3A03006B鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝研究與應(yīng)用

1、序號： 編碼：3A03006B 第九屆“挑戰(zhàn)杯”河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽作 品 申 報 書 作品名稱：鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝研究與應(yīng)用 學(xué)校全稱： 南 陽 理 工 學(xué) 院 個人申報者姓名（集 體 名 稱）： 石歡等 類別：自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文哲學(xué)社會科學(xué)類社會調(diào)查報告和學(xué)術(shù)論文科技制作小發(fā)明創(chuàng)造A2申報者情況（集體項目）說明：1必須由申報者本人按要求填寫；2申報者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列；3本表中的學(xué)籍管理部門蓋章視為申報者情況的確認。姓 名石歡性別男出生年月1988年10月申報者情況學(xué) 校南陽理工學(xué)院專業(yè)機械設(shè)制造及其自動化專業(yè)現(xiàn)學(xué)歷本科年級三學(xué)制四年入

2、學(xué)時間2008年9月作品全稱鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝研究與應(yīng)用畢業(yè)論文題 目通訊地址南陽理工學(xué)院機電工程系郵政編碼473004辦公電話常 住 地通訊地址南陽理工學(xué)院機電工程系郵政編碼473004住宅電話其他作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在單位孫曉云女21本科南陽理工學(xué)院機電工程系賀勇焱男21本科南陽理工學(xué)院機電工程系顏勝克男22本科南陽理工學(xué)院機電工程系資格認定學(xué)校學(xué)籍管理部門意 見以上作者是否為2011年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的的各類高等學(xué)校專科生、本科生、碩士研究生或博士研究生。是 否（部門蓋章） 年 月 日院系負責(zé)人或?qū)熞?見本作品是否為課外學(xué)術(shù)科技或社會實

3、踐活動成果。是 否 負責(zé)人簽名： 年 月 日 B3申報作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1必須由申報者本人填寫；2本部分中的科研管理部門蓋章視為對申報者所填內(nèi)容的確認； 3本表必須要有1000字以內(nèi)的作品說明，并附有研究報告、圖表、曲線、試驗數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖或照片，也可附鑒定證書和應(yīng)用證書等，打印或粘貼到申報書后。 4作品分類請按照作品發(fā)明點或創(chuàng)新點所在類別填報。作品全稱鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝研究與應(yīng)用作品分類（ A ）A機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等） B信息技術(shù) （包括計算機、電信、通訊、電子等） C數(shù) 理 （包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D生

4、命科學(xué) （包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E能源化工 （包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路目的：解決大型、薄壁、高外觀質(zhì)量鑄件的鑄造生產(chǎn)。基本思路：1、分析現(xiàn)有鑄造工藝方法存在的缺陷，提出真空密封造型鑄造工藝方案；2、鋁硅合金真空密封造型所用設(shè)備、工裝研究、設(shè)計、制造；3、鋁硅合金真空密封造型工藝過程（造型、抽真空、澆注等）研究、試驗；4、鋁硅合金真空密封造型方法生產(chǎn)鑄件的性能檢測；5、鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝的生產(chǎn)實踐應(yīng)用、驗證。創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標一、創(chuàng)新點：1、研究出了適合于鋁硅合金的普通砂型真空密封造型工藝，優(yōu)化

5、了工藝技術(shù)參數(shù)，解決了大型、薄壁、表面質(zhì)量要求高的鋁硅合金鑄件的生產(chǎn)瓶頸。2、利用自行設(shè)計研制的傾轉(zhuǎn)澆注工作臺，成功地實現(xiàn)了鋁硅合金真空密封造型鑄造的傾轉(zhuǎn)澆注工藝。3、開發(fā)設(shè)計出了適合中小企業(yè)實際應(yīng)用的真空密封造型裝置,減少了投資。二、技術(shù)關(guān)鍵：1、結(jié)合塑料薄膜密封的砂箱密封技術(shù)；2、干砂的振動充實技術(shù)；3、型砂的抽真空自硬技術(shù)；4、鋁硅合金的不攪拌熔煉、精煉爐外過濾精煉技術(shù)；5、傾轉(zhuǎn)澆注工藝技術(shù)。三、主要技術(shù)指標：1、型砂規(guī)格：30（0.425、0.300、0.212篩）組水洗烘干石英砂。2、塑料薄膜加熱烘軟溫度：60l00；覆膜真空度：0.035MPa。3、真空度：0.0400.075MP

