CN112743065A - 一种用于翻转定向冷却铸造成型装置的模具系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于翻转定向冷却铸造成型装置的模具系统，包括：翻转箱体、砂型、第一激冷模具和第二激冷模具；翻转箱体用于安放砂型、第一激冷模具和第二激冷模具；砂型内部有多个型腔，底部型腔与第一激冷模具和第二激冷模具相接触，砂型与第一激冷模具和第二激冷模具组合限定出待成形的铸件型腔；底部型腔与第一激冷模具和第二激冷模具在重力方向上投影面积的关系为：第二激冷模具的投影面积＞底部型腔的投影面积＞第一激冷模具的投影面积。确保了在铸造过程中撤去激冷模具时铸件的留模倾向，避免了铸件随激冷模具一并撤离从而使工艺失效的情况，便于后续对于铸件壳层喷水冷却发挥作用。

Description

一种用于翻转定向冷却铸造成型装置的模具系统

技术领域

本发明涉及一种模具系统，具体地，涉及一种用于翻转定向冷却铸造成型装置的模具系统。

背景技术

铸造是将金属熔体浇到铸型里，经冷却凝固后得到铸件的工艺过程。影响铸件性能的因素主要有两个：一是充型过程中金属液的流动状态；二是金属液在凝固时的温度场分布。若金属液充型过程中流动不平稳，则金属液容易与空气混合并发生反应，在铸件中造成气孔、夹渣等缺陷；在凝固过程中，由于金属液凝固时会产生收缩，如果能够建立合理的温度场，充分发挥高温金属液对低温金属液的补缩作用，则能有效改善铸件的质量。

专利“一种翻转定向冷却的铸造成型系统”(CN 201921103038.6)中与专利“一种利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法”(CN 201910635789.0)中介绍了一种翻转定向冷却铸造成形的方法与装置。该方法采用：①低压充型确保金属液以层流的方式充满铸型；②充型完成后将铸型翻转180°，改为重力凝固；③采用砂型+金属型构成组合模具，当金属液与激冷模具接触后不久，会率先凝固形成壳层，这时撤去激冷模具部分，采用冷却流体冲击在撤去激冷模具后的铸件表面上，使铸件沿冷却流体的作用方向快速冷却。这种工艺既确保了金属液平稳充型；又在一定程度上改善了铸件的凝固温度场；同时通过工艺的喷水快冷作用，可以细化材料的二次枝晶臂结构，从而获得更好地性能。

上海交通大学彭立明等人设计的装置“一种翻转定向冷却的铸造成型系统”(CN201921103038.6)是目前唯一在工业上能够实现上述工艺的设备。但该装置在使用过程中还存在如下问题：①由于受到高温金属液的热作用，用于铸件成形的砂型强度已大幅度降低，同时由于受到金属液自身重力、金属壳层与激冷模具粘连等作用，在撤离激冷模具时，无法确保铸件始终保留在砂型中(铸件可能挣脱砂型芯束缚，随激冷模具一起撤离)，从而导致后续喷水冷却无法发挥作用。②在翻转之后，尽管金属液在充型中造成的温度降能够在铸型中建立起初期顺序凝固温度梯度，但由于铸件本身形状复杂，壁厚不均的特点，铸件各点的凝固速度不一致，随凝固过程的进行，初期形成的温度场会遭到干扰和破坏，使得部分补缩通道率先凝固，形成孤立液相区，从而在铸件局部造成收缩缺陷。③为了确保翻转时在砂型浇注口处不漏液，需要将砂型的浇注口中心保持在翻转箱体的翻转轴线上，而砂型又安放在翻转箱体上层平台处，这就意味着砂型的浇口所在轴线到砂型底部的距离必须保持不变，这样一来该工艺就无法适应不同大小的铸件。

有鉴于此，我们提出一种用于翻转定向冷却铸造成型装置的模具系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于翻转定向冷却铸造成型装置的模具系统。

