造中易产生的缩孔和縮松缺陷，提高铸件的产品质量，减少废品率， 提高了金属材料的利用率，有利于降低成本。
图1是本发明铸造成型局部加压补縮工艺的流程图； 图2是本发明铸造成型局部加压补縮工艺的控制装置电路图； 图3是铸造成型的局部加压补縮工艺的控制装置的工作逻辑图； 图4是挤压铸造上采用局部加压补縮工艺的示意图； 图5是金属型、低压铸造上采用局部加压补缩工艺的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例再作进一步详细描述。如图l、图4所示，①浇铸S11，将熔融金属注入模具型腔45浇铸；② 合模S12，有压力或无压力状态下合模；③ 启动局部加压S13，在模具合模的同时启动局部加压设备，该设备由局部 加压油缸44和控制装置组成，局部加压设备对模具型腔45所施加的压力是局部 的； 压力延时S14,局部加压设备启动后延时1-10秒钟开始局部加压；⑤ 局部加压S15,开始向模具型腔施加1Mpa-120 Mpa压力；⑥ 保压S16，维持局部压力直至所述熔融金属凝固；⑦ 开模S17结束。所述步骤④压力延时S14时间的区间是在所述熔融金属处于熔融或半固态 之内。所述步骤⑤局部加压部位至少是一个，局部加压部位是多个时，以同步控 制局部加压或分别单独控制局部加压。所述步骤⑤局部加压部位选择设置在铸件 的热节处，热节是铸件的厚大部位或模具冷却相对缓慢区域。当阳模42和阳模 外套41与阴模43有压力或无压力合模后，再向模具型腔45中的液态或半固态 金属液施加局部压力，所述局部加压一般由加压油缸44完成，压力维持到金属 凝固，然后分开阳模42与阴模43，整个铸造过程完成。局部施加压力的部位是 根据铸件的形状和模具的结构设置的，主要在铸件的相对厚大处和模具冷却相对 缓慢区域；为了保证施压的补縮效果需要在金属液浇铸后延时一定时间待金属液 处于半凝固时再实施。本发明对现有的金属型铸造、低压铸造、压力铸造、挤压铸造均适用。采用 了局部加压补縮工艺后其特点十分明显①可消除铸件内部的气孔、縮孔和疏松 等缺陷，同时也能使产品产生局部的塑性变形，还有明显的细化晶粒、加快凝固 速度和组织均匀化的作用。②液态金属在压力下成型和凝固，使铸件与型腔贴合 紧密，铸件有较光洁的表面和较高的尺寸精度，其级别可达到压铸件的水平。③ 局部加压补縮铸造的铸件在凝固过程中局部加压补縮铸造部位处于压力状态，有 利于铸件的补縮和防止铸造裂纹的产生。④局部加压补縮铸造是液压油缸附加在 金属模具上产生局部压力的，同时附加一套控制加压系统来实现的，对现有的工 艺无需大的改进。⑤局部加压铸造部位不需要设置冒口，具有铸造精度高、加工 量小，金属材料利用率高等特点。如图2所示，铸造成型局部加压补縮工艺的控制装置，由可编程继电器和局 部加压油缸推进电磁阀Ya、局部加压油缸后退电磁阀Yb组成，所述可编程继电 器的输入控制信号为合模启动信号I。局部加压自动动作信号12、加压油缸点动 推进信号13、加压油缸点动后退信号14;可编程继电器输出信号通过加压油缸推 进开关Qi、加压油缸后退开关Q2，以及总阀控制开关Q3，控制局部加压油缸推进 电磁阀Ya、局部加压油缸后退电磁阀Yb，实现加压油缸前进或后退动作。自动 工作时，L、 12信号同时接通，可编程继电器内部程序运行，延时一定时间后， 接通Qi,实现Ya电磁阀接通，局部加压油缸推进。保压一定时间后，Q,断开， 同时接通Q"实现Yb电磁阀接通，局部加压油缸后退。