内浇口截面积可调的大型零部件压铸装置以及压铸工艺

技术领域

本发明涉及压铸领域，具体涉及一种内浇口截面积可调的大型零部件压铸装置以及压铸工艺。

背景技术

压力铸造是指将熔融状态的金属(通常称为熔融金属)以高速压射入金属模具内，并在压力下冷却凝固结晶的铸造方法，简称压铸。在压铸过程中，通常是设计恒定的内浇口截面积，压射冲头推动熔杯中的熔融金属通过内浇口进入型腔，待熔融金属完全充满型腔后，其在压射冲头施加的高压通过内浇口补缩到成品并冷却凝固，形成结构复杂的零部件。

通过压铸形成的零部件按照尺寸大小通常分为以下两类：

⑴大型零部件：零部件的长、宽、高任一一项大于500mm；

⑵小型零部件：零部件的长、宽、高任一一项小于等于500mm。

采用传统的压铸模具以及压铸工艺生产大型零部件具有以下几个缺点：

⑴众所周知，内浇口的作用是根据压铸件的结构、形状、大小，以最佳流动状态把熔融金属引入型腔而获得优质压铸件。换句话说，熔融金属需要以最佳的流动状态进入型腔，才会尽可能的减少压铸件的重要部位的气孔和疏松，使产品符合生产标准。

但是，在大型零部件的压铸过程中，压铸阶段不同，压铸的工艺参数不同。若想在大型零部件的整个压铸过程中使熔融金属一直保持最佳的流动状态，则需要在根据产品结构、尺寸、重量以及质量要求确定浇铸工艺后，计算出各个压铸阶段不同的内浇口截面积。例如，为压铸某一大型零部件，内浇口截面积应该以下列方式进行调整：低速压射阶段之前内浇口截面积设为S

这是因为大型零部件的设计尺寸大、熔融金属的填充距离远，熔融金属凝固速度快，为了保证给汤后真空系统排气更为通畅，需要较大的内浇口截面积S

而低速压射阶段结束后，目前在高速压射阶段提高熔融金属填充型腔的速度有以下两种方式：

①增大压射冲头的注射面面积：

该方式的缺陷在于，制造成本高，而且会大大降低产品的填充率，极易出现冷隔现象，压铸件重要部位的气孔和疏松情况大大增加；

②提高压射冲头的压射速度：

该方式的缺陷在于，现有压铸设备的压射冲头在推动熔融金属填充型腔的时候，最大速度只能达到6m/s，而大型零部件的填充速度在高速填充阶段往往需要大于6m/s，现有压铸设备即使提高到最大速度也无法再进一步提高熔融金属的填充速度，局限性非常大。

由此可见，为了使熔融金属获取更高的填充速度，只能将内浇口截面积调小至S

最后，在增压补缩阶段，如果内浇口截面积太小，与产品壁厚相差超出设计允许范围，位于内浇口的熔融金属极易在还没有压铸完成前就先行凝固，导致压射力无法充分传递，甚至使后续的熔融金属无法进入型腔，故在增压补缩阶段又需要把内浇口截面积调至合适的数值S

简而言之，熔融金属的流动状态在整个压铸过程中也受到内浇口截面积大小的影响，传统的大型零部件模具设计根本没有考虑到这个因素。由于模具尺寸固定，内浇口截面积不能随着压铸阶段的改变而改变，使熔融金属无法在整个压铸过程中均处于最佳流动状态，这样生产出来的大型零部件的产品合格率不符合要求；

⑵由于熔融金属处于熔杯出口端的时间比熔融金属处于其他区域的时间长，在大批量的零部件生产过程中，熔杯出口端的温度会明显高于其他区域，虽然浇道有相应的冷却管路，用于单次压铸完成后的产品冷却，但是熔杯出口端与其他区域的温差大，开模取件的时候常常有尚未冷却的熔融金属漏出，极易伤人，造成安全事故，而且熔杯出口端与其他区域连接的区域，也会因为长时间的高温差导致寿命缩短，增加生产成本；

⑶在大型零部件的压铸过程中，若熔融金属的温度大于规定范围，压铸的成品会出现缩孔、裂纹等缺陷；若熔融金属的温度小于规定范围，熔融金属的凝固速度过快，压射力无法充分传递至已经进入型腔的熔融金属。

