鋁合金殼體鑄造工藝的改進

鋁合金殼體鑄造工藝的改進

為了獲得高質(zhì)量的鋁材料，長期以來，采用了低壓鑄造技術(shù)。在差壓、低壓鑄造的基礎(chǔ)之上又研究了真空差壓鑄造、調(diào)壓鑄造等多個工藝,同時也取得了一定的成績。然而,這些成果大多偏重于理論研究和試驗,而很少總結(jié)實踐經(jīng)驗,這樣一來,制約了鋁合金殼體鑄造的發(fā)展。鋁合金殼體的形狀大多不規(guī)則,比較難加工,加上鑄造環(huán)境較差,但是鑄件有較高的氣密要求,需要經(jīng)過多次的氣密、液壓檢查以及X射線探傷等。如果鋁合金鑄件在鑄造過程中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤,都會造成鑄件的報廢,不僅浪費了資源,而且還影響生產(chǎn)效益。本文結(jié)合鋁合金殼體結(jié)構(gòu)特點,總結(jié)在鑄造過程中經(jīng)常遇到的缺陷,并且提出改進工藝。1鑄件形狀分析某鋁合金殼體鑄件為砂型鑄造件,輪廓尺寸小于300mm,殼體形狀不規(guī)則,表面有多條筋以及凸臺,殼體內(nèi)部上下開口位置有多個拐角,鑄件整體形狀為筒狀結(jié)構(gòu),并且有兩個大小不一的圓筒,在連接位置有凸耳等,大筒的大端比較直,一頭有彎曲,同時尺寸相對較長,還附帶有細長圓筒以及凸臺,小筒的尺寸相對比較短,有著較厚的凸臺,兩圓筒之間的圓柱面壁的厚度相對較均勻,如圖1所示。該鋁合金鑄件的鑄造性能如表1所示。2在洛陽殼體的制造中2.1u2004鑄造工藝從鋁合金殼體結(jié)構(gòu)來看,殼體的尺寸較大,壁厚不均勻,同時熱節(jié)點比較多,并且在殼體上有拐彎空腔,兩圓筒與另一端面比較大,加上有許多的小凸臺,使得鑄件較為復(fù)雜。在鑄造過程中對鑄造技術(shù)要求較高,并且在鑄造完成之后,應(yīng)進行3.5MPa的液壓試驗以及100%的X射線檢查,及時發(fā)現(xiàn)鑄件的孔洞缺陷,采取相應(yīng)措施。該鋁合金鑄件的生產(chǎn)流程主要包括:來料、切邊、清理、機加工、清洗以及裝配等,不僅依靠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來控制鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量,同時還應(yīng)在熔煉過程中,將溫度控制在710~740℃,并且還應(yīng)注意除氫的控制。2.2針孔缺陷產(chǎn)生的原因(1)鋁合金鑄件在鑄造過程中,疏松是較為常見的缺陷,這主要是因為液態(tài)金屬在凝固的時候伴隨著體收縮以及線收縮所造成的,若工藝設(shè)計以及操作不當(dāng)都會造成鑄件疏松。(2)采用差壓鑄造工藝時,金屬液是在壓力下充型,并且在壓力下結(jié)晶,氫在鋁液中的溶解度就會加大,在壓力下極易提高金屬凝固速度,就會使針孔變小。但是在實際操作中若工藝以及操作過程控制不當(dāng)都會造成一定針孔缺陷,影響鑄件質(zhì)量。(3)鑄件在進行X射線檢查時,會出現(xiàn)不同的氣孔,容易造成應(yīng)力集中進而降低鑄件局部力學(xué)性能,導(dǎo)致滲透,漏氣等現(xiàn)象,尤其是在機械加工后氣孔缺陷外露,就無法進行返修,最終導(dǎo)致鑄件報廢。(4)掉砂也是鑄件在鑄造過程中容易出現(xiàn)的缺陷;鋁合金殼體鑄件的內(nèi)腔為鑄造毛坯面,而外面需要進行機械加工,鑄件內(nèi)腔的質(zhì)量就決定著鑄件的質(zhì)量;最后,殼體鑄件也會發(fā)生變形。