然后延时一定时间后， Q2断开，整个局部加压动作结束。在手动启动13推进或14后退时，Q,、 Q2分别单 独接通，实现Ya或Yb电磁阀的手动接通，使局部加压油缸推进或后退从而完成 手动局部加压动作。图3是铸造成型局部加压补縮工艺的控制装置的工作逻辑图；模块B1、 B7、 Bll和B15为逻辑与门，模块B3、 B13、 B20为逻辑或门,模块B2、 BIO、 B12、 B16和B18为逻辑非门，模块B4、 B9和B14为接通延时，模块B5、 B19、 B21为 断开延时，模块B6、 B8、 B17为带保持的接通延时，s为时间单位秒。局部加压时L、 12同时接通，模块B1、 B2、 B3、 B5、 B6、 B7使(^接通，Qi 接通使加压推进电磁阀工作，进行自动加压补縮。其中模块B6在L、 12同时接 通后延时2-10秒接通模块B5，实现了延时加压功能，模块B5延时2-50秒钟之 后断开，使Q:断开。实行了局部加压后保压2-50秒功能。模块B8、 B9、 B10实 现模块B6复位动作。当Qi接通时，模块Bll、 B12使得Q2不接通。当Q!断开时，模块Bll、 B12、 B13、 B15、 B16、 B17、 B18使得<32接通，Q2 接通使加压油缸后退，完成了自动加压补縮过程。模块B16、 B17使Q2接通4秒 钟后断开，加压油缸退回后电磁阀动作停止。QJ吏模块B17复位。点动推进信号13接通，模块B1、 B2、 B3、 B4使Qi接通，(^接通使加压油缸 推进，同时使模块B4触发脉冲信号，模块B4、 Bll、 B13、 B15、 B18、 B19使Q2 不接通。点动后退信号14接通，模块Bll、 B13、 B14使Q2接通，Q2接通使加压油缸 后退。实施例l12接通后，总阀Q3接通，延时(T\+T2)秒钟，总阀03断开；13点动推进、14 点动后退时，总阀Q3即时接通、即时断开。实施例2:如图4所示，是挤压铸造上采用局部加压补縮工艺的示意图，铸件为一典型 的轮型铸件，局部加压补縮在垂直方向上施加局部压力。液态金属直接浇铸Sll 到模具型腔45，模具有压力合模S12后，挤压铸造压机向阳模42和阳模外套41 加压，由于接触阴模43的金属液快速冷却，底部金属液凝固结壳，抵消了模具 对铸件的压力；由于轮缘上部的金属液最后凝固，因此局部加压S13补縮系统的 加压油缸44设计在阳模外套上部，当挤压铸造压机对模具加压的同时也启动局 部加压补縮系统，在此过程中延时2. 5秒钟S14后加压油缸44自动启动局部加 压S15，局部加压压力为40Mpa,保压S16待铸件凝固后加压油缸44后退，阳模 套41复位，开模S17从模具型腔45中取出铸件，整个铸造工艺过程完成。实施例3如图5所示，是金属型、低压铸造上采用局部加压补縮工艺方法的示意图， 局部加压补縮是在水平方向上施加局部压力。液态金属浇铸Sll进入模具型腔 51，上模54和下模52无压力合模S12。由于两侧是铸件的厚大部位，因此局部 加压补縮系统的加压油缸53设计在模具水平的两侧，在合模浇制的同时也启动 局部加压S13补縮系统，启动后延时2秒钟S14后加压油缸44自动启动局部加 压S15，局部加压压力为20Mpa，保压S16待铸件凝固后加压油缸44后退复位， 开模S17从模具型腔51中取出铸件，整个铸造工艺过程完成。本发明是在现有铸造技术的基础上采用局部延时加压工艺方法，对进入铸造 模具型腔内热节处的液态或半固态金属在完全凝固之前，局部施加较高的机械压 力，使金属成型并凝固。具有改善铸件热节处金属组织的结构和性能的特点，从 而克服了现有技术在铸件制造中厚大部位易产生缩孔和縮松缺陷的关键问题，并 可在铸件工艺设计中省略冒口设置，提高了金属材料的利用率。