但是，大型零部件的设计尺寸大，熔杯内径大和长度尺寸长，传统的熔杯温控系统对压射腔中段的熔融金属温度控制精度非常低，无法精准的将压射腔内的熔融金属温度控制在规定范围内，最终得到的大型零部件也难以满足现有的产品质量要求；

⑷大型零部件的设计尺寸大，单次压铸所需的熔融金属体积大，由于传统的给汤方式时间长，熔融金属从进入熔杯到离开熔杯的时间长，导致熔融金属温度大幅度下降、氧化严重，使得铸件在压铸过程中填充不良，最终得到的产品质量难以满足要求。公开号为CN115945666A的《一种大尺寸压铸件的压铸模具及压铸方法》公开了一种双倒料口汤勺结构，包括一个进汤口，两个倒汤口，两个倒汤口的中心间距满足以下条件：

L3＝L-L2-L1-D；L4≈L-L5；L5≈L-L3-L1；

式中，L为压室总长；L1为第一倒汤口的中心距压室内末端距离；L2为产品高速汤料完全倒入压室内保持充满度100％的距离；L3为两个倒汤口的中心间距；D为缓冲距离(通常取值100～300mm)；L4为第一倒汤口倒入的合金液体流动距离；L5为第二倒汤口倒入的合金液体流动距离；

公开号为CN115945666A的《一种大尺寸压铸件的压铸模具及压铸方法》认为两个倒汤口的间距满足以上条件后，才能保证熔融金属在低速阶段不会从熔杯上与倒汤口对应的给汤口溢出，同时给真空抽气预留一定的实施距离，并且在汤勺给汤后，第一倒汤口进入的铝液流动到熔杯的前端部分L4，第二倒汤口倒入的铝液流动到熔杯的后端部分L5，使得从第一、第二倒汤口进入的熔融金属平稳混合。

但是，在长期的压铸工作实践中工作人员发现采用上述方法虽然可以减少一定的给汤时间，使熔融金属能够快速进入熔杯压射腔，但是关于两个倒汤口的中心间距的计算误差大，不同倒汤口进入熔杯的熔融金属在压射腔中的流动距离不能达到预定的设计要求，根本没有办法使不同倒汤口进入熔杯的熔融金属在压射腔中平稳混合，严重影响产品质量。

由于上述几方面的问题一直是本领域难以解决的难题，传统的压铸设备以及压铸工艺难以满足大型零部件的生产需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种内浇口截面积可调的大型零部件压铸装置以及压铸工艺，解决了大型零部件压铸过程中的多个难题，大大提高了大型零部件的产品合格率。

本发明的目的是采用下述方案实现的：

一种内浇口截面积可调的大型零部件压铸装置，包括定模、动模、熔杯，所述定模、动模之间设有浇道，所述熔杯与定模固定连接，熔杯的出口端与浇道的浇口连通，所述定模上设置定模芯，动模上设置动模芯，定模芯和动模芯构成型腔，所述型腔与浇道的内浇口连通，所述动模芯上设有一镶块腔，该镶块腔与内浇口相通，所述镶块腔滑动配合一用于改变内浇口截面积的镶块，所述镶块与一液压油缸的活塞杆固定连接，所述液压油缸安装在动模上，液压油缸的活塞杆与动模上设置的导向孔滑动配合，通过液压油缸驱动镶块在镶块腔内移动，调整内浇口截面积的大小。

优选地，所述熔杯出口端的杯壁内设有多个环形控温水道。

优选地，所述熔杯杯壁内设有多个控温油道，各控温油道均由一沿熔杯压射腔轴向延伸的主温控油道，以及多个环绕熔杯杯壁设置的分支温控油道组成。

优选地，所述控温油道包括第一控温油道、第二控温油道、第三控温油道、第四控温油道，依次设置在熔杯的进料孔与出口端之间。

优选地，所述熔杯设有汤勺，所述熔杯壁设置第一进料孔、第二进料孔，两进料孔沿熔杯压射腔轴向排列，所述汤勺设有第一出汤口、第二出汤口，所述第一出汤口、第二出汤口分别与熔杯上的第一进料孔、第二进料孔对应，所述第一进料孔与第二进料孔的中心间距按照下列公式设置：