根据本发明提供的一种用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，包括：翻转箱体、砂型、第一激冷模具和第二激冷模具；

—所述翻转箱体用于安放砂型、第一激冷模具和第二激冷模具；

—所述砂型内部有多个型腔，底部型腔与所述第一激冷模具和所述第二激冷模具相接触并与所述第一激冷模具和所述第二激冷模具组合限定出待成形的铸件型腔；

—所述底部型腔(砂型第三型腔)与所述第一激冷模具和所述第二激冷模具在重力方向上投影面积的关系为：所述第二激冷模具的投影面积＞所述底部型腔的投影面积＞所述第一激冷模具的投影面积；所述第二激冷模具中心开设有限位孔，所述限位孔大小正好容纳所述第一激冷模具与之配合。

优选地，所述砂型纵向方向上包括：浇注系统、第一型腔、第二型腔和第三型腔(即砂型底部型腔)；

—所述浇注系统位于所述砂型内部上端并与侧壁相连，所述浇注系统与所述第一型腔、所述第二型腔和所述第三型腔依次相连，所述第三型腔位于所述砂型底部并与所述第一激冷模具和所述第二激冷模具相接触。

优选地，所述第一激冷模具和所述第二激冷模具与高温金属液的换热能力强于所述砂型与高温金属液的换热能力。

优选地，所述翻转箱体中间设有上层平台，所述翻转箱体底部设有下层平台；

—所述上层平台开设有一通孔，所述通孔可容纳所述第一激冷模具进出，所述下层平台设有一可往复运动的推杆，所述第一激冷模具安装在所述推杆前端；

—所述翻转箱体侧壁上开设有金属液输送管道出入口，所述上层平台上方，所述翻转箱体侧壁上开设有喷水机构出入口，位于所述上层平台与所述下层平台之间；

优选地，所述第一型腔、所述第二型腔和所述第三型腔在几何上的蓄热能力关系为：所述第一型腔蓄热能力＞所述第二型腔蓄热能力＞所述第三型腔的蓄热能力。

优选地，。所述砂型第二型腔202与砂型第三型腔203在重力方向上的投影关系为：所述砂型第二型腔的投影位于所述砂型第三型腔的投影中心，所述砂型第二型腔的投影范围＜所述砂型第三型腔的投影范围。

优选地，所述第二激冷模具与所述上层平台之间设有调高垫块。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

在铸造过程中撤去激冷模具时，确保了铸件的留模倾向，避免了铸件随激冷模具一并撤离从而使工艺失效的情况，便于后续对于铸件壳层喷水冷却发挥作用；

能够在铸件凝固过程中始终建立起合理的凝固温度场，优化了铸件的补缩效果，从而确保了铸件质量；

解决了现有翻转铸造装置中砂型高度固化的问题，增加了翻转定向冷却铸造成形工艺对多样化铸件的适应性；并且仅通过更换不同高度垫块的方式就能达到上述目的，操作灵活，方便；

本发明中，通过对砂型第三型腔中金属液激冷形成铸件壳层，再配合激冷模具结构来达到对铸件限位的目的，在此过程中无需增加其他任何限位机构，成本低廉，设计方便。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为模具系统的结构示意图；

图2为组合好的模具待浇注成形前的状态示意图；

图3为金属液低压充型的状态示意图；

图4为将组合模具翻转180°的状态示意图；

图5为卸去低压铸造压力并撤去第一激冷模具的状态示意图；

图6为喷水机构对铸件已凝固壳层喷水冷却的状态示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

第一实施例：

如图1所示的一种用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，包括：翻转箱体1、砂型2、第一激冷模具3和第二激冷模具4；翻转箱体1用于安放砂型2、第一激冷模具3和第二激冷模具4；砂型2内部有多个型腔，底部型腔与第一激冷模具3和第二激冷模具4相接触，砂型与第一激冷模具3和第二激冷模具4组合限定出待成形的铸件型腔；底部型腔与第一激冷模具3和第二激冷模具4在重力方向上投影面积的关系为：第二激冷模具的投影面积4＞底部型腔的投影面积＞第一激冷模具3的投影面积；第二激冷模具4中心开设有限位孔，限位孔大小正好容纳第一激冷模具3与之配合。

