一种铸件厚大部位均衡凝固铸造结构及方法

摘要

本发明公开了一种铸件厚大部位均衡凝固铸造结构，包括外形砂型，所述外形砂型的顶部设有冒口，其底部设有至少一根冷却棒，所述冷却棒的一端与外形砂型的底部内侧固定，另一端伸入型腔内部的宽大位置，且处于冒口无法补缩的地方；所述冷却棒的材料与铸件的材料相同或接近。本发明具有构简单、降低铸件厚大部位出现缩松率等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机附件装配技术领域，特别是涉及一种铸件厚大部位均衡凝固铸造结构及方法。

背景技术

铸件是一种应用极其广泛的工件，用铸造方法生产，铸造是一种金属热成型方法，其过程是将液态的金属注入铸造型腔，待液态金属凝固后，去除型腔，凝固的固态金属形状就是所需的铸件。型腔包括砂型型腔、金属型型腔等类型，砂型型腔属于一次性型腔，金属型型腔属于重复使用的型腔，本方案适用于砂型型腔。

液态的金属在型腔内凝固时会收缩，收缩情形包括铸件的整体收缩和铸件的局部收缩，整体收缩表现为铸件冷却至常温时其形状比型腔形状小，局部收缩又包含铸件外表面收缩和铸件内部收缩，外表面收缩表现为铸件表面出现凹陷，内部收缩表现为铸件内部出现空洞或疏松，内部收缩可造成铸件不致密，导致铸件性能受到影响。之所以内部收缩会形成空洞或疏松，是因为铸件的该位置结构厚大，凝固速度慢，不能与其他位置同时凝固，导致没有液体金属及时填补收缩空间造成的。

目前解决铸件收缩的方法主要是增加冒口，冒口一般设置在铸件的上面或侧面，体积较大，由于冒口凝固慢，冒口内的液态金属可以向凝固中的铸件流动进行凝固补缩，保证铸件不出现缩松，缩松留在了冒口内，冒口不属于成品铸件，铸件成型后切除冒口。

但，现有的冒口解决方案虽然有效，但有局限性，因为冒口必须布置在铸件的上面及侧面，那么其余铸件厚大的位置或者是冒口不易布置的位置就难以通过冒口的方法解决缩松问题。比如铸件的底部厚大部位。同时冒口与需要补缩的位置之间需要有足够宽的补缩流动通道，如果厚大位置与冒口之间形状较窄时，凝固较快，通道阻断，冒口也无法为厚大位置补缩。

另外，现有技术中在进一步处理铸件的厚大部位缩松时，采用在砂型底部的外侧设置一块冷铁达到降低铸件的厚大部位的缩松情况，但效果不理想，冷铁的应用受外部环境影响较大，从而难以控制冷铁起到的激冷效果。如现有技术(大型灰铸铁工作台导轨面铸造缺陷的防止措施，李丹，徐小光，周桂梅，齐齐哈尔重型铸造有限责任公司，现代铸铁2020/5)所记载。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明目的在于提出一种结构简单、降低铸件厚大部位出现缩松率的铸件厚大部位均衡凝固铸造结构及处理方法和相应的铸造方法。

为此，本发明提出一种铸件厚大部位均衡凝固铸造结构及方法。

优选地，本发明还可以具有如下技术特征：

一种铸件厚大部位均衡凝固铸造结构，包括外形砂型，所述外形砂型的顶部设有冒口，其底部设有至少一根冷却棒，所述冷却棒的一端与外形砂型的底部内侧固定，另一端伸入型腔内部的宽大位置，且处于冒口无法补缩的地方；所述冷却棒的材料与铸件的材料相同或接近。

进一步地，所述冷却棒优螺杆结构。

进一步地，所述冷却棒的直径为3～10mm。

进一步地，所述冷却棒的直径为4～8mm。

进一步地，所述冷却棒的安装数量根据型腔内部宽大位置的体积确定。

一种铸件厚大部位均衡凝固铸造处理方法，包括铸件厚大部位均衡凝固铸造结构。

一种均衡凝固铸造方法，包括常规铸造方法，还包括铸件厚大部位均衡凝固铸造处理方法。

进一步地，铸件成型后切除露在铸件外部的冷却棒。

本发明与现有技术(主要是增加冷铁引起激冷降温的技术)对比的有益效果包括：现有技术中采用在砂型底部的外侧设置冷铁对型腔内部的铁水降温，存在冷铁在浇注时的起始温度不同，造成各铸件的激冷降温效果不一，无法有效把控产品品质；且采用冷铁降温受外部环境影响较大，需要采用额外防护措施；而在本申请中，通过在型腔内部设置冷却棒，利用冷却棒熔接时吸热达到激冷降温作用，从而达到将铸件厚大部位与其他部位同时凝固，实现铸件整体均衡凝固，消除铸件厚大部位出现缩松等问题；而且，可以根据型腔的体积大小，选择合适大小、数量、长度的冷却棒，冷却棒的熔接吸热量可以经过计算得出，可以准确控制铸件厚大部位的凝固范围、速度，进而能够基本消除铸件厚大部位出现缩松、疏松、空洞的情况；冷却棒的材料与铸件相同或相近，熔接后的冷却棒不影响铸件的机械性能；铸件成型后将露出铸件外部的冷却棒切除即可。

