铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装及成形方法与流程

1.本发明涉及一种铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装及成形方法，属于金属铸造技术领域。

背景技术：

2.铸件的生产过程要经过很多道工序，其中熔炼浇注是极为重要的一环，它直接影响铸件的成形质量。针对不同尺寸结构的产品选用不同的浇注工艺，是保证产品质量、降低成本的重要手段。在合金熔体浇注的过程中，通常采用铸型静止或离心的浇注形式。由于熔炼炉炉膛空间有限，一些大尺寸薄壁类铸件的铸型只能采用静止浇注的形式，而静止浇注此类型铸件往往又存在浇不足、冒口补缩能力差、气孔夹杂较多等问题，导致生产成本大幅提高、生产效率严重下降。因此，研究适用于有限空间内大尺寸薄壁类铸件铸型浇注且工艺性稳定可靠、方式简便的金属铸造成形方法以及装卸方便、使用灵活的浇注工装，是实现高质量、高效率金属成形的关键步骤之一。

技术实现要素：

3.本发明是为了解决现有技术中铸型受限于熔炼炉炉膛尺寸只能采用静止浇注而导致的铸件冒口补缩能力差、气孔夹杂较多问题，进而提供了一种铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装及成形方法。
4.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
5.一种铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，包括浇注板、固定框架、摆动盘及中心轴承组件，其中，所述浇注板安装在炉体上且通过中心轴承组件及摆动盘在水平方向上相对于炉体平动，铸型通过固定框架固装在浇注板上，所述摆动盘固装在浇注板下方，所述中心轴承组件包括第一偏心轴、第二偏心轴、第一轴承、第二轴承及法兰盘，所述法兰盘固装在浇注板上，第一偏心轴的上部通过第一轴承与法兰盘转动连接，第二偏心轴的下部通过第二轴承与摆动盘转动连接，第一偏心轴的下端与第二偏心轴的上端卡接，第二偏心轴的底端偏心固装有主轴连接座，且所述主轴连接座与炉体离心主轴固接。
6.进一步地，浇注板与炉体之间连接设置有若干转动连接件，所述转动连接件包括第一定位杆、第二定位杆及第三轴承，其中第一定位杆与第二定位杆由上到下首尾偏心固接，浇注板上开设有若干第一台阶通孔，第一定位杆通过第三轴承转动安装在第一台阶通孔的上部，第二定位杆的下部插装在炉体上。
7.进一步地，浇注板与炉体之间连接设置有若干转动连接件，所述转动连接件为360
°
旋转脚轮，浇注板上开设有若干第一台阶通孔，360
°
旋转脚轮的轮架插装在炉体上，360
°
旋转脚轮的转轮插装在第一台阶通孔的上部。
8.进一步地，浇注板的下方平行设置有两个定位梁，两个所述定位梁平行固装在炉体上，若干转动连接件的下部对应插装在两个定位梁上。
9.进一步地，若干所述转动连接件的数量为四个且均布在铸型外侧的浇注板上。
10.进一步地，浇注板底面平行扣装有两个第一槽钢，且两个第一槽钢布置在中心轴承组件两侧，摆动盘通过若干螺栓固装在两个第一槽钢下方。
11.进一步地，所述固定框架包括两个第一螺杆、四个第二螺杆及四个限位板，其中四个第二螺杆均竖向设置在铸型的外侧且下部均穿装在浇注板上，四个限位板均水平设置，其中，两个限位板相对布置在铸型的两侧且两端对应通过两个第一螺杆固接，另外两个限位板平行布置在铸型的顶端且端部对应通过四个第二螺杆与浇注板固接。
12.进一步地，浇注板上开设有第二台阶通孔，法兰盘同轴卡装在第二台阶通孔内且通过若干螺钉固装在浇注板上。