6、a。4、澆注方式：傾轉(zhuǎn)澆注。作品的科學(xué)性先進性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實質(zhì)性技術(shù)特點和顯著進步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻資料）1、設(shè)備簡單、投資少。2、金屬利用率高。金屬液在真空密封造型的型腔中冷卻速度較慢，有利于金屬液的補給，故冒口尺寸可大幅減小，從而提高了15%的金屬材料利用率。3、鑄件輪廓清晰、表面粗糙度好、尺寸精度高。真空密封造型的鑄型內(nèi)腔表面覆有塑料薄膜和涂料，鑄型面光滑無瑕庇，保證鑄件的表面粗糙度好。4、生產(chǎn)成本低。由于真空密封造型使用無粘接劑的干砂，砂子的回用率可達95%以上，有效節(jié)約了造型材料，降低了生產(chǎn)成本。5、模型和砂箱使用壽命長。6、改善了工作

7、環(huán)境。7、降低了勞動強度。造型過程干砂靠微震充填砂箱、靠抽真空緊實鑄型，不需舂砂、搗砂，降低了勞動強度。作品在何時、何地、何種機構(gòu)舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結(jié)果作品所處階 段（ ）A實驗室階段 B中試階段 C生產(chǎn)階段D 企業(yè)實際應(yīng)用及項目推廣階段（自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式作品可展示的 形 式實物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測1、 使用說明：向特制的砂箱內(nèi)填入無粘接劑的干砂，再用塑料薄膜將砂型頂面密封，將砂型抽真空，借住砂型內(nèi)外壓力差，使型砂緊實并具有一定硬度，

8、然后除去模樣中吸膜的真空，起模后制成砂型。下芯、合型后即可澆注，待鑄件全部凝固后，除去砂型的真空，砂型自行潰散，取出鑄件。2、 技術(shù)特點和優(yōu)勢：（1）采用無粘結(jié)劑的干砂，使型砂的耗量降到最低限度，堪稱綠色環(huán)保的現(xiàn)代鑄造技術(shù)。（2）用塑料薄膜使砂型成型，改善了勞動條件，使造型和砂處理系統(tǒng)大大得以簡化。（3）鑄件尺寸精度高、輪廓清晰、表面光潔。（4）金屬利用率高。（5）模型和砂箱使用壽命長。3、 市場分析：鋁合金真空密封造型鑄造新工藝技術(shù)可行、工藝可靠、實用性強，除了產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益之外，對鋁硅合金鑄造行業(yè)如何減少環(huán)境污染、實現(xiàn)“綠色鑄造”具有指導(dǎo)作用，同時還能為緩解我國能源緊缺的現(xiàn)狀做出貢獻，

9、因此鋁合金真空密封鑄造新工藝是一種很有發(fā)展前途的、先進的鑄造工藝，是值得推廣的鑄造工藝。專利申報情況提出專利申報 申報號 申報日期 年 月 日已獲專利權(quán)批準 批準號 批準日期 年 月 日 未提出專利申請科研管理部門蓋章年 月 日C.當前國內(nèi)外同類課題研究水平概述 說明：1.申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評審。圖1 氫在鋁中的溶解度真空密封造型工藝是由日本長野縣工業(yè)實驗所和秋田株式會社于20世紀70年代初發(fā)明并研制成功的一種特種鑄造方法，自投入使用以來，世界上有十幾個國家和地區(qū)約300條生產(chǎn)線在使用，生產(chǎn)黑色金屬鑄件取得了較好效果。我國自20世紀80年代開始引進真空密封造型

10、技術(shù)和設(shè)備，同時上海、武漢、北京、沈陽和合肥等鑄造界的科技人員對真空密封造型工藝的設(shè)備工裝等開始研制，國內(nèi)也有不少家鑄造廠使用這種造型線，但大都采用的是進口設(shè)備，而且都是應(yīng)用于黑色金屬鑄造。由于鋁硅合金的熱容量小，溫度降低快，化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡瑯O易氧化和吸氣，氫在鋁液、固態(tài)中的溶解度差值大，如圖1所示；而真空密封造型導(dǎo)熱性差，結(jié)晶慢，在鑄件內(nèi)部容易形成針孔、氣孔缺陷，嚴重影響鑄件的質(zhì)量和性能，因此真空密封造型工藝在有色金屬鋁硅合金鑄造方面的應(yīng)用還沒有相關(guān)的研究報道。D.推薦者情況及對作品的說明說明： 1由推薦者本人填寫；2推薦者必須具有高級專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申報作品相同或相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者或