L

式中，L

优选地，所述定模包括定模框，所述定模框设有定模芯安装凹腔，所述定模芯设置在定模芯安装凹腔中；

所述动模包括动模框，所述动模框设有动模芯安装凹腔，所述动模芯设置在动模芯安装凹腔中。

优选地，所述定模、动模上均设置有模具加热系统、模具冷却系统，所述模具加热系统包括定模框加热管路、定模芯加热管路、动模框加热管路、动模芯加热管路，所述模具冷却系统包括定模芯冷却管路，动模芯冷却管路。

优选地，所述定模上设有真空系统，所述真空系统包括第一真空管、第二真空管以及真空抽气泵，所述第一真空管的一端通过一设置在定模上部的主动式液压真空阀与真空抽气泵连通，所述第二真空管的一端通过一设置在定模上部的被动式排气板真空阀与真空抽气泵连通，所述第一真空管、第二真空管的另一端均与型腔连通。

本发明还包括一种采用上述压铸装置压铸大型零部件的工艺，包括以下步骤：

1)模具预热阶段：

设置第一控温油道、第二控温油道、第三控温油道、第四控温油道以及模具加热系统的控温油道内导热油的温度，使熔杯、定模、动模的温度达到预设值；

2)合模阶段：

合模形成型腔，启动液压油缸，调整镶块在镶块腔中的位置，使内浇口截面积为第一预设面积；

3)给汤阶段：

从汤勺加入熔融金属，当熔融金属完全进入熔杯的压射腔后，推动压射冲头封堵第一浇注孔，然后移开汤勺，用封口塞封堵第二浇注孔，使压射腔和型腔形成密闭空间后，启动真空系统，使压射腔以及型腔的真空度达到预设范围；

4)低速压射阶段：

移动压射冲头，使冲头注射面推动压射腔内的熔融金属低速进入型腔，直到压射冲头抵达低速行程停止端，关闭主动式液压真空阀；

5)高速压射阶段：

启动液压油缸，调整镶块在镶块腔中的位置，使内浇口截面积为第二预设面积后，继续移动压射冲头，使冲头注射面推动压射腔内剩余的熔融金属高速进入型腔，关闭被动式排气板真空阀；

6)增压补缩阶段：

启动液压油缸，调整镶块在镶块腔中的位置，使内浇口截面积为第三预设面积后，增加压射冲头的压力，以提升产品致密度，

7)开模取件阶段：

开启模具冷却系统，使熔融金属快速冷却形成大型零部件，并开启第五降温水道，使熔杯出口端与其他区域的温差达到预设范围内，开模取件。

优选地，所述第一预设面积、第二预设面积、第三预设面积均根据根据产品结构，尺寸，重量，质量要求确定，且第一预设面积＞第三预设面积＞第二预设面积。

本发明的有益效果如下：

所述动模芯上设有一镶块腔，该镶块腔与内浇口相通，所述镶块腔滑动配合一用于改变内浇口截面积的镶块，所述镶块与一液压油缸的活塞杆固定连接，所述液压油缸安装在动模上，液压油缸的活塞杆与动模上设置的导向孔滑动配合，通过液压油缸驱动镶块在镶块腔内移动，调整内浇口截面积的大小，使内浇口截面积随着压铸阶段的改变而改变，熔融金属在整个压铸过程中均处于最佳流动状态，以提高大型零部件的产品合格率；

优选地，所述熔杯出口端的杯壁内设有多个环形控温水道，在开模取件之前，利用环形控温水道对熔杯出口端进行温度调节，使熔杯出口端与熔杯其他区域达到温度平衡的同时，凝固熔杯出口端的残余熔融金属，防止开模取件时熔融金属漏出、伤人。

优选地，所述熔杯杯壁内设有多个控温油道，各控温油道均由一沿熔杯压射腔轴向延伸的主温控油道，以及多个环绕熔杯杯壁设置的分支温控油道组成。

所述控温油道包括第一控温油道、第二控温油道、第三控温油道、第四控温油道，依次设置在熔杯的进料孔与出口端之间，精准的将压射腔内的熔融金属温度控制在规定范围内，提高产品质量。

优选地，所述熔杯设有汤勺，所述熔杯壁设置第一进料孔、第二进料孔，两进料孔沿熔杯压射腔轴向排列，所述汤勺设有第一出汤口、第二出汤口，所述第一出汤口、第二出汤口分别与熔杯上的第一进料孔、第二进料孔对应，所述第一进料孔与第二进料孔的中心间距按照下列公式设置：

