用于反重力精密铸造的连接密封结构和反重力铸造设备

摘要

本发明提供一种用于反重力精密铸造的连接密封结构和反重力铸造设备，该结构用于反重力精密铸造设备中升液管出口端和模壳入口端的连接密封，包括设于所述模壳入口端与所述升液管出口端之间的两个楔形密封结构，分别为一级楔形密封结构和二级楔形密封结构，所述一级楔形密封结构与所述二级楔形密封结构形成同心圆，且所述二级楔形密封结构位于所述一级楔形密封结构的外侧。反重力铸造设备包括上述的用于反重力精密铸造的连接密封结构。本发明通过两级楔形密封结构，能够确保升液管与模壳的良好密封效果，从而提高生产安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及高温高压作用下的装配体连接密封结构，具体地，涉及一种用于反重力精密铸造的连接密封结构和反重力铸造设备。

背景技术

反重力精密铸造是在外加压力作用下使高温金属液逆重力方向流动并充型凝固的一种方法。反重力精密铸造利用外加气体压力这一工艺特点，要求铸造设备、升液管和模壳所组成的封闭系统应具备良好的密封性，既要防止高压气体泄露，也要防止高温金属液泄露，从而保证铸造生产的安全性和可靠性。

在反重力精密铸造过程中，升液管和模壳需要提前预热。由于加热炉尺寸限制，通常情况下，先将升液管和模壳各自预热，然后再分别安装到铸造设备中。因此，升液管和模壳之间的密封效果是影响高温金属液顺利充型的关键因素，密封性差不仅会漏气而使压力曲线产生偏差，也会发生高温金属液泄露而导致废品甚至引发安全事故。

目前，反重力精密铸造适用的合金种类由低熔点低密度的铝、镁等轻合金扩展到高熔点高密度的镍基高温合金，这意味着温度的升高和作用压力的增大，传统密封方法已经无法满足高温高压工况的要求，迫切需要创新密封技术，提高升液管和模壳的密封效果。

专利CN110899663A公开了一种反重力铸造机上顶式升液管自动调节密封机构，该专利采用上下罐体合紧后蝶形弹簧储存的弹性势能，使其对升液管法兰始终有一个向上的推力作用，以缩短升液管与中隔板的距离，从而克服因中隔板变形引起的升液管密封失效问题。专利CN109807307A公开了一种反重力铸造用陶瓷升液管的密封固定结构，该专利发明了带有锥度的中盖板和法兰，在压力作用下，锥度结构加强了升液管和中隔板的配合，并使用耐高温陶瓷密封垫加强密封。

上述两个专利都是涉及升液管与中隔板的密封结构，但这两种结构均无法解决升液管与模壳的密封问题。

发明内容

针对现有升液管与模壳密封技术的不足，本发明的目的是提供一种用于反重力精密铸造的连接密封结构和反重力铸造设备，通过升液管和模壳的两级楔形连接密封结构，操作简单，安装方便，在模壳和升液管预热后的高温工况下，能有效提高升液管和模壳之间的密封效果，保证生产的安全性和铸件质量。

根据本发明的一个方面，提供一种用于反重力精密铸造的连接密封结构，用于反重力精密铸造设备中升液管出口端和模壳入口端的连接密封，该连接密封结构包括设于所述模壳入口端与所述升液管出口端之间的两个楔形密封结构，分别为一级楔形密封结构和二级楔形密封结构，所述一级楔形密封结构与所述二级楔形密封结构形成同心圆，且所述二级楔形密封结构位于所述一级楔形密封结构的外侧。

进一步地，所述一级楔形密封结构包括第一楔形密封垫、设于模壳入口端的一级环形密封凸台，以及设于升液管出口端的一级环形密封槽；升液管具有锥形壁面和围绕锥形壁面外侧设置的水平凹槽，所述一级环形密封槽位于升液管的锥形壁面上，所述一级环形密封凸台与所述一级环形密封槽相匹配；所述第一楔形密封垫位于所述一级环形密封槽与所述一级环形密封凸台之间，所述第一楔形密封垫沿周向设有第一楔形槽，所述一级环形密封凸台嵌于所述第一楔形槽内。

进一步地，所述二级楔形密封结构包括第二楔形密封垫、设于所述模壳入口端的二级环形密封凸台，以及设于升液管出口端的二级环形密封槽；所述二级环形密封槽位于升液管的水平凹槽内，所述二级环形密封凸台与所述二级环形密封槽相匹配；所述第二楔形密封垫位于所述二级环形密封槽与所述二级环形密封凸台之间，所述第二楔形密封垫沿周向设有第二楔形槽，所述二级环形密封凸台嵌于所述第二楔形槽内。

进一步地，所述一级环形密封凸台和所述二级环形密封凸台均为具有锥度的结构，所述一级环形密封凸台的锥度设置为与所述第一楔形槽相匹配，所述二级环形密封凸台的锥度设置为与所述第二楔形槽相匹配。

