金屬型鑄造鋁合金鑄件泄漏原因分析及應(yīng)對措施

尹志鵬，戚力君

（1.慈溪阿爾特新材料有限公司，浙江寧波315300；2.慈溪匯麗機(jī)電股份有限公司，浙江寧波315300）

金屬型鑄造鋁合金鑄件泄漏原因分析及應(yīng)對措施

尹志鵬1，戚力君2

（1.慈溪阿爾特新材料有限公司，浙江寧波315300；2.慈溪匯麗機(jī)電股份有限公司，浙江寧波315300）

以生產(chǎn)新能源壓縮機(jī)中間外殼為例，對薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腔體結(jié)構(gòu)鋁合金鑄件，在金屬型鑄造生產(chǎn)的鑄件在機(jī)加工后裝機(jī)試漏過程中出現(xiàn)的泄漏原因進(jìn)行分析，找到問題的癥結(jié)所在并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，通過試驗(yàn)改進(jìn)，最終解決了該鋁合金鑄件出現(xiàn)的泄漏問題。

金屬型鑄造；鋁合金鑄件；泄漏；縮松缺陷；鑄造工藝

1 金屬型鑄造鑄件的狀況

1.1 鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鑄件為有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜薄壁有筋殼體鋁合金鑄件，鑄件四角為部件裝配部位，安裝孔位多，為鑄件的肥厚大部位，平均壁厚4 mm，鑄件尺寸（L× W×H）：285 mm×210 mm×118 mm，鑄件產(chǎn)品有氣密性要求，機(jī)加工后進(jìn)行氦氣加壓檢測，不得有泄漏。

鑄件的形狀結(jié)構(gòu)見圖1.鑄件材料為ZL104，由于鑄件壁厚過渡懸殊，生產(chǎn)難度大，生產(chǎn)初期鑄件廢品率高達(dá)65%以上，嚴(yán)重影響公司的供貨。

1.2 產(chǎn)生缺陷部位

從機(jī)加工后鑄件試漏的情況來看，泄漏部位為圖1中①所指示位置，此處為鑄件前端兩邊角處，因此處有較多的安裝孔位，故是整個(gè)鑄件比較肥厚的部位。圖2是圖1從A-A處解剖的截面，圓圈處是產(chǎn)生鑄造缺陷的部位。

圖1 鑄件產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)圖

圖2 鑄件產(chǎn)品缺陷部位解剖斷面圖

2 鑄造工藝的分析與確定

根據(jù)中間外殼鑄件薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過重力鑄造和低壓鑄造方式工藝對比，確定此鑄件采取金屬型低壓鑄造的方式進(jìn)行鑄件生產(chǎn)。

中間外殼鑄件所采用的低壓鑄造工藝流程如圖3.

圖3 中間外殼鑄件所采用的低壓鑄造工藝流程

3 鑄件泄漏原因分析

從圖2剖面可以看出，鑄造缺陷產(chǎn)生在鑄件前端安裝孔位肥厚大處鑄件熱節(jié)部位。在生產(chǎn)過程中，鑄件澆注凝固時(shí)若鑄件產(chǎn)品補(bǔ)縮不充分，則極易在此肥厚大處鑄件熱節(jié)部位形成縮松縮孔。此外，鑄件內(nèi)腔砂芯發(fā)氣量大，揮發(fā)出的氣體也加大了此厚大部位形成縮松縮孔的傾向，這是鑄件機(jī)加工后試漏過程中導(dǎo)致產(chǎn)品泄漏的原因所在。

要徹底解決鑄件肥厚大部位縮松縮孔鑄造缺陷，必須從源頭上減少砂芯的發(fā)氣量，減少鑄件厚大部位形成縮松縮孔的傾向，同時(shí)改進(jìn)鑄件充型時(shí)肥厚大部位的填充及補(bǔ)縮狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)從鑄件到補(bǔ)縮澆道的順序凝固。

4 工藝改進(jìn)方案

4.1 砂芯工藝及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對鑄件內(nèi)腔砂芯用覆膜砂發(fā)氣量大的情況，對制芯用的砂芯覆膜砂進(jìn)行了重新選擇，采用50目～70目的低發(fā)氣量易潰散覆膜砂來制作砂芯，避免了鑄件成型時(shí)砂芯揮發(fā)出大量的氣體對鑄件質(zhì)量造成的影響，同時(shí)對砂芯浸涂易揮發(fā)性的涂料，在使用前對砂芯進(jìn)行烘干，并在砂芯芯頭鉆16 mm砂芯排氣孔，方便澆注時(shí)砂芯揮發(fā)出的氣體能從鑄件順暢排出，從源頭上減少氣體的來源，保證了鑄件的質(zhì)量。

其次對砂芯充型有影響的角進(jìn)行圓角R35過渡，使鑄件在澆注過程中的充型及補(bǔ)縮通道更順暢，便于實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固。

