鋁合金殼體鑄造工藝的改進(jìn)

鋁合金殼體鑄造工藝的改進(jìn)

為了獲得高質(zhì)量的鋁材料，長(zhǎng)期以來(lái)，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(gè)工藝,同時(shí)也取得了一定的成績(jī)。然而,這些成果大多偏重于理論研究和試驗(yàn),而很少總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),這樣一來(lái),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(guò)多次的氣密、液壓檢查以及X射線(xiàn)探傷等。如果鋁合金鑄件在鑄造過(guò)程中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤,都會(huì)造成鑄件的報(bào)廢,不僅浪費(fèi)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(diǎn),總結(jié)在鑄造過(guò)程中經(jīng)常遇到的缺陷,并且提出改進(jìn)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(tái),殼體內(nèi)部上下開(kāi)口位置有多個(gè)拐角,鑄件整體形狀為筒狀結(jié)構(gòu),并且有兩個(gè)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(shí)尺寸相對(duì)較長(zhǎng),還附帶有細(xì)長(zhǎng)圓筒以及凸臺(tái),小筒的尺寸相對(duì)比較短,有著較厚的凸臺(tái),兩圓筒之間的圓柱面壁的厚度相對(duì)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(yáng)殼體的制造中2.1u2004鑄造工藝從鋁合金殼體結(jié)構(gòu)來(lái)看,殼體的尺寸較大,壁厚不均勻,同時(shí)熱節(jié)點(diǎn)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(tái),使得鑄件較為復(fù)雜。在鑄造過(guò)程中對(duì)鑄造技術(shù)要求較高,并且在鑄造完成之后,應(yīng)進(jìn)行3.5MPa的液壓試驗(yàn)以及100%的X射線(xiàn)檢查,及時(shí)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(lái)料、切邊、清理、機(jī)加工、清洗以及裝配等,不僅依靠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)還應(yīng)在熔煉過(guò)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(guò)程中,疏松是較為常見(jiàn)的缺陷,這主要是因?yàn)橐簯B(tài)金屬在凝固的時(shí)候伴隨著體收縮以及線(xiàn)收縮所造成的,若工藝設(shè)計(jì)以及操作不當(dāng)都會(huì)造成鑄件疏松。(2)采用差壓鑄造工藝時(shí),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(huì)加大,在壓力下極易提高金屬凝固速度,就會(huì)使針孔變小。但是在實(shí)際操作中若工藝以及操作過(guò)程控制不當(dāng)都會(huì)造成一定針孔缺陷,影響鑄件質(zhì)量。(3)鑄件在進(jìn)行X射線(xiàn)檢查時(shí),會(huì)出現(xiàn)不同的氣孔,容易造成應(yīng)力集中進(jìn)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(jī)械加工后氣孔缺陷外露,就無(wú)法進(jìn)行返修,最終導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。(4)掉砂也是鑄件在鑄造過(guò)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(jìn)行機(jī)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(huì)發(fā)生變形。(5)跑火也是差壓鑄件中常發(fā)生的問(wèn)題,當(dāng)發(fā)生跑火之后,不僅鑄件造成報(bào)廢,同時(shí)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?yàn)?大筒面積較大,長(zhǎng)度較長(zhǎng),同時(shí)還帶有凸臺(tái),內(nèi)部樹(shù)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(tái)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(huì)將型腔以及芯子產(chǎn)生的氣體引到該位置,也會(huì)導(dǎo)致氣孔。3藝實(shí)施的難點(diǎn)基于以上,根據(jù)以往鑄件產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出鑄造工藝實(shí)施的兩大難點(diǎn)為:(1)殼體尺寸精度;(2)內(nèi)部質(zhì)量的控制。對(duì)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(jìn)而對(duì)鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn),從以下幾方面著手。3.1金屬芯盒及芯盒對(duì)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(jì)時(shí)特地制作了專(zhuān)用的金屬外模以及金屬芯盒,同時(shí)將芯子與外型之間的尺寸偏差控制在最小范圍之內(nèi)。進(jìn)行外模設(shè)計(jì)時(shí),將外模直接固定在造型板上,最大限度地減少分箱,進(jìn)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(gè)砂芯,都采用樹(shù)脂砂制成。固化劑采用磷酸,其中配比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為100%原砂,磷酸占到樹(shù)脂質(zhì)量的30%~55%,樹(shù)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(kāi)始混制1min,再加入樹(shù)脂,再次混制1min,最終出砂制芯。