附图说明

图1是本发明的铸件厚大部位均衡凝固铸造结构应用剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

如图1所示的一种铸件厚大部位均衡凝固铸造结构，包括外形砂型(1,2)，所述外形砂型(1,2)的顶部设有冒口4，其底部设有至少一根冷却棒7，所述冷却棒7的一端垂直固定在外形砂型(1,2)的底部内侧，另一端伸入型腔内部的宽大位置6，且处于冒口4无法补缩的地方。型腔内部的宽大位置6铸造出的铸件厚度大、体积大，由于冒口补缩的局限性，即使在砂型的顶部设置冒口4，在某些情况下也无法实现铸件厚大部位的完全补缩，造成铸件厚大部位缩松。本方案通过在砂型底部设置冷却棒7，浇筑时，冷却棒7在型腔内部的宽大位置6与铁水熔接后引起激冷降温的效应，进而加速该处铁水的凝固时间。所述冷却棒7的材料与铸件的材料相同或接近。

冷却棒7优选为螺杆结构，根据铸件的厚度进行匹配设计冷却棒的大小，其直径优选为3～10mm，螺杆结构的冷却棒7能够与液态金属有效、快速熔接，熔接后的冷却棒7不影响铸件机的械性能，通过铸件清理或机加工可以去除露在铸件外面的部分(浇注时安装在砂型内的部分)。冷却棒7的安装数量可根据型腔内部的宽大位置6的体积，安装一件或多件，越是厚大就可以多安装一些。

技术原理：铸造过程中，砂型的型腔决定铸件的形状和大小，越是铸件厚大的位置型腔内空间越大，也容易引起铸件缩松等缺陷，对于那些采用冒口也无法补缩完全的铸件厚大的位置，在型腔内安装螺杆结构的冷却棒7。冷却棒7一端安装固定在外型砂型(1,2)上，另一端伸入到型腔内部的宽大位置6(由于此处铸件厚大部位离冒口较远，冒口无法对该处铸件厚大部位补缩)。冷却棒7表面做出螺纹形状，并且冷却棒7的材料与铸件的材料相同或接近。当液态金属注入到型腔内时，冷却棒7被金属液包围，冷却棒7急速升温，表面从螺纹形状尖端开始向内部与液态金属熔接，冷却棒7从常温升温到与液态金属同温状态以及表面的熔接过程吸收大量的热，可以对铸件厚大部位起到激冷降温作用，这样厚大的部位就能与其他部位同时凝固，实现铸件均衡凝固，进而消除缩松的目的。

一种铸件厚大部位均衡凝固铸造处理方法，包括前述的铸件厚大部位均衡凝固铸造结构。具体的，浇筑前，在外形砂型(1,2)的底部设置冷却棒7，所述冷却棒7的一端与外形砂型(1,2)的底部内侧固定，另一端伸入型腔内部的宽大位置6，且处于浇筑后冒口无法补缩的地方。冷却棒7为螺杆结构，其材料与铸件的材料相同或接近。

一种均衡凝固铸造方法，包括常规铸造方法，改进点在于，在型腔内部的宽大位置6采用前述的铸件厚大部位均衡凝固铸造处理方法进行处理，以防止铸件厚大的位置出现疏松、缩松等铸造缺陷。待铸件成型之后切除露在铸件外部的冷却棒7。

结合图1，在上外形砂型1和下外形砂型2的型腔内部设置好砂芯3后合箱，型腔内部空间越大，铸造出的铸件越是厚大，铸件越容易出现缩松、空洞、疏松等铸造缺陷。虽然在上外形砂型1的顶部设置冒口4，但冒口4的设置位置及补缩范围具有局限性，冒口4只能补缩型腔5处成型的铸件，其对于较大的铸件厚大部位难以实现完全补缩。目前，对于冒口4无法补缩的铸件厚大部位所采用的方法是在下外形砂型2底部外侧设置冷铁，利用冷铁引起冒口无法补缩的铸件厚大部位6(即型腔内部的宽大位置)对应位置的激冷反应，但该技术方案也存在使用受限，难以满足生产要求。本申请采用在型腔内部的宽大位置6内设置冷却棒7，冷却棒7的一端与下外形砂型2固定连接，另一端伸入伸入型腔内部的宽大位置6。这样，浇注时，冷却棒7被金属液包围，冷却棒急速升温，表面从螺纹形状尖端开始向内部与液态金属熔接，冷却棒从常温升温到与液态金属同温状态以及表面的熔接过程吸收大量的热，可以对铸件厚大部位起到激冷降温作用，这样铸件厚大的部位就能与其他部位同时凝固，达到均衡凝固，消除缩松的目的。铸件成型后切除冒口和冷却棒露在铸件外部的部分。冷却棒7的应用，填补了冒口4在某些情况下无法补缩的缺陷。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。