CN104801688B - 一种模拟离心铸造的多环薄壁模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，包括底盘，浇口杯，浇道以及铸造模，底盘呈圆形平板状，浇口杯设置在底盘圆心处；铸造模固定在底盘上，呈环形柱状，该铸造模的环圆心与底盘圆心重合；浇道固定在底盘上，用于连通浇口杯和铸造模的腔室；浇道的高度小于铸造模的高度。工作时，离心力使经浇口杯进入的流体通过浇道到达腔室，并进一步自外而内、自下而上充入腔室，以进行金属液体充型过程模拟。本发明装置能模拟流体三维形态的流动过程，能获取合理的模拟试验数据。

Description

一种模拟离心铸造的多环薄壁模具

技术领域

本发明属于离心铸造领域，更具体地，涉及一种用于模拟实验的多环薄壁的离心铸造模具。

背景技术

离心铸造能使液态金属中气体和熔渣在离心力作用下自外向内移动而排出，使得铸件极少存在缩孔、缩松、夹渣和气孔等缺陷，其广泛应用于生产套筒类、薄壁类等环形铸件。

在离心铸造过程中各种工艺参数的变化、液态金属充型过程自由表面的剧烈变化，都影响着铸件的成形质量。为了获知离心铸造过程中各种工艺参数的变化、液态金属充型过程自由表面的剧烈变化等，可以采用真实实验进行相关研究，或者采用数值模拟方法进行研究。其中，物理模拟研究液态金属充型过程是一种研究离心铸造较有效的方法，其中最常用的是物理水模拟实验。

离心铸造模具是影响物理模拟实验研究的关键，模具结构除了针对特定问题而设计，还需要保证有利于实验的成功进行以及合理数据的获取。公开号为CN 202024943 U的中国实用新型专利公开了一种物理模拟立式离心力场下液态金属流动装置，其为一种物理水模拟离心铸造的实验装置。然而，为简化模拟，其模具局限于小型平面结构的模具设计，该小型平面结构的模具适宜研究液体二维平面自由面，但实际金属液体充型过程是复杂的三维流动形态。因此，该小型平面结构的模具不适用，相应也不能获取合理有用的数据。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模拟试验用的离心铸造模具，其通过在圆形底板上设置浇口杯、十字形浇道、具有一定高度的环形模腔室，相应实现了模拟试验时，流体能从浇口杯经十字形浇道进入环形模腔室，并在离心力作用下，进行三维流动而填充环形模腔室，该模具能用于研究金属液体充型过程中复杂的三维流动。

为实现上述目的，本发明提供了一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，其特征在于，包括底盘，浇口杯，浇道以及铸造模，其中

所述底盘呈圆形平板状，所述浇口杯设置在底盘圆心处；

所述铸造模固定在所述底盘上，呈环形柱状，其包括内壁面、外壁面以及顶壁面，所述内壁面、外壁面、顶壁面以及底盘包围形成环形柱状的腔室，该铸造模的环圆心与底盘圆心重合，其顶壁面上具有用于排气的开孔；

所述浇道固定在底盘上，用于连通所述浇口杯和所述铸造模的腔室，

所述浇道的高度小于所述铸造模的高度，工作时，离心力使经浇口杯进入的流体通过浇道到达铸造模的腔室，并进一步自外而内、自下而上填充铸造模的腔室，以进行金属液体充型过程模拟。

通过以上发明构思，设置浇道和铸造模，能在离心力相对较小时，保留普通物理模拟离心铸造模具的平面结构功能，即在离心力相对较小时，用于研究液体二位平面自由面；在离心力相对较大时，使流体自外而内、自下而上充入腔室，而进行流体三维形态流动过程的模拟。铸造模高度大于浇道高度的技术特征保证了流体能自下而上充入腔室，相应实现了流体三维形态流动过程的模拟。

进一步的，所述铸造模的高度为所述浇道高度的2～5倍。研究表明，铸造模的高度为所述浇道高度的2～5倍时，适宜模拟套筒类、薄壁类等环形铸件的离心铸造过程，相应获得的模拟试验的参数能最为有利的指导实际生产。

进一步的，所述铸造模数量为多个，多个所述铸造模具有相同的环圆心。通常的，铸造模的数量优选为两个，但是还可以是根据试验设置的三个，或者其他任意个。

进一步的，所述浇道呈十字形，所述浇口杯位于十字形浇道的交叉点上。通过以上发明构思，从浇口杯中进入流体能较为均匀的从十字形浇道的四个通道进入铸造模内。

进一步的，在环外径最大的铸造模的外壁面上设置有排水通道，所述排水通道的底面呈坡口向下式布置，用于模拟试验结束后排净流体。

进一步的，所述铸造模的顶壁上沿环圆心对称布置有多个排气孔，用于排出气体，所述排气孔靠近铸造模的内壁面，用于防止流体溢出。

进一步的，所述环外径最大的铸造模的外壁面与底盘相交处设置有环形肋或者加强筋，用于保证铸造模和底盘间的牢固连接。

进一步的，所述模具的材料为有机玻璃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明模具保持了普通物理模拟离心铸造模具平面结构功能，又能模拟真实流体三维形态流动过程；