更进一步地，所述一级环形密封凸台的锥度比所述第一楔形槽的锥度大3～5°，所述二级环形密封凸台的锥度比所述所述第二楔形槽的锥度大3～5°。

进一步地，所述第一楔形密封垫和所述第二楔形密封垫的材质选自耐高温陶瓷纤维、石墨和石棉纤维中的任意一种。

进一步地，该连接密封结构还包括设于升液管出口端的环形凸台，所述环形凸台位于升液管径向最外侧，所述环形凸台用于防止金属液外泄。

更进一步地，所述环形凸台的内侧设有凹槽，所述凹槽用于承接金属液。

进一步地，所述连接密封结构被构造为具有耐高温和耐高压的能力，其中，耐高温对应的温度为大于800℃，耐高压对应的压力为大于0.1MPa。

根据本发明的另一方面，提供一种反重力铸造设备，该设备包括上述的用于反重力精密铸造的连接密封结构。

与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

(1)本发明采用两个楔形密封结构，一级楔形密封结构离高温金属液略近，二级楔形密封结构离高温金属液略远，通过两级楔形密封结构，确保升液管和模壳的良好密封效果。

(2)本发明在模壳入口端设计了环形密封凸台，在升液管出口端设计了环形密封槽，采用楔形密封垫，当升液管与模壳连接时形成楔形密封结构，以获得密封效果。

(3)本发明在升液管出口端的二级环形密封槽外侧设置凸台结构，凸台内侧形成凹槽结构，可以承接少量高温金属液，防止外泄金属液损坏设备，提高生产的安全性。

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为本发明一实施例中模壳和升液管的整体装配示意图；

图2为图1的A处局部放大示意图；

图3为本发明一实施例中升液管的剖视示意图；

图4为图2的E处局部放大示意图；

图5为本发明实施例中第一楔形密封垫的结构示意图；

图6为图2的F处局部放大示意图；

图7为本发明一实施例中第二楔形密封垫的结构示意图。

图中：1为模壳入口端，2为升液管出口端，A为模壳与升液管的连接密封结构，E为一级楔形密封结构，F为二级楔形密封结构，1-1为一级环形密封凸台，1-2为二级环形密封凸台，2-1为一级环形密封槽，2-2为二级环形密封槽，2-3为环形凸台，3为第一楔形密封垫，3-1为第一楔形槽，4为第二楔形密封垫，4-1为第二楔形槽。

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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

现有的升液管与模壳的连接方式，是在升液管与模壳连接位置涂一层粘结剂，依靠粘结剂实现升液管与模壳的密封。这种方法，对于铝合金和镁合金材料，密封性基本能够保证。原因是这些材料浇注温度低(最高700℃)；密度低(铝合金密度约2700kg/m

因此，本发明实施例提供一种用于反重力精密铸造的连接密封结构，用于反重力精密铸造设备中升液管出口端2和模壳入口端1的连接密封，参照图1-7，该模壳与升液管的连接密封结构A包括设于模壳入口端1与升液管出口端2之间的两个楔形密封结构，分别为一级楔形密封结构E和二级楔形密封结构F，一级楔形密封结构E与二级楔形密封结构F形成同心圆，且二级楔形密封结构F位于一级楔形密封结构E的外侧，即在铸造过程中一级楔形密封结构离高温金属液略近，二级楔形密封结构离高温金属液略远，通过两级楔形密封结构，确保升液管和模壳的良好密封效果。

本发明实施例中设置在升液管和模壳之间的两级楔形密封结构，操作简单，安装方便，现有技术中采用粘结剂的方法无法满足高温高压下的密封要求，而本发明实施例中的两级楔形密封结构在模壳和升液管预热后的高温工况下，也能有效保证升液管和模壳之间的密封效果，从而保证生产的安全性和铸件质量。

继续参照图4，在一些具体的实施方式中，一级楔形密封结构E包括第一楔形密封垫3、设于模壳入口端1的一级环形密封凸台1-1，以及设于升液管出口端2的一级环形密封槽2-1，升液管具有锥形壁面和围绕锥形壁面外侧设置的水平凹槽，一级环形密封槽2-1位于升液管的锥形壁面上，一级环形密封凸台1-1与一级环形密封槽2-1相匹配；第一楔形密封垫3位于一级环形密封槽2-1与一级环形密封凸台1-1之间，第一楔形密封垫3沿周向设有第一楔形槽3-1，一级环形密封凸台1-1嵌于第一楔形密封垫3的第一楔形槽3-1内。

继续参照图6，在一些具体的实施方式中，二级楔形密封结构F包括第二楔形密封垫4、设于模壳入口端1的二级环形密封凸台1-2，以及设于升液管出口端2的二级环形密封槽2-2，二级环形密封槽2-2位于升液管的水平凹槽内，二级环形密封凸台1-2与二级环形密封槽2-2相匹配，第二楔形密封垫4位于二级环形密封槽2-2与二级环形密封凸台1-2之间，第二楔形密封垫4沿周向设有第二楔形槽4-1，二级环形密封凸台1-2嵌于第二楔形密封垫4的第二楔形槽4-1内。