具体地，翻转箱体1中间设有上层平台101，底部设有下层平台102，砂型2放在第二激冷模具4上，第二激冷模具4放在上层平台101上面的可拆卸式调高垫块5上，可以通过调整调高垫块5的高度来调整整体砂型2的高度，第二激冷模具4、调高垫块5和上层平台101之间采用螺钉连接，便于拆卸；砂型2内部有三个型腔，第三型腔203与外界相通，并和第一激冷模具3以及第二激冷模具4相接触，砂型2与第一激冷模具3以及第二激冷模具4组合限定出待成形的铸件型腔；第二激冷模具4中心开设有限位孔，限位孔大小正好容纳第一激冷模具3与之配合，共同构成完整型腔中激冷模具部分；

在铸造充型时，所述的第一激冷模具3与第二激冷模具4与高温金属液7的换热能力强于所述砂型2在与高温金属液7的换热能力，从而便于与第一激冷模具3和第二激冷模具4接触的金属液快速形成凝固金属壳层8，同时确保型腔201和型腔202中其余部分的金属液仍处于高温状态。

砂型第三型腔203、第一激冷模具3和第二激冷模具4在重力方向上投影面积的关系为：第二激冷模具4的投影面积＞砂型第三型腔203的投影面积＞第一激冷模具3的投影面积。当凝固的壳层金属8形成且在撤去第一激冷模具3时，第二激冷模具4可对该金属壳层8可起到限位作用，防止铸件与第一激冷模具3一起撤离，从而确保铸件的留模倾向。

第二实施例：

如图2至图6所示，用夹具将砂型2定位并锁紧后，砂型2、第一激冷模具3和第二激冷模具4共同限定出待浇注的型腔；随后将翻转箱体1翻转，使翻转箱体1中组合好的模具呈待浇注成形前的准备状态，即倒置位；

金属液输送管6穿过翻转箱体1上金属液输送管道出入口103，与安装在翻转箱体1上的砂型2浇注口配合；在压力作用下，金属液7从金属液输送管道6中流出，依次充满第一型腔201、第二型腔202和第三型腔203；受第一激冷模具3与第二激冷模具4的激冷作用，第三型腔203中的金属液会率先凝固形成壳层金属8；

沿着金属液输送管6所在轴线，在保压条件下，将翻转箱体1反向翻转180°，带动翻转箱体1上砂型2、第一激冷模具3和第二激冷模具4随之翻转；从而将组合模具回到正置位；卸去低压铸造压力，使浇注系统200中多余的金属液回流进金属液输送管6；同时驱动推杆105，使安装于推杆105上的第一激冷模具2从型腔中撤离，露出已经凝固的金属壳层8；驱动喷水机构9从喷水机构出入口104进入至金属壳层8的正下方，对金属壳层8喷水冷却。

砂型2中第一型腔201、第二型腔202和第三型腔203蓄热能力的关系为：第一型腔201蓄热能力＞第二型腔202蓄热能力＞第三型腔203的蓄热能力；一来，铸件所在第二型腔202的金属液受到第一型腔201中金属液的热作用，能够削弱第二型腔202中薄壁结构对补缩通道的不利影响(避免过早关闭补缩通道)，延长有效补缩时间；二来，在对第三型腔203形成的凝固金属壳层8喷水冷却时，上端的高温金属液可始终对下端的低温金属液逐级发挥补缩作用，从而减小铸件中的缩孔缩松缺陷。