(2)铸造模的高度为所述浇道高度的2～5倍，适宜模拟套筒类、薄壁类等环形铸件的离心铸造过程，相应获得的模拟试验的参数贴合实际，对实际生产具有指导意义。

附图说明

图1是本发明实施例中模具的俯视图；

图2是本发明实施例中模具的正视图；

图3是本发明实施例中模具的斜视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1.底盘，2.螺栓孔，3.环形肋，4.外铸造模，5.排气孔，6.内铸造模，7.浇口杯，8.浇道，9.排水通道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明一个优选实施例中模具的俯视图，图2是该模具的正视图，图3是该模具的斜视图。由图可知，其包括底盘1，浇口杯7，浇道8以及铸造模。底盘1呈圆形平板状，浇口杯设置在底盘圆心处，浇口杯用于加入模拟试验所需要的流体，通常将其设置为漏斗形，方便使用。铸造模固定在所述底盘上，呈环形柱状，其包括内壁面、外壁面以及顶壁面，该铸造模的环圆心与底盘圆心重合，其顶壁面上具有用于排气的开孔。本实施例中，铸造模数量为两个，即环外径比较大的外铸造模和环内径相对较小的内铸造模。所述浇道8固定在底盘上，用于连通所述浇口杯和铸造模的腔室，所述铸造模的腔室是由所述内壁面、外壁面、顶壁面以及底盘包围而成的环形柱状空间。

所述浇道8的高度小于所述铸造模的高度。当铸造模的高度为所述浇道高度的2～5倍，尤其适宜模拟套筒类、薄壁类等环形铸件的离心铸造过程，相应获得的模拟试验的参数能最为有利的指导实际生产。本实施例中，铸造模的高度为所述浇道高度的3倍。所述浇道8呈十字形，所述浇口杯位于十字形浇道的交叉点上，从浇口杯7中进入流体能较为均匀的从十字形浇道的四个通道进入铸造模内。

在外铸造模的外壁面上设置有排水通道9，所述排水通道的底面呈坡口向下式布置，用于模拟试验结束后排净流体。排水通道口径较大，便于物理模拟不局限于水模拟，也可模拟其它大粘度流体和颗粒夹杂流，且水阀安装位置呈一定角度坡口向下，便于排水完全，也便于清洗模具时候污水排净。

外铸造模4和内铸造模6的顶壁上沿环圆心对称布置有多个排气孔，用于排出气体，所述排气孔靠近铸造模的内壁面。在离心力作用下，在液体未充满模具之前，液体可能就达到铸造模的上表面而造成液体溢出。排气孔靠近铸造模的内壁面则能避免该问题，防止流体溢出。本实施例中，排气孔具有四个，四个所述排气孔位于同一个圆上，相互间隔90°。

外铸造模的外壁面与底盘相交处设置有譬如环形肋3，用于保证铸造模和底盘间的牢固连接。还可以设置加强筋以使铸造模和底盘牢固连接。采用环形肋加固与加强筋相比，应力集中减弱，效果更好。

本发明中的模具的材料为有机玻璃。其易于加工制造，成本低，且透明，方便观察模拟过程。

在底盘的边缘上具有譬如六个螺栓孔2，用于将整个模具安装在离心设备上进行试验。

本发明的复模具工作过程如下：首先，离心铸造模具通过六个螺栓孔2将底盘1与离心铸造机平台固定连接，并随之转动，待模具旋转稳定，将流体平稳浇入漏斗形的浇口杯7；其次，液体进入离心铸造模具后先冲击模具型壁，随后在离心力的作用下在模具中以三维形态流动，液体流动路径是由模具中心内部向外部，依次经过十字形浇道8、内铸造模6及外铸造模4。在离心力的作用下，大部分液体会先快速充填外铸造模4，同时，模具内气体在液体作用下一部分通过漏斗形浇口杯7逸出，一部分通过排气孔5排出，气体的充分排除可以防止模具未充满的情况；最后，液体通过较大口径排水通道9快速流出模具，且排水通道9安装位置呈一定角度坡口向下，有利于最后少量液体完全排尽。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，其特征在于，包括底盘，浇口杯，浇道以及铸造模，其中,

所述底盘呈圆形平板状，所述浇口杯设置在底盘圆心处,

所述铸造模固定在所述底盘上，呈环形柱状，其包括内壁面、外壁面以及顶壁面，所述内壁面、外壁面、顶壁面以及底盘包围形成环形柱状的腔室，该铸造模的环圆心与底盘圆心重合，其顶壁面上具有用于排气的开孔,

在环外径最大的铸造模的外壁面上设置有排水通道，所述排水通道的底面呈坡口向下式布置，用于模拟试验结束后排净流体,

所述环外径最大的铸造模的外壁面与底盘相交处设置有环形肋或者加强筋，用于保证铸造模和底盘间的牢固连接,

所述浇道固定在底盘上，用于连通所述浇口杯和所述铸造模的腔室，

所述浇道的高度小于所述铸造模的高度，工作时，离心力使经浇口杯进入的流体通过浇道到达铸造模的腔室，并进一步自外而内、自下而上填充铸造模的腔室，以进行金属液体充型过程模拟，

所述铸造模的高度为所述浇道高度的2～5倍，

所述模具的材料为有机玻璃。

2.如权利要求1所述的一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，其特征在于，所述铸造模数量为多个，多个所述铸造模具有相同的环圆心。

3.如权利要求2所述的一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，其特征在于，所述浇道呈十字形，所述浇口杯位于十字形浇道的交叉点上。

4.如权利要求3所述的一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，其特征在于，所述铸造模的顶壁上沿环圆心对称布置有多个排气孔，用于及时排出气体，所述排气孔靠近铸造模的内壁面，用于防止流体溢出。