關(guān)于鋁合金重力澆注簡(jiǎn)易模具之研究

劉樹(shù)聲，何貴元，程俊明

（新泰（遼寧）精密設(shè)備有限公司，遼寧營(yíng)口 115009）

關(guān)于鋁合金重力澆注簡(jiǎn)易模具之研究

劉樹(shù)聲，何貴元，程俊明

（新泰（遼寧）精密設(shè)備有限公司，遼寧營(yíng)口 115009）

本文提出了一種新的鋁合金重力鑄造簡(jiǎn)易模具設(shè)計(jì)方法，兼具砂型鑄造和金屬型鑄造的優(yōu)點(diǎn)，提高了鑄件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，又明顯地降低了生產(chǎn)成本。

簡(jiǎn)易模；重力鑄造；鋁合金鑄造

1 鋁合金鑄造方法簡(jiǎn)介

鋁合金鑄造方法主要分為砂型鑄造和金屬型鑄造，砂型鑄造又分為砂型重力鑄造和砂型低壓鑄造，金屬型鑄造也分為金屬型重力鑄造和金屬型低壓鑄造。

砂型鑄造即在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是鋁合金鑄造生產(chǎn)中最主要和最基本的工藝方法。

金屬型鑄造又稱硬模鑄造，是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，有其自身的局限性。

本文將以高壓電器產(chǎn)品絕緣盆外圓的鋁合金法蘭環(huán)為例著重論述兼具砂型鑄造和金屬型鑄造優(yōu)點(diǎn)、在我公司已投入使用的法蘭環(huán)簡(jiǎn)易模具。法蘭環(huán)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 法蘭環(huán)簡(jiǎn)圖

2 工藝設(shè)計(jì)

在工藝準(zhǔn)備階段，我們對(duì)幾種工藝方案進(jìn)行了分析和對(duì)比。

（1）方案一：采用砂型鑄造工藝方法。對(duì)于該零件而言，從上面的簡(jiǎn)圖中可以看出，其中?729 mm的圓柱面的粗糙度要求為Ra6.3，該表面因?yàn)橛?2個(gè)立柱間隔開(kāi)來(lái)，這樣就為制造型芯帶來(lái)了難度，又很難用加工的方法來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以只能采用鑄造的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。而普通的樹(shù)脂砂型所鑄出的零件表面粗糙度難以達(dá)到此項(xiàng)要求，如果采用覆膜砂做芯完全能達(dá)到產(chǎn)品的要求，但是采用覆膜砂，一是需要熱芯盒生產(chǎn)設(shè)備，二是熱芯盒模具和覆膜砂價(jià)格比較高，這樣就大幅度提高了鑄件的生產(chǎn)成本，另外由于該法蘭的特殊結(jié)構(gòu)又為制造中間的成型砂芯帶來(lái)了操作上的困難。

（2）方案二：采用金屬型低壓鑄造。采用金屬型低壓鑄造方法，首先?729 mm的圓柱面的粗糙度Ra6.3的要求仍然是無(wú)法回避的問(wèn)題，并沒(méi)有得到解決，其次低壓鑄造澆注系統(tǒng)如何分布才能確保12個(gè)立柱不出縮松等鑄造缺陷，還沒(méi)有一個(gè)很好的思路。另外，如果采用金屬型低壓鑄造方案，則必須依賴于低壓鑄造設(shè)備，在生產(chǎn)任務(wù)緊張、設(shè)備能力飽和的情況下，在生產(chǎn)安排等方面存在很多問(wèn)題。

（3）方案三：采用簡(jiǎn)易模具。在方案一中，最關(guān)鍵的部位是圖紙中直徑?729 mm的圓柱面表面質(zhì)量，前面已經(jīng)有過(guò)敘述，該面粗糙度要求為Ra6.3，很難用加工的方法來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能否靠組合鐵芯來(lái)解決這一難題！經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，認(rèn)為這個(gè)方案是可行的。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

值得注意的是，其中奇數(shù)冷鐵和偶數(shù)冷鐵的排列順序，在組裝時(shí)候的位置和順序通過(guò)底模上的定位銷來(lái)定位。通過(guò)先抽出偶數(shù)鐵芯，再抽出奇數(shù)鐵芯的方法（注：組裝的時(shí)候順序反之）易于在澆注成型后進(jìn)行抽芯。其中的鐵芯采用防反的定位銷，避免了因員工的操作不當(dāng)，而使得鑄件在模具中的位置對(duì)于上模的冒口產(chǎn)生相對(duì)的移動(dòng)錯(cuò)位，而使冒口起不到最佳補(bǔ)縮效果。

