鑄造工藝對(duì)鋁合金鑄件質(zhì)量的影響

傘晶超 顧園 王彥鵬

遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院 沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 沈陽(yáng)鑄造研究所（沈陽(yáng) 110000）

1 鋁合金低壓鑄造概況

鋁是人們最熟悉的金屬之一，在眾多的輕量化材料中鋁合金是最重要的材料之一，也是應(yīng)用最廣的輕量化材料。由于鋁的熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，具有很好的鑄造性能，因此容易制造出形狀復(fù)雜的零件。由于鋁合金密度小而比強(qiáng)度高，所以在機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

低壓鑄造法是介于重力鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法，它利用氣體壓力將金屬液壓入鑄型，并使鑄件在一定壓力下結(jié)晶凝固的特種鑄造方法。低壓鑄造具有鑄件尺寸精度較高、充型平穩(wěn)、易獲得優(yōu)質(zhì)鑄件等優(yōu)點(diǎn)，已成為生產(chǎn)汽車鋁合金鑄件的重要工藝。

2 鋁合金鑄件罐體工藝方案的確定

2.1 鋁合金鑄件罐體的分析

罐體是目前承受壓力等級(jí)最高的產(chǎn)品，具有世界先進(jìn)水平，該產(chǎn)品對(duì)鋁合金鑄件質(zhì)量提出了更高的要求。該類產(chǎn)品鑄件普遍具有較大的外形尺寸，較高的尺寸精度，更加嚴(yán)格的氣密性和粗糙度要求，以及批量使用等特點(diǎn)。如何在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，滿足日益提高的質(zhì)量要求和批量的生產(chǎn)任務(wù)已成為我們的當(dāng)務(wù)之急。

針對(duì)此類問(wèn)題，本研究小組集思廣益，應(yīng)用專業(yè)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，綜合分析幾種鑄件結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求，對(duì)該類鑄件的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了多次論證和研究，決定對(duì)該類產(chǎn)品鑄件采用樹(shù)脂砂造型生產(chǎn)。采用樹(shù)脂砂造型生產(chǎn)既可以保證鑄件表面粗糙度要求，同時(shí)鑄件工藝出品率及內(nèi)在質(zhì)量都將達(dá)到一個(gè)新的高度，開(kāi)創(chuàng)了生產(chǎn)大尺寸高精度鑄件的先河。

2.2 鋁合金鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

罐體毛坯鑄件見(jiàn)圖1，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但尺寸較大，壁厚較薄,且罐體兩側(cè)法蘭均有SF6氣體密封要求，傳統(tǒng)砂型工藝生產(chǎn)較為困難。經(jīng)研究小組調(diào)研論證決定在借鑒ABB類鑄件工藝經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)該件采用樹(shù)脂砂造型工藝生產(chǎn)。

圖1 罐體毛坯鑄件

2.3 澆注系統(tǒng)的確定

罐體毛坯鑄件采用水平造型方法，澆注系統(tǒng)采用對(duì)包、四個(gè)冒口縫隙澆注系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。此種澆注系統(tǒng)特點(diǎn)在于，能夠使高大體積鑄件在澆注過(guò)程中合金液面均勻上升，充型平穩(wěn)，不會(huì)因?yàn)殍T件體積過(guò)高而使金屬液面落差較大，形成高速飛濺的液體沖入型腔，二次造渣產(chǎn)生缺陷。該件端面法蘭部分較厚，為保證形成致密組織，特別在此處加放圓周冷鐵，防止縮松產(chǎn)生。橫澆道的設(shè)計(jì)上借鑒了ABB類鑄件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用上下箱分別造型，橫澆道下過(guò)濾網(wǎng)的方式防止夾雜物進(jìn)入型腔。

圖2 罐體澆注系統(tǒng)

方案一見(jiàn)圖3，該方案特點(diǎn)在于能夠在鑄件圓周均勻設(shè)置冒口，在滿足補(bǔ)縮功能的同時(shí)亦起到均勻應(yīng)力防止變形的作用。但是，外圓冒口較多，清理切割較困難且打磨量較大，外表面粗糙度難以到要求。

方案二見(jiàn)圖4，該方案澆注系統(tǒng)由樹(shù)脂砂芯構(gòu)成，保證了鑄件外表面的的粗糙度要求，同時(shí)減小了砂箱尺寸，從而節(jié)省樹(shù)脂砂使用量，提高了工藝出品率。在焊接坡口位置圓周放置冷鐵，使該部分最先凝固，補(bǔ)縮充足形成致密組織，滿足下道工序生產(chǎn)需要。

工藝方案一為我們?cè)谏a(chǎn)LW56-550產(chǎn)品時(shí)采用的工藝方案，該方案經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，切實(shí)可行。但工藝出品率低，打磨工作量大，外形粗糙度不理想。工藝方案二理論上可行，但是未經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證。為完善新工藝，提高鑄件質(zhì)量，決定大膽采用方案二生產(chǎn)。

圖3 澆注系統(tǒng)方案一

圖4 澆注系統(tǒng)方案二

3 結(jié)論

該鑄件試驗(yàn)生產(chǎn)三件，生產(chǎn)過(guò)程中采用如上鑄造工藝，全部一次澆注成型。經(jīng)機(jī)械加工后信息反饋，該鑄件尺寸精度，內(nèi)在質(zhì)量，表明光潔度完全符合機(jī)加工要求。

對(duì)于結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但尺寸較大，壁厚較薄且兩側(cè)法蘭均有SF6氣體密封要求的罐體,采用樹(shù)脂砂造型工藝、水平造型方法、對(duì)包、四個(gè)冒口縫隙式澆注系統(tǒng)，能夠鑄出質(zhì)量符合要求的鋁合金鑄件。

[1]梁敏潔.鋁合金低壓鑄造工藝 CAD 技術(shù)研究.華北工學(xué)院,2004 (4).

[2]唐多光.21世紀(jì)低壓鑄造技術(shù)的展望.特種鑄造及有色合金,1998 (4).