圖4為砂芯結(jié)構(gòu)及工藝改進(jìn)前、后的示意圖。

4.2 金屬型鑄造工藝改進(jìn)

通過鑄造仿真模擬軟件對原鑄造工藝進(jìn)行仿真模擬，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)鑄造缺陷部位由于肥厚，原澆注補(bǔ)縮通道過小，無法實(shí)現(xiàn)從鑄件到澆注系統(tǒng)的順序凝固。故此，在原有的鑄造工藝的基礎(chǔ)上增大澆道的尺寸，澆道澆口由原38 mm增大到48 mm，并加厚澆道部位涂料厚度，由原來0.2 mm增大到0.35mm～0.4 mm來提高澆道的保溫性能，使鋁合金液在充型后保持補(bǔ)縮通道的流動性，提高澆注系統(tǒng)澆道對鑄件肥厚大部位的補(bǔ)縮能力，實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固。

4.3 澆注工藝改進(jìn)

在保證鑄件充型不出現(xiàn)澆不足及冷隔的前提下，將鋁合金液的澆注溫度由728℃～745℃降到720℃～730℃，提高模具的預(yù)熱溫度，將模具的預(yù)熱溫度由原來的260℃提高到320℃，避免鑄件充型后出現(xiàn)急劇降溫，同時(shí)確保鑄件能實(shí)現(xiàn)順序凝固，滿足鑄件肥厚部位的補(bǔ)縮要求，充型結(jié)束后適當(dāng)增加保壓壓力及延長保壓時(shí)間，增加鑄件肥厚部位的補(bǔ)縮，避免了鑄件在肥厚大部位出現(xiàn)縮孔縮松，從而使鑄件的質(zhì)量得到了有效的保證。

圖4 砂芯結(jié)構(gòu)示意圖

5 工藝改進(jìn)結(jié)果

通過上述一系列改進(jìn)措施的實(shí)施，鑄件質(zhì)量有了明顯的提高，鑄件毛坯生產(chǎn)過程中對原出現(xiàn)鑄造縮松縮孔部位進(jìn)行了解剖觀察及X光探測，均未發(fā)現(xiàn)有鑄造缺陷。

圖5a）為鑄件工藝及鑄件結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)后的解剖截面圖，圖5b）為鑄件解剖截面X光微觀探測圖。

鑄件經(jīng)過小、中批量的多次生產(chǎn)驗(yàn)證，機(jī)加工后試漏檢驗(yàn)的合格率由原來不足40%提高到95%以上，徹底消除了鑄件肥厚部位鑄造缺陷，鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性得到了有效的保證。

6 結(jié)束語

圖5 改進(jìn)工藝后鑄件示意圖

金屬型鑄造模具澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及鑄件的澆注工藝對鑄件質(zhì)量的影響至關(guān)重要，這就要求在鑄件產(chǎn)品開發(fā)前期對鑄件的鑄造工藝及模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的鑄造仿真模擬（有條件的話），并在試制及生產(chǎn)中通過對鑄件的結(jié)構(gòu)及鑄件的鑄造缺陷進(jìn)行分析，選擇合適的澆注系統(tǒng)并保證鑄件澆道補(bǔ)縮通道通暢，制定出合理的鑄造工藝參數(shù)，通過試產(chǎn)及驗(yàn)證，不斷改進(jìn)和完善，這是解決鑄件鑄造缺陷問題獲得高質(zhì)量鑄件行之有效的方法。

［1］李弘英，趙成志.鑄造工藝設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］尹志鵬，趙遠(yuǎn)征，王渤.鋁合金缸蓋滲漏原因分析及應(yīng)對措施［J］.特種鑄造及有色合金，2014，34（10）:1109-1110.

［3］盧功輝.金屬型重力鑄造鋁合金，油底殼裂紋成因分析及對策［J］.鑄造技術(shù)，2011（12）：635-637.

Leakage Cause Analysis and Countermeasures of Permanent Mold Aluminum Casting

YIN Zhi-peng1，QI Li-jun2
（1.Cixi ALT Advanced Material CO.，LTD.，Ningbo Zhejiang 315300，China；2.Cixi Huili Electromechanical CO.，LTD.，Ningbo Zhejiang 315300，China）

Taking the new energy compressor middle shell as an example，the leakage reason of the complex thin-wall aluminum alloy castings produced by the permanent mold casting occurred after the leak test process was analyzed.By taking corresponding measures and the test improvement，the leakage problem were solved.

metal casting，aluminum alloy casting，leakage，shrinkage defect，casting process

TG249.3

A

1674-6694（2017）01-0055-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.01.017

2016-10-11

尹志鵬（1972-），男，廣西玉林人，高級工程師；主要從事鑄造新材料、鑄造工藝研發(fā)及鑄造技術(shù)管理工作。