11、專業(yè)技術(shù)人員（教研組集體）推薦亦可；3推薦者填寫此部分，即視為同意推薦；4推薦者所在單位蓋章僅被視為對推薦者身份的確認。推薦者情況姓 名林紅旗性別女年齡44職稱教授工作單位南陽理工學(xué)院機電工程系通訊地址南陽理工學(xué)院機電工程系郵編473004單位電話62232686住宅電話手機推薦者所在單位蓋章（蓋章） 年 月 日請對申報者申報情況的真實性作出闡述本項目是由南陽理工學(xué)院機電系與南陽市匯森精密儀器鑄造有限公司聯(lián)合開發(fā)的科技攻關(guān)項目，旨在解決南陽市匯森精密儀器鑄造有限公司生產(chǎn)的高壓開關(guān)上大型、薄壁、高外觀質(zhì)量鑄件的供貨生產(chǎn)，已投入使用。因此申報者申報的情況是真實的。請對作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍

12、及推廣前景作出您的評價鋁硅合金真空密封造型工藝具有設(shè)備簡單、成本低、合金流動性及表面質(zhì)量好、環(huán)境污染小的特點，較好解決了大型、薄壁、高外觀質(zhì)量鋁硅合金鑄件的生產(chǎn)；本項目研究成果降低了真空密封造型技術(shù)的使用門檻，使真空密封造型技術(shù)的大量推廣應(yīng)用成為可能。采用該工藝生產(chǎn)的大型薄壁鋁硅合金鑄件性能超過了國內(nèi)同類產(chǎn)品，具有國內(nèi)領(lǐng)先水平。其它說明該技術(shù)已在企業(yè)實際應(yīng)用，效果良好，通過了企業(yè)驗收。推薦者情況姓 名田光輝性別男年齡40職稱副教授工作單位南陽理工學(xué)院機電工程系通訊地址南陽理工學(xué)院機電工程系郵編473004單位電話62232716住宅電話手機推薦者所在單位蓋章 （蓋章） 年 月 日請對申報者申報

13、情況的真實性作出闡述本項目是由南陽市匯森精密儀器鑄造有限公司聯(lián)系南陽理工學(xué)院機電工程系，成立的校企聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)小組開發(fā)的，由我系部分教授和企業(yè)高級工程師擔(dān)任的指導(dǎo)老師，我系在校大學(xué)生承擔(dān)的項目設(shè)計、制造和試驗。申報者申報的情況是真實的。請對作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評價本項目采用的密封鑄型中真空吸力有利于金屬液的快速充型，塑料薄膜、涂料、細砂成型提高了鑄件表面質(zhì)量，無粘結(jié)劑干砂利用率高，使造型、落砂、清理等工序簡化，粉塵量和有害氣體量減少，污染小，設(shè)備投資少，成本低，適合于多品種、小批量、大型、薄壁、表面質(zhì)量高的鋁硅合金鑄件生產(chǎn)，屬于綠色鑄造，對鑄造行業(yè)如何減少環(huán)境污染具

14、有重要指導(dǎo)作用，是一種很有發(fā)展前途、先進的鑄造工藝，值得推廣應(yīng)用。其它說明學(xué)校組織協(xié)調(diào)機構(gòu)確認并蓋章（團委代章） 年 月 日學(xué)校確認蓋章（學(xué)校行政公章） 年 月 日省指導(dǎo)委員會資格和形式審查意見 合格 不合格審查人（簽名） 負責(zé)人（簽名） 年 月 日E省評審委員會評審意見預(yù)審意見評委（簽名）： 負責(zé)人（簽名）：年 月 日終審意見評委（簽名）： 負責(zé)人（簽名）：年 月 日G科技發(fā)明制作類作品說明（附件）打印或粘貼處鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝研究與應(yīng)用作品說明一、 項目研究的目的、意義鑄造鋁硅合金密度小、比強度高，成形方便，在承受同樣載荷條件下采用鋁合金制件，可以減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，因而在現(xiàn)代航空工業(yè)

15、、飛機制造業(yè)、汽車、拖拉機、造船、儀器儀表、電力行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。鋁硅合金鑄造方法有壓力鑄造、低壓鑄造、砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造等。對于大型、薄壁、復(fù)雜鑄件，生產(chǎn)中常用自硬樹脂砂型鑄造和金屬型鑄造兩種。采用金屬型鑄造時，所用金屬模具尺寸大，加工困難，制造周期長，制造費用高（每套模具的價格在512萬元之間），且生產(chǎn)過程中金屬液僅靠重力充型，薄壁部位不易充滿、鑄件合格率較低。采用自硬樹脂砂型鑄造時，對原砂質(zhì)量要求高，生產(chǎn)中要采用21（0.300，0.212，0.150篩）組和30（0.425、0.300、0.212篩）組的砂，樹脂成本較高、刺激性氣味大，舊砂回收和再生成本高，型砂只能一次使

