一種用于制造無縮孔鑄件的鑄造裝置的制作方法

本實用新型屬于鑄造設(shè)備與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種用于制造無縮孔鑄件的鑄造裝置及方法。
背景技術(shù)：
：在金屬液澆注成型的過程中，當(dāng)溶液澆入錠模后，與型壁接觸的液體先凝固，中心部分液體后凝固。由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞。容積大而集中的孔洞稱為縮孔；細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。在鑄件的生產(chǎn)過程中，縮孔、縮松等缺陷是制約鑄件生產(chǎn)的一大問題，直接影響到鑄件的質(zhì)量與工藝出品率，而工藝出品率是影響鑄件成本的一大重要因素。為了防止這些缺陷，往往通過設(shè)置冒口，冷鐵等手段使金屬液在澆注后可以在錠模中形成一個自生的溫度梯度，盡量使金屬液在凝固的過程中實現(xiàn)順序凝固。但在實際生產(chǎn)過程中，由于某些合金的凝固收縮率大，或是由于鑄件的長徑比比較大，而使得澆注過程中形成的自生溫度梯度并不能完全消除縮孔，造成工藝出品率低，大量的原材料被浪費(fèi)的結(jié)果。形成縮孔縮松的根本原因是合金棒料或鑄錠在凝固時，側(cè)壁傳熱形成的橫向凝固速度和底部散熱形成的縱向凝固速度不同，側(cè)壁的橫向凝固速度大于底部的縱向凝固速度，導(dǎo)致固液界面推進(jìn)形成的固液界面角角度過小(如圖1所示)，并且側(cè)壁與棒料的接觸面積大，棒料縱截面上，側(cè)壁到中心的距離不變，因而各位置的橫向凝固速度也幾乎不變。但隨著棒料由下而上的凝固過程進(jìn)行，縱向凝固需要散失的熱量需要經(jīng)由已凝固區(qū)域傳出，隨著已凝固區(qū)域的增加，散熱變慢，縱向凝固速度也逐步變慢，因而導(dǎo)致固液界面角進(jìn)一步變小，最終在棒料中心位置形成細(xì)長的最后凝固區(qū)域，上方金屬液補(bǔ)縮能力不夠，導(dǎo)致中心縮孔縮松的產(chǎn)生，因而要想消除中心縮孔縮松，需要盡可能增大固液界面角。在傳統(tǒng)工藝中，也有通過在錠模的側(cè)部或底部，以外加水冷或風(fēng)冷等冷卻的方法來給金屬液外加一定的溫度梯度，以加快金屬液凝固，但對于施加側(cè)部冷卻的方式，其首先冷卻的是錠模側(cè)壁，只能減少總凝固時間，對固液界面角的擴(kuò)大作用沒有幫助，甚至?xí)M(jìn)一步減小固液界面角。而對于底部冷卻的方式，往往是通過冷卻底部所有區(qū)域，這樣不僅會提高棒料中心的縱向凝固速度，同時也冷卻了錠模側(cè)壁，提高了棒料的橫向凝固速度，對固液界面角的擴(kuò)大作用不明顯。中國實用新型專利申請?zhí)?00910086665.8公開了一種利用電阻加熱的方式，在澆注前對鑄型外部進(jìn)行強(qiáng)制加熱，使鑄型外形成自上而下的外加小溫度梯度，使鑄件實現(xiàn)順序凝固的方法。但該種方法通過對鑄型外進(jìn)行強(qiáng)制加熱形成的外加小溫度梯度易受到錠模隔熱的影響，不能完全傳導(dǎo)到金屬液中，使加熱效果受到影響。同時，使用外加熱的方式如果溫度過高，容易對錠模產(chǎn)生損害，使其軟化或開裂，造成澆注時金屬液外漏。感應(yīng)加熱是一種利用電磁感應(yīng)原理對導(dǎo)電材料進(jìn)行加熱的方法，其具有加熱速度快，加熱效率高的優(yōu)點。利用感應(yīng)加熱的原理，可以直接對澆注在錠模中的金屬液進(jìn)行加熱。在感應(yīng)加熱的過程中，感應(yīng)加熱線圈的設(shè)計參數(shù)，如線圈的內(nèi)徑大小，線圈的匝間距，以及其感應(yīng)加熱線圈的供電功率都會對感應(yīng)加熱效果產(chǎn)生不同的影響。如果使用不同加熱效果的感應(yīng)加熱線圈，對澆注后的金屬液自上而下以正溫度梯度進(jìn)行感應(yīng)加熱保溫，即可以在澆鑄后的金屬液中形成自上而下的溫度梯度，從而實現(xiàn)順序凝固，消除鑄錠的宏觀縮孔與縮松，提高工藝出品率。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種用于制造無縮孔鑄件的鑄造裝置及方法。通過將錠模放置在若干個采用不同參數(shù)的感應(yīng)加熱線圈中(如感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)徑大小，感應(yīng)線圈的匝間距，感應(yīng)線圈的供電功率等)，用感應(yīng)加熱的方法對澆注到錠模中的金屬液的不同部位進(jìn)行感應(yīng)加熱。