13.进一步地，所述第一偏心轴包括由上到下首尾偏心固接的第三定位杆及第四定位杆，其中第三定位杆的直径小于第四定位杆设置，所述第二偏心轴包括由上到下首尾偏心固接的第五定位杆及第六定位杆，其中第六定位杆的直径小于第五定位杆设置，所述第一轴承套装在第三定位杆上，所述第二轴承套装在第六定位杆上，第四定位杆的外圆面加工有若干凸棱，第五定位杆的上端部开设有与第四定位杆配合的卡槽。
14.一种采用上述铸造成形工装的金属铸造成形方法，它包括如下步骤：
15.步骤一、依据铸件形状尺寸制作铸型，将其组装好并通过固定框架固装在浇注板上；
16.步骤二、将第二偏心轴、第二轴承及主轴连接座组焊在一起形成第一组件，并通过主轴连接座及螺栓固定在炉体的离心主轴上，随后将摆动盘套接于第一组件上；
17.步骤三、将第一偏心轴、第一轴承组焊在一起形成第二组件，并将其置于法兰盘内侧通过卡簧卡接固定，随后将其整体放置于浇注板上并通过螺栓将法兰盘与浇注板固定；
18.步骤四、利用叉车将铸型与浇注板组成的整体结构通过第一偏心轴与第二偏心轴进行卡接，随后在浇注板下方通过螺栓将摆动盘与浇注板固接；
19.步骤五、根据铸件成形的工艺要求，通过控制转动炉体离心主轴带动中心轴承组件转动，进而使铸型在水平方向的预定空间范围内作圆周摆动，在铸型达到工艺设定的摆动频率后进行浇注，浇注完成后根据工艺设定的摆动时间停止炉体离心主轴的转动；
20.步骤六、利用叉车将铸型与浇注板一同叉出，利用机械加工方法去除铸型及浇注系统，形成金属铸件。
21.本发明与现有技术相比具有以下效果：
22.工装内的各零件组成一套通过主轴旋转完成铸型在水平方向作小幅度圆周摆动的结构系统。根据炉膛空间尺寸及具体产品结构特点，制定相应摆动铸造工艺，并加工制作各零件，完成浇注工装的组装、调试与生产。
23.通过本技术的成形工装能够有效提高金属液流动性，加快气泡夹杂的长大、上浮及溢出速度，同时扩大铸件补缩通道以提高冒口补缩能力。这样不仅能够提高铸件的成形质量，而且得到的铸件具有良好的冶金质量、较高的尺寸精度及优异的机械性能，为不同结构尺寸产品的铸造提供更多的工艺选择。
附图说明
24.图1为本技术的第一立体结构示意图(固装铸型状态下)；
25.图2为图1的半剖视示意图；
26.图3为图1的主视示意图；
27.图4为本技术的第二立体结构示意图(铸型未示出)；
28.图5为本技术的第三立体结构示意图(铸型未示出)；
29.图6为浇注板的立体结构示意图；
30.图7为摆动盘的立体结构示意图；
31.图8为转动连接件的立体结构示意图；
32.图9为中心轴承组件的立体结构示意图；
33.图10为第一偏心轴与第二偏心轴的卡接示意图；
34.图11为法兰盘与第一偏心轴的组装状态示意图；
35.图12为法兰盘的立体结构示意图；
36.图13为第一偏心轴与第一轴承的组装状态示意图；
37.图14为第一偏心轴的立体结构示意图；
38.图15为第二偏心轴与第二轴承的组装状态示意图；
39.图16为第二偏心轴的立体结构示意图。
具体实施方式
40.具体实施方式一：结合图1～图16说明本实施方式，一种铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，包括浇注板1、固定框架2、摆动盘3及中心轴承组件4，其中，所述浇注板1安装在炉体上且通过中心轴承组件4及摆动盘3在水平方向上相对于炉体平动，铸型100通过固定框架2固装在浇注板1上，所述摆动盘3固装在浇注板1下方，所述中心轴承组件4包括第一偏心轴41、第二偏心轴42、第一轴承43、第二轴承44及法兰盘45，所述法兰盘45固装在浇注板1上，第一偏心轴41的上部通过第一轴承43与法兰盘45转动连接，第二偏心轴42的下部通过第二轴承44与摆动盘3转动连接，第一偏心轴41的下端与第二偏心轴42的上端卡接，第二偏心轴42的底端偏心固装有主轴连接座46，且所述主轴连接座46与炉体离心主轴固接。