所述砂型第二型腔202与砂型第三型腔203在重力方向上的投影关系为：所述砂型第二型腔202的投影位于所述砂型第三型腔203的投影中心，所述砂型第二型腔202的投影范围＜所述砂型第三型腔203的投影范围。一方面，砂型第三型腔203中未与第二型腔202相连的金属液受到第二型腔202中金属液热影响较小，这部分金属液在激冷模具的作用下能够快速降温，在短时间内形成具有足够支撑强度的金属壳层，从而缩短第一激冷模具3撤离时间，将后续喷水冷却时间提前，以发挥喷水快冷的优势；另一方面，在撤去第一激冷模具3后，位于第三型腔投影范围中心的第二型腔金属液能够充分接受喷水时的冷速传递，避免在喷水条件下产生铸件冷却盲区。

对本实施例中的铸件完成凝固后，落砂取出铸件，并采用冲剪、切割或其他机加工的方式加工掉用于限位的部分金属壳层8及铸件上的补缩结构，即可获得所需要的零件。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于，包括：翻转箱体(1)、砂型(2)、第一激冷模具(3)和第二激冷模具(4)；

所述翻转箱体(1)用于安放砂型(2)、第一激冷模具(3)和第二激冷模具(4)；

所述砂型(2)内部有多个型腔，底部型腔与所述第一激冷模具(3)和所述第二激冷模具(4)相接触并，所述砂型与所述第一激冷模具(3)和所述第二激冷模具(4)组合限定出待成形的铸件型腔；

所述砂型底部型腔与所述第一激冷模具(3)和所述第二激冷模具(4)在重力方向上投影面积的关系为：所述第二激冷模具的投影面积(4)＞所述底部型腔的投影面积＞所述第一激冷模具(3)的投影面积；所述第二激冷模具(4)中心开设有限位孔，所述限位孔大小正好容纳所述第一激冷模具(3)与之配合。

2.根据权利要求1所述用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于：所述砂型(2)纵向方向上包括：浇注系统(200)、第一型腔(201)、第二型腔(202)和第三型腔(203)；

所述浇注系统(200)位于所述砂型(2)内部上端并与侧壁相连，所述浇注系统(200)与所述第一型腔(201)、所述第二型腔(202)和所述第三型腔(203)依次相连，所述第三型腔(203)位于所述砂型(2)底部并与所述第一激冷模具(3)和所述第二激冷模具(4)相接触。

3.根据权利要求1所述用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于：所述第一激冷模具(3)和所述第二激冷模具(4)与高温金属液的换热能力强于所述砂型(2)与高温金属液的换热能力。

4.根据权利要求1所述用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于：所述翻转箱体(1)中间设有上层平台(101)，所述翻转箱体(1)底部设有下层平台(102)；

所述上层平台(101)开设有一通孔(106)，所述通孔(106)可容纳所述第一激冷模具(3)进出，所述下层平台(102)设有一可往复运动的推杆(105)，所述第一激冷模具(3)安装在所述推杆(105)前端；

所述翻转箱体(1)侧壁上开设有金属液输送管道出入口(103)，位于所述上层平台(101)上方；所述翻转箱体(1)侧壁上开设有喷水机构出入口(104)，位于所述上层平台(101)与所述下层平台之间。

5.根据权利要求2所述用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于：所述第一型腔(201)、所述第二型腔(202)和所述第三型腔(203)在几何上的蓄热能力关系为：所述第一型腔蓄热能力(201)＞所述第二型腔蓄热能力(202)＞所述第三型腔(203)的蓄热能力。

6.根据权利要求2所述用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于：所述砂型第二型腔(202)与砂型第三型腔(203)在重力方向上的投影关系为：所述砂型第二型腔的投影位于所述砂型第三型腔的投影中心，所述砂型第二型腔的投影范围＜所述砂型第三型腔的投影范围。

7.根据权利要求4所述用于翻转定向冷却铸造成形装置的模具系统，其特征在于：所述第二激冷模具(4)与所述上层平台(101)之间设有调高垫块(5)。

Images