(5)跑火也是差壓鑄件中常發(fā)生的問題,當(dāng)發(fā)生跑火之后,不僅鑄件造成報廢,同時金屬液還堵在鑄件內(nèi),不易排出,維修更加的困難。本次所列舉的某鋁合金鑄件形成缺陷的原因為:大筒面積較大,長度較長,同時還帶有凸臺,內(nèi)部樹脂砂芯氣體不易排除,圓筒面內(nèi)就容易產(chǎn)生氣孔;小凸臺的大端面也有著較厚的部位,端面必須放置冒口,這樣也容易產(chǎn)生氣孔;兩筒面的連接位置若不放置冒口則形成氣孔,若放置冒口則會將型腔以及芯子產(chǎn)生的氣體引到該位置,也會導(dǎo)致氣孔。3藝實施的難點基于以上,根據(jù)以往鑄件產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗,總結(jié)出鑄造工藝實施的兩大難點為:(1)殼體尺寸精度;(2)內(nèi)部質(zhì)量的控制。對此,確定合理的工藝參數(shù)是保證鑄件質(zhì)量的首要條件,進而對鑄造工藝進行改進,從以下幾方面著手。3.1金屬芯盒及芯盒對加工精度的控制鑄件尺寸的精度直接受到工裝的精度影響,因此,為了能夠保證鑄件尺寸的精度,殼體生產(chǎn)設(shè)計時特地制作了專用的金屬外模以及金屬芯盒,同時將芯子與外型之間的尺寸偏差控制在最小范圍之內(nèi)。進行外模設(shè)計時,將外模直接固定在造型板上,最大限度地減少分箱,進而在底板上分兩次造出。3.2砂制芯的確定某鑄件總共有3個砂芯,都采用樹脂砂制成。固化劑采用磷酸,其中配比(質(zhì)量分數(shù))為100%原砂,磷酸占到樹脂質(zhì)量的30%~55%,樹脂占到原砂質(zhì)量的1.6%~2.5%?；焐胺椒ú捎玫氖菃紊半p混法:將混制的原砂加入到碾內(nèi),加入一定的固化劑,開始混制1min,再加入樹脂,再次混制1min,最終出砂制芯。在制芯的過程中對砂芯的排氣系統(tǒng)進行合理布置,在芯子的內(nèi)部形成貫通的通氣管道,另外,在無法扎通氣孔的位置放入金屬網(wǎng),與主通氣孔相連接進而形成通氣管道,這樣一來,有利于排出氣體,減少砂芯的發(fā)氣量,如圖2所示。3.3中小型樣品殼內(nèi)收縮加工工藝鑄件在凝固的過程中會產(chǎn)生線收縮,因此,在制定鑄造工藝時就應(yīng)放縮尺進而滿足鑄件尺寸要求。尤其是對于該殼體來講,收縮值之間的差距最大限度控制在0.1%內(nèi),內(nèi)控尺寸誤差控制在0.5mm,同時總結(jié)以往經(jīng)驗,結(jié)合該殼體的工藝特點,最后確定內(nèi)腔直徑方向取0.6%,外徑取1.3%以及高度方向取0.8%的收縮率。并且在實踐生產(chǎn)中,已經(jīng)得到充分證實,該收縮率是合理的。3.4加工余量的控制該鋁合金殼體內(nèi)腔不加工,外圓需要切削,在工藝上應(yīng)盡量加大余量,尤其是對于較大的鋁合金造型,更應(yīng)對加工余量進行嚴格控制。需要注意的是,當(dāng)加工余量增大之后,就會導(dǎo)致壁厚增厚,增大熱節(jié),容易導(dǎo)致縮孔或者縮松等。因此,在工裝設(shè)計時,應(yīng)最大限度使外模與底板之間,砂箱與底板之間,都采用定位銷配合定位,將殼體的加工余量減少到3mm。這樣一來,不僅能夠確保鑄件的性能以及耐壓能力,而且還能夠提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量,最終確保生產(chǎn)工藝的順利進行。3.5g軟件分析鋁合金鑄件模具在前期設(shè)計階段應(yīng)用AnyCasting軟件進行合理分析,對鑄件凝固過程進行數(shù)值模擬,進而預(yù)測缺陷區(qū)域,及時采取措施對其進行解決。