41.主轴连接座46与炉体离心主轴之间通过若干螺栓固定连接。
42.法兰盘45与第一轴承43之间通过卡簧47固接。
43.所述浇注板1优选为铁板。
44.固定框架的形状根据所要固定的铸型确定。
45.通过中心轴承组件4的偏心设置，实现在炉体离心主轴转动时，通过中心轴承组件带动浇注板及其上的铸型在水平方向的平动。
46.根据铸型100内实际结构，本技术中的摆动盘3及中心轴承组件4可选择设置在浇注板1正中心位置，也可选择设置在浇注板1偏心位置，即本技术说明书附图所示的位置。
47.摆动盘3的中心位置开设有多处不同轴心的圆形台阶孔，圆形台阶轴心距d依据具体圆周摆动铸造工艺确定，d一般选择5mm～20mm。
48.整个中心轴承组件4用于连接和定位炉体离心主轴、摆动盘3、浇注板1之间的位置，并保证浇注板1和摆动盘3的小幅度圆周摆动。
49.工装内的各零件组成一套通过主轴旋转完成铸型100在水平方向作小幅度圆周摆动的结构系统。根据炉膛空间尺寸及具体产品结构特点，制定相应摆动铸造工艺，并加工制
作轴心距d相等的上述各零件，完成浇注工装的组装、调试与生产。
50.通过本技术的成形工装能够有效提高金属液流动性，加快气泡夹杂的长大、上浮及溢出速度，同时扩大铸件补缩通道以提高冒口补缩能力。这样不仅能够提高铸件的成形质量，而且得到的铸件具有良好的冶金质量、较高的尺寸精度及优异的机械性能，为不同结构尺寸产品的铸造提供更多的工艺选择。
51.浇注板1与炉体之间连接设置有若干转动连接件5，所述转动连接件5包括第一定位杆51、第二定位杆52及第三轴承53，其中第一定位杆51与第二定位杆52由上到下首尾偏心固接，浇注板1上开设有若干第一台阶通孔11，第一定位杆51通过第三轴承53转动安装在第一台阶通孔11的上部，第二定位杆52的下部插装在炉体上。如此设计，通过将第一定位杆51与第二定位杆52偏心设置，当炉体离心主轴带动中心轴承组件4转动进而带动浇注板1水平方向平动时，实现辅助限制浇筑铁板水平方向平动的作用，能更准定位和保证浇注板1在可控范围内平动，起到进一步稳定的作用。第一定位杆51与第二定位杆52的轴心距与前述摆动盘3上的圆形台阶轴心距d相等。
52.所述转动连接件5还可以为360
°
旋转脚轮，360
°
旋转脚轮的轮架插装在炉体上，360
°
旋转脚轮的转轮插装在第一台阶通孔11的上部。如此设计，通过设置360
°
旋转脚轮，当炉体离心主轴带动中心轴承组件4转动进而带动浇注板1水平方向平动时，实现辅助限制浇筑铁板水平方向平动的作用，能更准定位和保证浇注板1在可控范围内平动，起到进一步稳定的作用。
53.浇注板1的下方平行设置有两个定位梁6，两个所述定位梁6平行固装在炉体上，若干转动连接件5的下部对应插装在两个定位梁6上。如此设计，通过将两个定位梁6焊接固定在炉体相应位置，便于实现浇注板1与炉体的水平方向的平动范围限制。
54.若干所述转动连接件5的数量为四个且均布在铸型100外侧的浇注板1上。
55.浇注板1底面平行扣装有两个第一槽钢7，且两个第一槽钢7布置在中心轴承组件4两侧，摆动盘3通过若干螺栓固装在两个第一槽钢7下方。如此设计，通过设置第一槽钢7，便于利用叉车叉动浇注板1及其上铸型100，完成中心轴承组件4与第二轴承44组件之间的连接与分离；同时，便于摆动盘3与浇注板1之间的固定连接。