16、用，費用昂貴，勞動強度較大，混砂、落砂時粉塵飛揚，空氣污染嚴重，生產(chǎn)過程中金屬液僅靠重力充型，薄壁部位不易充滿，鑄件合格率較低。南陽市匯森精密儀器鑄造有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)鋁合金鑄件的企業(yè)，年產(chǎn)大型鋁硅合金鑄件2000多噸，為徹底解決這一問題，匯森公司決定成立校企聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)小組，由南陽理工學(xué)院機電系學(xué)識淵博的教授和專業(yè)技術(shù)過硬的企業(yè)高級工程師擔(dān)任指導(dǎo)老師，南陽理工學(xué)院機電系在校學(xué)生承擔(dān)大部分項目的設(shè)計、制造和試驗任務(wù), 開發(fā)鋁硅合金真空密封造型鑄造工藝，以解決這一制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。二、項目研究主要內(nèi)容1、真空密封造型工藝裝置研究研究、設(shè)計、制造了真空密封造型用專用模板（模型、底板）、四

17、壁封閉砂箱、塑料薄膜加熱器、鑄型振實設(shè)備、真空抽氣系統(tǒng)等工藝裝置。2、真空密封造型用原材料研究（1）塑料薄膜型腔薄膜采用性能較好的乙烯醋酸乙烯共聚體薄膜(EVA），背膜采用成型性差一些、價格低廉的農(nóng)用聚乙烯薄膜(PE)。（2）涂料真空密封造型時，在覆膜成型之后，放置砂箱填砂之前，在型砂一側(cè)的塑料薄膜表面上要涂刷涂料。涂料由鋯英粉（主要成分是ZrO2·SiO2）作耐火材料、乙烯醇縮丁醛料作粘結(jié)劑、酒精作分散介質(zhì)等組成。（3）型砂選用30（0.425、0.300、0.212篩）組的水洗烘干石英砂。3、真空密封造型工藝研究經(jīng)過大量試驗，總結(jié)了適用于鋁硅合金真空密封造型的工藝參數(shù)：塑料薄膜加

18、熱烘軟溫度：60l00；覆膜真空度：0.035MPa；振動工作臺的振動加速度：2.5g，頻率為：50Hz，振幅：0.51mm，振動時間：3060s；真空度：0.0400.075MPa等。鋁硅合金真空密封鑄造澆注方式經(jīng)過分析研究，自行設(shè)計開發(fā)了傾轉(zhuǎn)澆注工藝（如圖2所示），使鋁硅合金液流沖型平穩(wěn)，溫度分布合理，從澆注開始到最后，都是澆、冒口處溫度最高，有利于順序凝固，同時型腔內(nèi)氣體便于排出，鑄件內(nèi)部氣孔、夾渣、縮孔、縮松較少，組織致密、力學(xué)性能提高。A 起始位置            &#

19、160;B 澆注過程             C 終止位置圖2  傾轉(zhuǎn)澆注原理 A B C三、批量試生產(chǎn)驗證情況1）批量試生產(chǎn)情況：在本項目的研究過程中，每個工藝步驟都在生產(chǎn)現(xiàn)場進行了大量的試驗驗證。項目完成以后，緊接著就進行了一個月的批量試生產(chǎn)，用真空密封造型的傾轉(zhuǎn)澆注新工藝生產(chǎn)了50噸高壓開關(guān)用鋁硅合金殼體鑄件。通過鑄件的成型狀況、外觀質(zhì)量檢測表明，鑄件輪廓清晰，表面飛邊毛刺、粘砂較少，容易清理，外觀粗糙度明顯優(yōu)于砂型鑄件，略好于金屬型鑄造；最小壁厚處成型良好，結(jié)合真空密封造型提高合金流動性的特點，減薄了鑄件的平均壁厚，減小了鑄件的脫模斜度和加工表面的加工余量少；鑄型硬度高、冷卻慢，金屬液補縮效果好，減小冒口尺寸，提高了金屬材料的利用率15%和鑄件的合格率88以上。通過機械加工后產(chǎn)品的性能檢測表明，組織致密，各項性能指標都達到或超過了項目規(guī)定的要求。2