在一些优选的实施方式中，继续参照图5和图7，第一楔形密封垫3上设有第一楔形槽3-1，第二楔形密封垫4上设有第二楔形槽4-1，一级环形密封凸台1-1嵌入第一楔形槽3-1内，二级环形密封凸台1-2嵌入第二楔形槽4-1内。第一楔形密封垫3和第二楔形密封垫4的结构特征是都具有一个楔形槽，依靠模壳入口端1的环形密封凸台嵌入密封垫的楔形槽，形成楔形密封结构，从而能够保证密封效果。

在一些优选的实施方式中，一级环形密封凸台1-1和二级环形密封凸台1-2均为具有锥度的结构，一级环形密封凸台1-1的锥度设置为与第一楔形槽相匹配，二级环形密封凸台1-2的锥度设置为与第二楔形槽相匹配。为满足设于模壳上的密封凸台与密封垫的楔形槽的紧密配合要求，一级环形密封凸台1-1的锥度比第一楔形槽3-1的锥度大3～5°，二级环形密封凸台1-2的锥度比第二楔形槽4-1的锥度大3～5°。由于两个环形密封凸台均具有锥度结构特征，当环形密封凸台嵌入密封垫的楔形槽时，锥度结构确保模壳入口端1与密封垫和升液管密封槽共同形成楔形密封，接触面紧密贴合，保证升液管与模壳的连接密封效果。

在一些优选的实施方式中，第一楔形密封垫3和第二楔形密封垫4的材质选自耐高温陶瓷纤维、石墨和石棉纤维中的任意一种。在其他一些实施例中，第一楔形密封垫3和第二楔形密封垫4还可以采用其他材料，只要能够实现与本发明实施例中相同的功能即可。

在一些优选的实施方式中，连接密封结构还包括设于升液管出口端2的环形凸台2-3，环形凸台2-3位于升液管径向最外侧，环形凸台2-3用于防止金属液外泄。

在一些更为优选的实施方式中，环形凸台2-3的内侧即靠近升液管的锥形壁面的一侧设有凹槽，凹槽用于承接金属液，防止外泄金属液损坏设备，从而提高生产的安全性。

本发明实施例中的连接密封结构适用于高温高压条件下的反重力精密铸造设备在铸造过程中升液管出口端2和模壳入口端1的连接密封，连接密封结构被构造为具有耐高温和耐高压的能力，其中，耐高温对应的温度为大于800℃，耐高压对应的压力为大于0.1MPa。为实现耐高温耐高压，升液管材质可选用铸铁、铸钢或耐高温陶瓷。

本发明实施例针对升液管与模壳之间的密封问题，在升液管和模壳连接部位设计了两级楔形密封结构，并采用耐高温密封垫，提高了升液管和模壳的连接密封效果，使得升液管和模壳连接位置能承受高温高压作用，保证了铸造生产的安全性和可靠性。并且，升液管和模壳预热后的装配过程，操作简单，节省时间，提高了生产效率。

当升液管出口端2与模壳入口端1进行装配时，升液管出口端2的两个密封槽中分别安装第一楔形密封垫3和第二楔形密封垫4，模壳入口端1的两个环形密封凸台分别嵌入第一楔形槽3-1和第二楔形槽4-1内，从而形成两级楔形密封结构，继而在模壳紧固力的作用下，楔形密封结构得到压紧，从而进一步提高密封效果。本发明能够克服反重力精密铸造中升液管与模壳之间连接密封性差或者密封失效问题，操作简单，安装方便，进而能够保证铸造生产的安全性和可靠性。

需要说明的是，在其他的一些实施例中，采用与本发明实施例中相同的结构原理，还可以设置为多于两级的楔形密封结构，多于两级的楔形密封结构也在本发明的保护范围内。

本发明实施例还提供一种反重力铸造设备，该设备包括上述的用于反重力精密铸造的连接密封结构，通过升液管和模壳的二级楔形连接密封结构，操作简单，安装方便，在模壳和升液管预热后的高温工况下，能有效提高升液管和模壳之间的密封效果，保证生产的安全性和铸件质量。

继续参照图1和图2，以某一铸件的反重力精密铸造为例，升液管出口端与模壳入口端连接密封的具体步骤如下：

1)在进行铸件的反重力浇注前，首先利用井式电阻加热炉分别将模壳和升液管预热到设定温度1000℃，并至少保温120min，以保证模壳和升液管获得均匀温度；

2)将适量镍基高温合金K4169锭料放入坩埚，通过真空熔炼炉将锭料加热熔化至1520℃；

3)将预热保温的升液管安装到反重力铸造设备；

4)分别将第一楔形密封垫3和第二楔形密封垫4安装到升液管的一级环形密封槽2-1和一级环形密封槽2-2中；

5)将预热保温的模壳与升液管配合安装，保证模壳入口端的一级环形密封凸台1-1和二级环形密封凸台1-2分别嵌入第一楔形密封垫3的第一楔形槽3-1和第二楔形密封垫4的第二楔形槽4-1中；

6)固定模壳，在紧固力的作用下，两级楔形密封结构得到压紧，从而保证了模壳与升液管的密封效果。所有准备工作完成后，即可进行反重力浇注。模壳与升液管之间良好的连接密封为防止泄露、保证铸件质量提供了技术保障。

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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。