56.所述固定框架2包括两个第一螺杆21、四个第二螺杆22及四个限位板23，其中四个第二螺杆22均竖向设置在铸型100的外侧且下部均穿装在浇注板1上，四个限位板23均水平设置，其中，两个限位板23相对布置在铸型100的两侧且两端对应通过两个第一螺杆21固接，另外两个限位板23平行布置在铸型100的顶端且端部对应通过四个第二螺杆22与浇注板1固接。如此设计，通过两个第一螺杆21、四个第二螺杆22及四个限位板23，将铸型100合围固定。所述限位板23可以为第二槽钢，也可以为其它条形板状结构。螺杆与限位板23之间通过螺母拧紧固定。
57.浇注板1上开设有第二台阶通孔12，法兰盘45同轴卡装在第二台阶通孔12内且通过若干螺钉固装在浇注板1上。
58.所述第一偏心轴41包括由上到下首尾偏心固接的第三定位杆41-1及第四定位杆41-2，其中第三定位杆41-1的直径小于第四定位杆41-2设置，所述第二偏心轴42包括由上到下首尾偏心固接的第五定位杆42-1及第六定位杆42-2，其中第六定位杆42-2的直径小于第五定位杆42-1设置，所述第一轴承43套装在第三定位杆41-1上，所述第二轴承44套装在
第六定位杆42-2上，第四定位杆41-2的外圆面加工有若干凸棱41-21，第五定位杆42-1的上端部开设有与第四定位杆41-2配合的卡槽42-11。如此设计，通过凸棱41-21与卡槽42-11的配合卡接，实现第一偏心轴41与第二偏心轴42的快速连接与分离。第三定位杆41-1与第四定位杆41-2的轴心距、第五定位杆42-1与第六定位杆42-2的轴心距均与前述摆动盘3上的圆形台阶轴心距d相等。
59.一种采用上述铸造成形工装的金属铸造成形方法，它包括如下步骤：
60.步骤一、依据铸件形状尺寸制作铸型100，将其组装好并通过固定框架2固装在浇注板1上；
61.步骤二、将第二偏心轴42、第二轴承44及主轴连接座46组焊在一起形成第一组件，并通过主轴连接座46及螺栓固定在炉体的离心主轴上，随后将摆动盘3套接于第一组件上；当浇注板1通过定位梁6安装在炉体上时，可先将定位梁6焊接固定在炉体相应位置，再安装转动连接件5。
62.步骤三、将第一偏心轴41、第一轴承43组焊在一起形成第二组件，并将其置于法兰盘45内侧通过卡簧47卡接固定，随后将其整体放置于浇注板1上并通过螺栓将法兰盘45与浇注板1固定；
63.步骤四、利用叉车将铸型100与浇注板1组成的整体结构通过第一偏心轴41与第二偏心轴42进行卡接，随后在浇注板1下方通过螺栓将摆动盘3与浇注板1固接；在浇注板1上的第一台阶通孔11处放置转动连接件5，将浇注板1与炉体相连接。
64.步骤五、根据铸件成形的工艺要求，通过控制转动炉体离心主轴带动中心轴承组件4转动，进而使铸型100在水平方向的预定空间范围内作圆周摆动，在铸型100达到工艺设定的摆动频率后进行浇注，浇注完成后根据工艺设定的摆动时间停止炉体离心主轴的转动；
65.步骤六、利用叉车将铸型100与浇注板1一同叉出，利用机械加工方法去除铸型100及浇注系统，形成金属铸件。去除铸型100及浇注系统所采用的机械加工方法为现有技术，此处不再赘述。
66.本技术的金属铸造成形方法工艺性稳定可靠、方式简便，浇注工装装卸方便、使用灵活，可以高质量、高效率完成铸型浇注，提高产品质量、降低制造成本、缩短产品研制周期，经济效益和社会效益良好。
67.本技术中，定位梁6、摆动盘3、转动连接件5及中心轴承组件4的主要材料均采用碳素结构钢q235进行制造，该材料具有良好的韧性和强度，加工性、焊接性好。轴承选用使用成熟的标准或非标轴承，浇注板1采用铸铁或碳素结构钢q235进行制造。