在制芯的過(guò)程中對(duì)砂芯的排氣系統(tǒng)進(jìn)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(wú)法扎通氣孔的位置放入金屬網(wǎng),與主通氣孔相連接進(jìn)而形成通氣管道,這樣一來(lái),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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生線(xiàn)收縮,因此,在制定鑄造工藝時(shí)就應(yīng)放縮尺進(jìn)而滿(mǎn)足鑄件尺寸要求。尤其是對(duì)于該殼體來(lái)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(shí)總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn),結(jié)合該殼體的工藝特點(diǎn),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(shí)踐生產(chǎn)中,已經(jīng)得到充分證實(shí),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(duì)于較大的鋁合金造型,更應(yīng)對(duì)加工余量進(jìn)行嚴(yán)格控制。需要注意的是,當(dāng)加工余量增大之后,就會(huì)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(jì)時(shí),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(xiāo)配合定位,將殼體的加工余量減少到3mm。這樣一來(lái),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(jìn)行。3.5g軟件分析鋁合金鑄件模具在前期設(shè)計(jì)階段應(yīng)用AnyCasting軟件進(jìn)行合理分析,對(duì)鑄件凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)而預(yù)測(cè)缺陷區(qū)域,及時(shí)采取措施對(duì)其進(jìn)行解決。這樣以來(lái),有較合理的模具也就能夠設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的產(chǎn)品鑄件。3.6澆注溫度設(shè)計(jì)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(mǎn),同時(shí)也避免澆口過(guò)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(guò)此種設(shè)計(jì)確保鑄件補(bǔ)縮通道順暢,及時(shí)傳遞壓力,充分發(fā)揮差壓鑄造壓力補(bǔ)縮的優(yōu)勢(shì)。該鑄件設(shè)置4個(gè)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(zhuān)用型冷鐵,有利于加速冷卻,防治縮松等,在實(shí)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(mǎn)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(shí)將升壓速率設(shè)定在1.4kPa/s。通過(guò)該設(shè)計(jì)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(duì)鑄件的疏松有著較大影響,若金屬液質(zhì)量較差時(shí),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(bǔ)縮,并且相鄰的氧化膜會(huì)形成初期裂紋,在這些區(qū)域相對(duì)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(guò)程中減少金屬液的攪動(dòng),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(guò)程中進(jìn)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(jìn)行二次精煉;在工藝的設(shè)計(jì)上,為防止夾渣,采用了三次過(guò)濾:(1)將纖維過(guò)濾網(wǎng)放在升液管口位置達(dá)到過(guò)濾目的;(2)將陶瓷過(guò)濾網(wǎng)安放在橫澆口位置進(jìn)行過(guò)濾;(3)將雙層纖維過(guò)濾網(wǎng)放在縫隙口端以及橫澆口位置。通過(guò)這三種過(guò)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(lèi),一類(lèi)是鑄型跑火,一類(lèi)是升液管跑火。對(duì)于鑄型跑火主要是因?yàn)榉中兔娌黄秸?采用封箱膏或者石棉繩對(duì)其密封不嚴(yán)所致。同時(shí)砂型吃砂量以及砂型裂紋都會(huì)影響鑄型強(qiáng)度。因此,在造型時(shí)應(yīng)保留足夠的吃砂量,從而滿(mǎn)足鑄型的強(qiáng)度,另外在扣箱時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查,對(duì)補(bǔ)型腔和分型面進(jìn)行修補(bǔ),充分保證不跑火的條件下才能夠合箱澆注。對(duì)于升液管跑火問(wèn)題,主要是因?yàn)樯跋涞酌娌黄秸蛑睗驳琅c管口偏差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)而跑火。因此,在扣箱之前應(yīng)認(rèn)真檢查砂箱底部,將凹坑以及高點(diǎn)抹平,采用涂料將修復(fù)部位進(jìn)行修復(fù),最大限度密封嚴(yán)實(shí)。在扣箱時(shí)也應(yīng)仔細(xì)觀察,進(jìn)一步保證直澆道與升液管口對(duì)正。另外,鑄型自重小于抬箱力也會(huì)造成液管口部位跑火,鑒于此種原因,在澆注時(shí)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(guò)以上措施,防止跑火。3.10u2004試驗(yàn)精車(chē)通過(guò)工藝改進(jìn),在切除澆注系統(tǒng)之后,進(jìn)行熱處理,再進(jìn)行X光探傷,進(jìn)行精車(chē),經(jīng)過(guò)耐壓性能實(shí)驗(yàn),鋁合金殼體均通過(guò)考核,并且質(zhì)量?jī)?yōu)良,