以上為鐵芯的結(jié)構(gòu)，圖3為法蘭環(huán)簡(jiǎn)易模整體結(jié)構(gòu)。

圖3 簡(jiǎn)易模示意圖

該模具采用上下分模，兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)澆口及側(cè)邊冒口（如圖4），上模設(shè)有六個(gè)長(zhǎng)圓頂冒口，六個(gè)長(zhǎng)圓隨形冒口提高了冒口的補(bǔ)縮能力，重點(diǎn)補(bǔ)縮12個(gè)立柱部位，防止了12個(gè)立柱因?yàn)榫植窟^(guò)厚而可能產(chǎn)生的縮松和縮孔缺陷。中間部分為12塊組合鐵芯（放大圖見(jiàn)圖2）。

澆注系統(tǒng)采用的是從邊冒口引入合金液的方式，這樣邊冒口內(nèi)的鋁液溫度就會(huì)比常規(guī)冒口內(nèi)的鋁液溫度要高，自然形成了一個(gè)由側(cè)邊冒口—經(jīng)內(nèi)澆口—向鑄件型壁的溫度梯度，順暢的補(bǔ)縮通道因此而建立，有助于鑄件的順序凝固即側(cè)邊冒口對(duì)鑄件的補(bǔ)縮。實(shí)踐證明，鑄件內(nèi)澆口處無(wú)縮松、縮孔等鑄造缺陷。

該簡(jiǎn)易模具生產(chǎn)出的鑄件經(jīng)過(guò)X光無(wú)損探傷檢測(cè)，內(nèi)部無(wú)縮孔、縮松缺陷存在，完全符合鋁合金鑄件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)本體取樣，進(jìn)行機(jī)械性能檢測(cè)，其結(jié)果完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；產(chǎn)品加工至成品，并進(jìn)行了嚴(yán)格的氣密試驗(yàn)和爆破試驗(yàn)，均達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

通過(guò)分析比較，可以說(shuō)該法蘭環(huán)簡(jiǎn)易模具相對(duì)于砂型而言，不僅減輕了造型工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)大大減少了石英砂、樹(shù)脂、固化劑的用量，降低了人工費(fèi)用和原輔材料成本，并且提高了生產(chǎn)效率，有利于節(jié)能環(huán)保。圖紙中直徑?729 mm圓面要求的尺寸精度以及表面粗糙度是普通樹(shù)脂砂型生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)的，而采用組合鐵芯就很好地實(shí)現(xiàn)了樹(shù)脂砂型難以實(shí)現(xiàn)的精度和粗糙度要求。

相對(duì)于金屬型而言，因?yàn)闈裁跋到y(tǒng)均采用樹(shù)脂砂型，鑄件部分采用金屬型，這樣的結(jié)構(gòu)明顯有效地形成了冒口與鑄件之間的溫度梯度，更加有利于冒口的保溫，即更有利于鑄件的補(bǔ)縮，實(shí)際的探傷結(jié)果也充分證明了我們選定簡(jiǎn)易模的方案是正確的，鑄件在12個(gè)立柱處無(wú)縮松、縮孔及夾渣等鑄造缺陷。更為重要的意義在于，該模具不依賴金屬型低壓鑄造所必需的低壓鑄造機(jī)等相關(guān)設(shè)備，尤其適用于中小規(guī)模企業(yè)廣泛采用。

在實(shí)際使用的過(guò)程當(dāng)中，該工藝操作較為簡(jiǎn)單，只需要對(duì)員工進(jìn)行簡(jiǎn)單的技能培訓(xùn)，員工就能在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握操作要領(lǐng)，生產(chǎn)出合格鑄件。

圖4 澆注系統(tǒng)

3 結(jié)論

（1）鋁合金重力澆注簡(jiǎn)易模具既有砂型的澆注系統(tǒng)，又兼有金屬型成型的結(jié)構(gòu)。

（2）鋁合金法蘭環(huán)采用簡(jiǎn)易模具生產(chǎn)，效率高并可獲得較好鑄件表面質(zhì)量。

（3）簡(jiǎn)易模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、模具費(fèi)用低、操作方便、易于開(kāi)模。

[1]張士林,任頌贊.簡(jiǎn)明鋁合金手冊(cè)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2006.

[2]曲衛(wèi)濤.鑄造工藝學(xué)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1996.

[3]陳琦.鑄件缺陷和對(duì)策手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[4]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)編.鑄造手冊(cè):鑄造工藝5[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[5]柳百成,黃天佑等.中國(guó)材料工程大典[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

Research on Aluminum Alloy Gravity Casting Plain Die

LIU ShuSheng,HE GuiYuan,CHENG JunMing
（Suntime(Liaoning)Precision Equipment Co.Ltd.,Yingkou 115009,Liaoning China）

A new design method for plain die of aluminum alloy gravity casting has been presentedwith which the die designed included the advantages of both sand casting and metal die casting,and the quality and the production efficiency of the casting have been improved with obviously reduced production cost.

Plain die;Gravity casting;Aluminum alloy casting

TG249.3;

B；

1006－9658（2014）01－0060-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2014.01.020

2013-08-12

稿件編號(hào)：1308-319

劉樹(shù)聲（1965—），男，工程師，主要從事鋁合金鑄造技術(shù)、質(zhì)量管理工作