通過控制各個感應(yīng)加熱線圈的工藝參數(shù)，同時通過在錠模底部的中心局部位置施加冷卻，使?jié)沧⒑箦V模中的金屬液軸向方向呈現(xiàn)自上而下的正溫度梯度，實現(xiàn)金屬液的順序凝固。本實用新型完整的技術(shù)方案包括：一種用于制造無縮孔鑄件的鑄造裝置，包括鑄型，所述的鑄型外設(shè)有若干感應(yīng)加熱線圈，所述的若干感應(yīng)加熱線圈呈縱向排布，并且上方的感應(yīng)加熱線圈加熱強(qiáng)度大于下方的感應(yīng)加熱線圈；所述的鑄型底部設(shè)有底部冷卻裝置，所述的底部冷卻裝置的冷卻區(qū)域小于鑄件在鑄型底部處的橫截面積。優(yōu)選的，所述的上方的感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)徑較小、匝間距較小，供電功率較大，所述下方的感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)徑較大，匝間距較大且供電功率較小。優(yōu)選的，所述的冷卻裝置為水冷裝置、風(fēng)冷裝置或水霧冷裝置中的一種。優(yōu)選的，所述的鑄件為鑄棒，所述的底部冷卻裝置的冷卻區(qū)域的中心與鑄棒橫截面的中心重合，且冷卻區(qū)域小于鑄棒橫截面積。優(yōu)選的，所述冷卻區(qū)域的面積為鑄棒橫截面積的30％-60％。優(yōu)選的，所述的鑄型底部為分體結(jié)構(gòu)，其中與底部冷卻裝置相接觸的部位采用可拆卸更換的部件。優(yōu)選的，所述的鑄型為絕緣材料制成。采用上述用于制造無縮孔鑄件的鑄造裝置進(jìn)行鑄造的方法，包括如下步驟：步驟一：金屬液澆注前，設(shè)置鑄型，鑄型外設(shè)有所述的鑄型外設(shè)有若干感應(yīng)加熱線圈，所述的若干感應(yīng)加熱線圈呈縱向排布，并且上方的感應(yīng)加熱線圈加熱強(qiáng)度大于下方的感應(yīng)加熱線圈；鑄型底部設(shè)有底部冷卻裝置，所述的底部冷卻裝置的冷卻區(qū)域小于鑄件在鑄型底部處的橫截面積，并打開所有感應(yīng)加熱線圈的電源，啟動底部冷卻裝置；步驟二：澆注合金液，由于步驟一感應(yīng)加熱線圈加熱強(qiáng)度的不同，當(dāng)澆注完成后，受到線圈感應(yīng)加熱的作用，在鑄型縱向方向上，合金液在鑄型上部受到的加熱強(qiáng)度較大，合金液在鑄型下部受到的加熱強(qiáng)度較小，同時由于底部冷卻裝置對鑄型底部的冷卻作用，形成自上而下的正溫度梯度。步驟三：隨著凝固過程的進(jìn)行，感應(yīng)加熱線圈自下而上依次斷電，完成澆注過程。優(yōu)選的，所述步驟三中，隨著凝固過程進(jìn)行，逐步增大底部冷卻裝置的冷卻強(qiáng)度。優(yōu)選的，所述的上方的感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)徑較小、匝間距較小、供電功率較大，所述下方的感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)徑較大、匝間距較大且供電功率較小。優(yōu)選的，所述的冷卻裝置為水冷裝置、風(fēng)冷裝置或水霧冷裝置中的一種。優(yōu)選的，所述的鑄件為鑄棒，所述的底部冷卻裝置的冷卻區(qū)域的中心與鑄棒橫截面的中心重合，所述冷卻區(qū)域的面積為鑄棒橫截面積的30％-60％。所述的鑄型在澆注前預(yù)熱，以防止?jié)沧r冷速過快。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于：1.采用內(nèi)徑、匝間距、供電功率不同的多個感應(yīng)加熱線圈，分別鑄型縱向設(shè)置，在凝固時合金液在鑄型上部受到的加熱強(qiáng)度較大，合金液在鑄型下部受到的加熱強(qiáng)度較小，同時由于底部冷卻裝置對鑄型底部的冷卻作用，形成自上而下的正溫度梯度，使固液界面角增大，顯著降低了縮孔縮松產(chǎn)生的趨勢。2.采用鑄型底部設(shè)有的冷卻區(qū)域小于鑄件在鑄型底部處的橫截面積的底部冷卻裝置，在鑄件凝固時對底部施加冷卻，由于冷卻區(qū)域小于鑄件在鑄型底部處的橫截面積，因而鑄錠中央部位的冷卻強(qiáng)度更大，鑄件側(cè)部的冷卻強(qiáng)度較小，增大了鑄件的縱向凝固速度，使固液界面角進(jìn)一步增大。3.隨著凝固過程進(jìn)行，感應(yīng)加熱線圈自下而上依次斷電，并且逐步增大底部冷卻裝置的冷卻強(qiáng)度，使縱向凝固速度大于橫向凝固速度，固液界面平直，進(jìn)一步降低了縮孔縮松產(chǎn)生的趨勢。