L

式中，L

采用上述公式计算出的中心间距，大大降低了给汤误差，不同倒汤口进入熔杯的熔融金属在压射腔中的流动距离能够准确的达到预定的设计要求，使熔融金属从不同的倒汤口进入熔杯时，会在压射腔中平稳混合，保证了产品质量。

优选地，所述定模包括定模框，所述定模框设有定模芯安装凹腔，所述定模芯设置在定模芯安装凹腔中；

所述动模包括动模框，所述动模框设有动模芯安装凹腔，所述动模芯设置在动模芯安装凹腔中。

采用上述结构，可以方便、快速的更换不同产品对应的定模芯、动模芯。

本发明的优点在于以下四点：

①本发明能够采用液压油缸驱动镶块移动，使内浇口截面积随着压铸阶段的改变而改变，熔融金属在整个压铸过程中均处于最佳流动状态，以提高大型零部件的产品合格率；

②本发明在熔杯出口段设置环形控温水道，在开模取件之前，利用环形控温水道对熔杯出口端进行温度调节，使熔杯出口端与熔杯其他区域达到温度平衡的同时，凝固熔杯出口端的残余熔融金属，防止开模取件时熔融金属漏出、伤人；

③本发明在熔杯杯壁内设有多个控温油道，精准的将压射腔内的熔融金属温度控制在规定范围内，提高产品质量；

④本发明采用通过大量实验得出的中心间距计算公式，大大降低了给汤误差，不同倒汤口进入熔杯的熔融金属在压射腔中的流动距离能够准确的达到预定的设计要求，使熔融金属从不同的倒汤口进入熔杯时，会在压射腔中平稳混合，保证了产品质量。

附图说明

图1为本发明所述大型零部件压铸装置的结构示意图A(含镶块)；

图2为本发明所述大型零部件压铸装置在高速压射阶段的状态示意图；

图3为本发明所述大型零部件压铸装置在增压补缩阶段的状态示意图；

图4为本发明所述大型零部件压铸装置的结构示意图B(不含镶块)；

图5为本发明所述熔杯的控温油道布置示意图；

图6为本发明所述熔杯各控温油道的截面示意图；

图7为本发明两个倒汤口中心间距的计算示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，一种内浇口截面积可调的大型零部件压铸装置，包括定模、动模、熔杯1，所述定模、动模之间设有浇道，所述熔杯1与定模固定连接，熔杯1的出口端与浇道的浇口连通，所述定模上设置定模芯2，动模上设置动模芯3，定模芯2和动模芯3构成型腔，所述型腔与浇道的内浇口4连通，所述动模芯3上设有一镶块腔5，该镶块腔5与内浇口4相通，所述镶块腔5滑动配合一用于改变内浇口截面积的镶块6，所述镶块6与一液压油缸7的活塞杆8固定连接，所述液压油缸7安装在动模上，液压油缸7的活塞杆8与动模上设置的导向孔9滑动配合，通过液压油缸7驱动镶块6在镶块腔5内移动，调整内浇口截面积的大小。

本实施例中，所述熔杯1出口端的杯壁内设有多个环形控温水道1f，各环形控温水道1f的圆心均与熔杯1横截面的圆心相同。

在开模取件之前，可以主动开启环形控温水道1f的控制阀，使温度为30±5℃的介质(一般为水)进入环形控温水道1f，令熔杯1出口端与熔杯1的其他区域的温差处于允许范围内，保证出口端残余熔融金属快速凝固的同时，提高熔杯1寿命。

所述熔杯1杯壁内设有多个控温油道，各控温油道均由一沿熔杯1压射腔1q轴向延伸的主温控油道1h，以及多个环绕熔杯1杯壁设置的分支温控油道1g组成，且各控温油道的分支温控油道1g均与该各控温油道的主温控油道1h连通，同一控温油道的分支温控油道1g均处于熔杯1的同一横截面。

所述控温油道包括第一控温油道1a、第二控温油道1b、第三控温油道1c、第四控温油道1d，依次设置在熔杯1的进料孔与出口端之间。

所述第一控温油道1a与熔杯1的进料孔的距离最近，熔融金属在进入进料孔后，所带来的热量会使进料孔附近的熔杯底部杯壁温度高于熔杯顶部杯壁，故需要把第一控温油道1a的分支温控油道1g集中设置在熔杯顶部杯壁内，以保证顶部与底部的温差在允许范围内，在保证熔杯1内熔融金属温度均匀的同时，避免熔杯1发生变形，增加熔杯1的使用寿命。