权利要求
1、一种铸造成型局部加压补缩工艺及控制装置，其特征在于该工艺包括①浇铸(S11)，将熔融金属注入模具型腔(45)浇铸；②合模(S12)，有压力或无压力状态下合模；③启动局部加压(S13)，在模具合模的同时启动局部加压设备，所述局部加压设备由局部加压油缸(44)和控制装置组成，局部加压设备对模具型腔(45)所施加的压力是局部的；④压力延时(S14)，局部加压设备启动后延时1-10秒钟开始局部加压；⑤局部加压(S15)，开始向模具型腔施加1Mpa-120Mpa压力；⑥保压(S16)，维持局部压力直至所述熔融金属凝固；⑦开模(S17)结束。
2、 根据权利要求1所述的铸造成型局部加压补縮工艺及控制装置，其特征 在于所述步骤④压力延时(S14)时间的区间是在所述熔融金属处于熔融状态或 半熔融状态之内。
3、 根据权利要求1所述的铸造成型局部加压补縮工艺及控制装置，其特征 在于所述步骤⑤局部加压的部位至少是一个。
4、 根据权利要求1或3所述的铸造成型局部加压补縮工艺及控制装置，其 特征在于所述步骤⑤局部加压的部位是多个时，以同步控制局部加压或分别单独 控制局部加压。
5、 根据权利要求1所述的铸造成型局部加压补縮工艺及控制装置，其特征 在于所述步骤⑤局部加压的部位选择设置在铸件的热节处。
6、 根据权利要求5所述的铸造成型局部加压补縮工艺及控制装置，其特征 在于所述步骤⑤的热节是铸件的厚大部位或模具冷却相对缓慢区域。
7、 根据权利要求1所述的铸造成型局部加压补縮工艺及控制装置，其特征 在于所述步骤③控制装置由可编程继电器和局部加压油缸推进电磁阀(Ya)、局 部加压油缸后退电磁阀(Yb)组成，所述可编程继电器的输入控制信号为合模启动 信号(L)、局部加压自动动作信号(12)、加压油缸点动推进信号(13)、加压油缸 点动后退信号(I》；可编程继电器输出信号通过加压油缸推进开关(QO、加压油 缸后退开关(Q2)输出，(Q3)为总阀控制开关，加压油缸推进开关(QJ、加压 油缸后退开关(Q2)控制局部加压油缸(44)推进电磁阀(Ya)、局部加压油缸(44)后退电磁阀(Yb)推进或后退。
全文摘要
本发明涉及一种铸造成型局部加压补缩工艺及控制装置，工艺包括以下步骤①浇铸，将熔融金属注入模具型腔浇铸；②合模；③启动局部加压，在模具合模的同时启动含加压油缸和控制装置的局部加压设备，对模具型腔所施加的压力是局部的；④压力延时，局部加压设备启动后延时1-10秒钟开始局部加压；⑤局部加压，开始向模具型腔施加1MPa-120MPa压力；⑥保压，维持局部压力直至所述熔融金属凝固；⑦开模结束。控制装置由可编程继电器和局部加压油缸推进电磁阀、局部加压后退电磁阀组成。采用局部加压补缩技术，可消除金属材料铸造中易产生的缩松和缩孔缺陷，提高铸件的产品质量，减少废品率，提高了金属材料的利用率，有利于降低成本。
文档编号B22D18/02GK101229580SQ20071030087
公开日2008年7月30日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者吴岳壹, 吴树甲, 朱秀荣, 王进华, 费良军, 邢志媛, 敏 陈 申请人:中国兵器工业第五二研究所