[發明專利]潛流鑄造方法

有效

• 申請號: 201310278329.X
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103341621A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 姚山;王廷利;沈煒
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B22D37/00
• 分類號: B22D37/00;B22D35/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于鑄造技術領域，涉及一種潛流鑄造方法。

背景技術

鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。

鑄造分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。砂型鑄造是以型砂為主要造型材料制備鑄型的鑄造工藝方法，特種鑄造是除砂型鑄造以外其它鑄造方法的總稱，常用的特種鑄造方法有壓力鑄造、熔模鑄造、離心鑄造、消失模鑄造等。

（1）砂型鑄造：以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，液態金屬在重力下通過澆注系統進入鑄型來生產鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，長期以來，一直是鑄造生產中的基本工藝。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。

（2）壓力鑄造：在高壓作用下，將液態或半液態金屬快速充填金屬型的型腔，并在壓力下凝固成鑄件的鑄造方法。壓力鑄造生產率高，便于實現自動化；鑄件的精度高、尺寸穩定、表面質量好；鑄件組織細密、力學性能好；能鑄出形狀復雜的薄壁鑄件。目前，壓力鑄造主要用于大批量生產鋁、鋅、銅、鎂等非鐵金屬與合金件。

（3）熔模鑄造：用易熔材料制成模樣，在模樣上涂掛若干層耐火涂料，待硬化后熔出模樣形成無分型面的型殼，經高溫焙燒后即可澆注獲得鑄件的鑄造方法。熔模鑄造是一種精密鑄造工藝，鑄件的尺寸精度高、表面質量好；適應性強，能生產出形狀特別復雜的鑄件，適合于高熔點和難切削合金，生產批量不受限制。

（4）離心鑄造：將液態金屬澆入旋轉的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法。離心鑄造的特點是金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補縮效果好，鑄件外層組織致密，非金屬夾雜物少，機械性能好；不用造型、制芯，節省了相關材料及設備投入。離心鑄造廣泛用于大口徑鑄鐵管、缸套、雙金屬軸承、活塞環、特殊鋼無縫管坯等的生產。

（5）消失模鑄造：采用泡沫材料模樣代替普通模樣緊實造型，造好型后不取出模樣，直接澆注金屬液，在高溫金屬液的作用下，模樣受熱氣化、燃燒而消失，金屬液取代原來泡沫模樣占據的位置，冷卻凝固后即獲得所需的鑄件。消失模鑄造不用起模、不用型芯、不合型，大大減化了造型工藝，并減少了由制芯、取模、合型引起的鑄造缺陷及廢品數量。適用于各類合金（鋼、鐵、銅、鋁等合金），適合于結構復雜、難以起模或活塊和外芯較多的鑄件。

以上各種鑄造方法各有特點及優勢，但是，也都存在著一些不足。對于砂型鑄造，澆注系統構成復雜，包括澆口杯、橫澆道、豎澆道、內澆口、冒口、排氣道等，各組成部分對金屬液充型和凝固過程的影響明顯，但設計難度較大，同時，由于鑄造工序復雜及型砂強度較低等因素的影響，容易產生砂眼、冷隔、氣孔、縮松等缺陷。

對于壓力鑄造，目前不能用于高熔點鑄鐵和鑄鋼件的生產；由于澆注速度大，常有氣孔殘留于鑄件內，因此鑄件不宜熱處理，以防氣體受熱膨脹，導致鑄件變形破裂。另外，壓力鑄造設備投資大，壓鑄型制造周期長、成本高。

對于熔模鑄造，工藝復雜、生產周期長、原輔材料費用比砂型鑄造高，生產成本較高，不適合生產輪廓尺寸很大的鑄件。

對于離心鑄造，鑄出的筒形零件內孔自由表面粗糙、尺寸誤差大、質量差，有較多氣孔、夾渣，因此需增加加工余量，而且不適宜澆注容易產生比重偏析的合金及鋁鎂等合金。

對于消失模鑄造，氣化模造成空氣污染；泡沫塑料模具設計生產周期長，成本高；生產大尺寸的鑄件時，模樣易變形。

發明內容

本發明提供了一種基于潛流鑄造技術制作鑄件的方法。

本發明的技術方案包括以下步驟：

步驟1：繪制鑄型的三維CAD模型，沿垂直于重力方向對鑄型型腔進行分層切片，計算并存儲每層切片的層厚、上表面截面積、體積；繪制澆包的三維CAD模型，沿垂直于重力方向對澆包內腔進行分層切片，計算并存儲每層切片的層厚、上表面截面積、體積。分層的切片越薄、層數越多，則后續計算精度越高，但分層時間增加。

步驟2：設定澆注參數，包括澆包內待澆金屬液重量W₀及密度ρ、澆注管長度L_管、澆注管口內徑D_管、充型開始時澆注管口距型腔底部的高度H₀、充型過程澆注管口潛入液面深度H_潛、監控時間T_監、重量誤差允許值α等。