而第二控温油道1b、第三控温油道1c、第四控温油道1d，依次设置在熔杯1的进料孔与出口端之间，通过油道内导热油传递热量给熔融金属，保证熔融金属在压射过程当中温度处于设计范围内，避免熔融金属凝固过快，提高产品质量。

所述定模包括定模框2a，所述定模框2a设有定模芯安装凹腔，所述定模芯2设置在定模芯安装凹腔中；

所述动模包括动模框3a，所述动模框3a设有动模芯安装凹腔，所述动模芯3设置在动模芯安装凹腔中。

所述定模、动模上均设置有模具加热系统、模具冷却系统，所述模具加热系统包括定模框加热管路、定模芯加热管路、动模框加热管路、动模芯加热管路，所述模具冷却系统包括定模芯冷却管路，动模芯冷却管路。

所述定模上设有真空系统，所述真空系统包括第一真空管12、第二真空管13以及真空抽气泵，所述第一真空管12的一端通过一设置在定模上部的主动式液压真空阀14与真空抽气泵连通，所述第二真空管13的一端通过一设置在定模上部的被动式排气板真空阀15与真空抽气泵连通，所述第一真空管12、第二真空管13的另一端均与型腔连通。

所述熔杯1设有汤勺10，所述熔杯1壁设置第一进料孔1x、第二进料孔1y，两进料孔沿熔杯1压射腔1q轴向排列，所述汤勺10设有第一出汤口10a、第二出汤口10b，所述第一出汤口10a、第二出汤口10b分别与熔杯1上的第一进料孔1x、第二进料孔1y对应，所述第一进料孔1x与第二进料孔1y的中心间距按照下列公式设置：

L

式中，L

L

即若要压铸该铸件，第一进料孔1x与第二进料孔1y的中心间距L

如果压铸件为某7000T大型结构件，产品尺寸1650mm×1250mm×571mm，壁厚3mm，单次浇铸所需熔融金属的质量M＝81kg，单次浇铸所需熔融金属的体积与压射腔1q容积的比值N＝40％，压射腔1q的直径D＝270mm，熔融金属的密度ρ＝2.65kg/m

L

即若要压铸该铸件，第一进料孔1x与第二进料孔1y的中心间距L

采用上述装置压铸大型零部件，该大型零部件的设计尺寸为940mm×450mm×160mm，质量为13.8kg，浇铸重量为27kg，根据产品结构，尺寸，重量，质量要求确定第一预设面积S

1)模具预热阶段：

设置第一控温油道1a、第二控温油道1b、第三控温油道1c、第四控温油道1d以及模具加热系统的控温油道内导热油的温度，使熔杯1、定模、动模的温度达到预设值；

2)合模阶段：

合模形成型腔，启动液压油缸7，调整镶块6在镶块腔5中的位置，使内浇口截面积为第一预设面积S

3)给汤阶段：

从汤勺10加入熔融金属，当熔融金属完全进入熔杯1的压射腔1q后，推动压射冲头封堵第一浇注孔1x，然后移开汤勺10，用封口塞16封堵第二浇注孔1y，使压射腔1q和型腔形成密闭空间后，启动真空系统，使压射腔1q以及型腔的真空度达到预设范围；

4)低速压射阶段：

移动压射冲头，使冲头注射面推动压射腔内的熔融金属低速进入型腔，直到压射冲头抵达低速行程停止端，关闭主动式液压真空阀14；

5)高速压射阶段：

启动液压油缸7，调整镶块6在镶块腔5中的位置，使内浇口截面积为第二预设面积S

6)增压补缩阶段：

启动液压油缸7，调整镶块6在镶块腔5中的位置，使内浇口截面积为第三预设面积S

7)开模取件阶段：

开启模具冷却系统，使熔融金属快速冷却形成大型零部件，并开启第五降温水道1f，使熔杯1出口端与其他区域的温差达到预设范围内，开模取件。

本发明与现有技术的压铸效果如下表所示：

在实际生产中，为了节能以及提高工作效率，在模具预热阶段也可以不启动真空系统以及液压油缸，在达到模具预热目的后，在压铸大型零部件的生产阶段，再按照本发明所述的步骤1)至步骤9)压铸大型零部件。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提下，对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。