技术特征：

1.一种铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：包括浇注板(1)、固定框架(2)、摆动盘(3)及中心轴承组件(4)，其中，所述浇注板(1)安装在炉体上且通过中心轴承组件(4)及摆动盘(3)在水平方向上相对于炉体平动，铸型(100)通过固定框架(2)固装在浇注板(1)上，所述摆动盘(3)固装在浇注板(1)下方，所述中心轴承组件(4)包括第一偏心轴(41)、第二偏心轴(42)、第一轴承(43)、第二轴承(44)及法兰盘(45)，所述法兰盘(45)固装在浇注板(1)上，第一偏心轴(41)的上部通过第一轴承(43)与法兰盘(45)转动连接，第二偏心轴(42)的下部通过第二轴承(44)与摆动盘(3)转动连接，第一偏心轴(41)的下端与第二偏心轴(42)的上端卡接，第二偏心轴(42)的底端偏心固装有主轴连接座(46)，且所述主轴连接座(46)与炉体离心主轴固接。2.根据权利要求1所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：浇注板(1)与炉体之间连接设置有若干转动连接件(5)，所述转动连接件(5)包括第一定位杆(51)、第二定位杆(52)及第三轴承(53)，其中第一定位杆(51)与第二定位杆(52)由上到下首尾偏心固接，浇注板(1)上开设有若干第一台阶通孔(11)，第一定位杆(51)通过第三轴承(53)转动安装在第一台阶通孔(11)的上部，第二定位杆(52)的下部插装在炉体上。3.根据权利要求1所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：浇注板(1)与炉体之间连接设置有若干转动连接件(5)，所述转动连接件(5)为360
°
旋转脚轮，浇注板(1)上开设有若干第一台阶通孔(11)，360
°
旋转脚轮的轮架插装在炉体上，360
°
旋转脚轮的转轮插装在第一台阶通孔(11)的上部。4.根据权利要求2或3所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：浇注板(1)的下方平行设置有两个定位梁(6)，两个所述定位梁(6)平行固装在炉体上，若干转动连接件(5)的下部对应插装在两个定位梁(6)上。5.根据权利要求2或3所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：若干所述转动连接件(5)的数量为四个且均布在铸型(100)外侧的浇注板(1)上。6.根据权利要求1、2或3所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：浇注板(1)底面平行扣装有两个第一槽钢(7)，且两个第一槽钢(7)布置在中心轴承组件(4)两侧，摆动盘(3)通过若干螺栓固装在两个第一槽钢(7)下方。7.根据权利要求1、2或3所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：所述固定框架(2)包括两个第一螺杆(21)、四个第二螺杆(22)及四个限位板(23)，其中四个第二螺杆(22)均竖向设置在铸型(100)的外侧且下部均穿装在浇注板(1)上，四个限位板(23)均水平设置，其中，两个限位板(23)相对布置在铸型(100)的两侧且两端对应通过两个第一螺杆(21)固接，另外两个限位板(23)平行布置在铸型(100)的顶端且端部对应通过四个第二螺杆(22)与浇注板(1)固接。8.根据权利要求1、2或3所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：浇注板(1)上开设有第二台阶通孔(12)，法兰盘(45)同轴卡装在第二台阶通孔(12)内且通过若干螺钉固装在浇注板(1)上。9.根据权利要求1、2或3所述的铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装，其特征在于：所述第一偏心轴(41)包括由上到下首尾偏心固接的第三定位杆(41-1)及第四定位杆(41-2)，其中第三定位杆(41-1)的直径小于第四定位杆(41-2)设置，所述第二偏心轴(42)包括由上到下首尾偏心固接的第五定位杆(42-1)及第六定位杆(42-2)，其中第六定位杆
(42-2)的直径小于第五定位杆(42-1)设置，所述第一轴承(43)套装在第三定位杆(41-1)上，所述第二轴承(44)套装在第六定位杆(42-2)上，第四定位杆(41-2)的外圆面加工有若干凸棱(41-21)，第五定位杆(42-1)的上端部开设有与第四定位杆(41-2)配合的卡槽(42-11)。10.一种采用上述权利要求1～9中任一权利要求所述铸造成形工装的金属铸造成形方法，其特征在于：它包括如下步骤：步骤一、依据铸件形状尺寸制作铸型(100)，将其组装好并通过固定框架(2)固装在浇注板(1)上；步骤二、将第二偏心轴(42)、第二轴承(44)及主轴连接座(46)组焊在一起形成第一组件，并通过主轴连接座(46)及螺栓固定在炉体的离心主轴上，随后将摆动盘(3)套接于第一组件上；步骤三、将第一偏心轴(41)、第一轴承(43)组焊在一起形成第二组件，并将其置于法兰盘(45)内侧通过卡簧(47)卡接固定，随后将其整体放置于浇注板(1)上并通过螺栓将法兰盘(45)与浇注板(1)固定；步骤四、利用叉车将铸型(100)与浇注板(1)组成的整体结构通过第一偏心轴(41)与第二偏心轴(42)进行卡接，随后在浇注板(1)下方通过螺栓将摆动盘(3)与浇注板(1)固接；步骤五、根据铸件成形的工艺要求，通过控制转动炉体离心主轴带动中心轴承组件(4)转动，进而使铸型(100)在水平方向的预定空间范围内作圆周摆动，在铸型(100)达到工艺设定的摆动频率后进行浇注，浇注完成后根据工艺设定的摆动时间停止炉体离心主轴的转动；步骤六、利用叉车将铸型(100)与浇注板(1)一同叉出，利用机械加工方法去除铸型(100)及浇注系统，形成金属铸件。

技术总结

一种铸型在水平方向作圆周摆动的铸造成形工装及成形方法，属于金属铸造技术领域。本发明解决了现有技术中铸型受限于熔炼炉炉膛尺寸只能采用静止浇注而导致的铸件冒口补缩能力差、气孔夹杂较多的问题。浇注板安装在炉体上且通过中心轴承组件及摆动盘在水平方向上相对于炉体平动，铸型通过固定框架固装在浇注板上，摆动盘固装在浇注板下方，法兰盘固装在浇注板上，第一偏心轴的上部通过第一轴承与法兰盘转动连接，第二偏心轴的下部通过第二轴承与摆动盘转动连接，第一偏心轴的下端与第二偏心轴的上端卡接，第二偏心轴的底端偏心固装有主轴连接座，且主轴连接座与炉体离心主轴固接。通过主轴旋转完成铸型在水平方向作小幅度圆周摆动。圆周摆动。圆周摆动。