4.鑄型底部由于強(qiáng)烈冷卻造成該處使用壽命較短，因而采用分體結(jié)構(gòu)，與底部冷卻裝置相接觸的部位采用可拆卸更換的部件，可以及時更換而無需更換整個鑄型，降低了生產(chǎn)成本。附圖說明圖1為出現(xiàn)細(xì)長縮孔鑄錠的固液界面示意圖。圖2為無縮孔鑄錠的固液界面示意圖。圖3為本實用新型鑄造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型鑄造裝置的剖面示意圖。圖5是采用本實用新型裝置及方法制得試樣的照片。圖6是常規(guī)裝置及方法制得試樣的照片。1.鑄型2.金屬液3.已凝固部分4.第一線圈5.第二線圈6.第三線圈7.冷卻裝置8.進(jìn)水口9.出水口具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進(jìn)一步說明。實施例1：如圖3-4所示，采用鎳基高溫合金，對其在氧化釔坩堝進(jìn)行澆注，具體方法如下：步驟一：在金屬液澆注前，將氧化鋁陶瓷錠模預(yù)熱到400-900℃后放置在感應(yīng)加熱線圈組中，感應(yīng)線圈組包括自上而下內(nèi)徑依次變大、匝間距依次變大且供電功率不變或依次減小的第一線圈4、第二線圈5和第三線圈6，具體來說，其中，最上方的第一感應(yīng)加熱線圈內(nèi)徑為100mm，匝間距為2mm；中間的第二感應(yīng)加熱線圈內(nèi)徑為120mm，匝間距為5mm；最下方的第三感應(yīng)加熱線圈內(nèi)徑為140mm，匝間距為8mm，三個感應(yīng)加熱線圈的供電功率均為10KW。鑄型底部設(shè)有水冷銅盤，水冷銅盤的中心與鑄棒橫截面的中心重合，水冷銅盤的面積為鑄棒橫截面積的40％，水冷銅盤兩側(cè)分別連接進(jìn)水口8和出水口9，銅盤內(nèi)設(shè)有冷卻水通道。打開感應(yīng)線圈電源，開啟冷卻水。步驟二：澆注合金液，由于步驟一感應(yīng)加熱線圈工藝參數(shù)的不同，當(dāng)澆注完成后，受到線圈感應(yīng)加熱的作用，在鑄型縱向方向上，合金液在鑄型上部受到的加熱強(qiáng)度較大，合金液在鑄型下部受到的加熱強(qiáng)度較小，同時由于底部水冷銅盤對鑄型底部的冷卻作用，形成自上而下的正溫度梯度。步驟三：保持5min后，感應(yīng)加熱線圈自下而上依次斷電，并逐步增大底部水冷銅盤的冷卻強(qiáng)度。完成澆注過程。將實施例1制得的試樣用照相機(jī)拍了照片，如圖5所示。圖中，端面無明顯縮孔。圖6所示為采用常規(guī)裝置，且將氧化鋁陶瓷錠模預(yù)熱到400-900℃后進(jìn)行澆注，完成澆注過程后，取樣，照相機(jī)拍了照片，出現(xiàn)大的縮孔。實施例2：如圖3-4所示，采用鎳基高溫合金，對其在氧化釔坩堝進(jìn)行澆注，具體方法如下：步驟一：在金屬液澆注前，將氧化鋁陶瓷錠模預(yù)熱到400-800℃后放置在感應(yīng)加熱線圈組中，感應(yīng)線圈組包括自上而下內(nèi)徑不變或依次變大、匝間距不變或依次變大且供電功率不變或依次減小的第一線圈4、第二線圈5和第三線圈6，具體來說，感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)徑均為100mm，匝間距為2mm。打開感應(yīng)加熱線圈的電源，其中，最上方的第一感應(yīng)加熱線圈供電功率設(shè)為15KW；中間的第二感應(yīng)加熱線圈供電功率設(shè)為12KW；最下方的第三感應(yīng)加熱線圈供電功率設(shè)為8KW。鑄型底部設(shè)有水冷銅盤，水冷銅盤的中心與鑄棒橫截面的中心重合，水冷銅盤的面積為鑄棒橫截面積的30％，水冷銅盤兩側(cè)分別連接進(jìn)水口8和出水口9，銅盤內(nèi)設(shè)有冷卻水通道。打開感應(yīng)線圈電源，開啟冷卻水。步驟二：澆注合金液，由于步驟一感應(yīng)加熱線圈工藝參數(shù)的不同，當(dāng)澆注完成后，受到線圈感應(yīng)加熱的作用，在鑄型縱向方向上，合金液在鑄型上部受到的加熱強(qiáng)度較大，合金液在鑄型下部受到的加熱強(qiáng)度較小，同時由于底部水冷銅盤對鑄型底部的冷卻作用，形成自上而下的正溫度梯度。步驟三：保持5min后，感應(yīng)加熱線圈自下而上依次斷電，并逐步增大底部水冷銅盤的冷卻強(qiáng)度。完成澆注過程。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3