這樣以來,有較合理的模具也就能夠設(shè)計出高質(zhì)量的產(chǎn)品鑄件。3.6澆注溫度設(shè)計設(shè)置合理的澆注系統(tǒng),應(yīng)綜合考慮鑄件結(jié)構(gòu)的大小。某鋁合金鑄件結(jié)構(gòu)較大,要想使金屬液盡快澆滿,同時也避免澆口過熱,遵循循序凝固的原則,使鋁合金在澆注系統(tǒng)內(nèi)由內(nèi)澆道、直澆道、橫澆道到連接升液管口的直澆道順序凝固,如圖3(a)所示。殼體的澆注溫度設(shè)定在(726±20)℃,通過此種設(shè)計確保鑄件補縮通道順暢,及時傳遞壓力,充分發(fā)揮差壓鑄造壓力補縮的優(yōu)勢。該鑄件設(shè)置4個冒口,都是在芯頭處緊貼鑄件,這就能夠使金屬液以及砂芯內(nèi)部的氣體從冒口排出。另外,在較大以及厚的位置放置冷鐵,冷鐵在消除熱節(jié)、減少縮松方面,具有較好的效果,另外,還設(shè)置了專用型冷鐵,有利于加速冷卻,防治縮松等,在實踐中有較好效果。如圖3(b)所示。3.7次氧夾渣充填為了能夠滿足該鑄件的壓力要求,將殼體的澆注溫度設(shè)定為650℃左右,同時將升壓速率設(shè)定在1.4kPa/s。通過該設(shè)計基本能夠讓金屬液體在平穩(wěn)的壓力狀態(tài)下充填,最終防止飛濺導(dǎo)致的二次氧化夾渣的沖刷。另外,金屬液的質(zhì)量對鑄件的疏松有著較大影響,若金屬液質(zhì)量較差時,其氧化夾雜量就多,導(dǎo)致金屬液的粘度加大,這樣不利于鑄件的補縮,并且相鄰的氧化膜會形成初期裂紋,在這些區(qū)域相對形成微疏松等。因此,在爐料的選擇上應(yīng)盡量使用高純凈度的原材料,杜絕使用坩堝最底部的爐底水回收,在此過程中減少金屬液的攪動,最大限度排渣以及除氣。3.8合爐之后二次精制工藝為了防止針孔、氣孔以及夾渣的產(chǎn)生,在該鋁合金鑄件的鑄造過程中進行了二次精煉。也就是合金出爐前精煉一次,合爐之后在澆注之前再進行二次精煉;在工藝的設(shè)計上,為防止夾渣,采用了三次過濾:(1)將纖維過濾網(wǎng)放在升液管口位置達到過濾目的;(2)將陶瓷過濾網(wǎng)安放在橫澆口位置進行過濾;(3)將雙層纖維過濾網(wǎng)放在縫隙口端以及橫澆口位置。通過這三種過濾方式,在很大程度上能夠避免鑄件夾渣的產(chǎn)生。3.9砂箱與升液管之間的控制預(yù)防跑火。分為兩類,一類是鑄型跑火,一類是升液管跑火。對于鑄型跑火主要是因為分型面不平整,采用封箱膏或者石棉繩對其密封不嚴所致。同時砂型吃砂量以及砂型裂紋都會影響鑄型強度。因此,在造型時應(yīng)保留足夠的吃砂量,從而滿足鑄型的強度,另外在扣箱時應(yīng)認真檢查,對補型腔和分型面進行修補,充分保證不跑火的條件下才能夠合箱澆注。對于升液管跑火問題,主要是因為砂箱底面不平整或直澆道與管口偏差過大會導(dǎo)致密封不嚴而跑火。因此,在扣箱之前應(yīng)認真檢查砂箱底部,將凹坑以及高點抹平,采用涂料將修復(fù)部位進行修復(fù),最大限度密封嚴實。在扣箱時也應(yīng)仔細觀察,進一步保證直澆道與升液管口對正。另外,鑄型自重小于抬箱力也會造成液管口部位跑火,鑒于此種原因,在澆注時將鐵放在砂箱上或者采用工裝將砂箱固定在中隔板上。通過以上措施,防止跑火。3.10u2004試驗精車通過工藝改進,在切除澆注系統(tǒng)之后,進行熱處理,再進行X光探傷,進行精車,經(jīng)過耐壓性能實驗,鋁合金殼體均通過考核,并且質(zhì)量優(yōu)良,