某類型鎂合金支架鑄造工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)研究

王玉鳳 王登峰 焦云雷 劉 丹 孫廣宇 張高龍 化宜文

某類型鎂合金支架鑄造工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)研究

王玉鳳 王登峰 焦云雷 劉 丹 孫廣宇 張高龍 化宜文

（天津航天機(jī)電設(shè)備研究所，天津 300458）

針對(duì)某類型鎂合金支架鑄件存在的疏松缺陷進(jìn)行澆冒系統(tǒng)改進(jìn)研究，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐分析缺陷存在的原因，論述澆冒系統(tǒng)改進(jìn)對(duì)去除缺陷的可行性，并通過生產(chǎn)試驗(yàn)探索關(guān)鍵工藝參數(shù)。

鎂合金支架；疏松；工藝改進(jìn)；參數(shù)

1 引言

某類型發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金支架鑄件用于安裝衛(wèi)星調(diào)姿發(fā)動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航等衛(wèi)星平臺(tái)。該類型鑄件整體高度為370～450mm，最小壁厚僅3.5mm（鑄造公差±1.2mm）。鑄件由不同多面體上下兩部分組成，同時(shí)兩部分空間存在一定角度差，且多面體自身也存在一定角度，導(dǎo)致鑄件尺寸難以保證；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)局部設(shè)計(jì)加強(qiáng)，上下兩部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不利于鑄造工藝實(shí)施，鑄造工藝性差。

此發(fā)動(dòng)機(jī)支架屬于異型復(fù)雜構(gòu)件，鑄件存在尺寸超差、疏松、夾渣等鑄造缺陷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成鑄件報(bào)廢的主要原因，除尺寸超差外即為由于澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成的過熱引起的疏松，導(dǎo)致該類產(chǎn)品往往反復(fù)試驗(yàn)10件左右才可以有1件滿足使用要求，型號(hào)初期研制周期長(zhǎng)約4個(gè)月以上，嚴(yán)重影響型號(hào)研制進(jìn)度。

本文從鑄件澆冒系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度論述改進(jìn)后澆冒系統(tǒng)的可行性，并以此為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)型號(hào)復(fù)雜構(gòu)件某類型發(fā)動(dòng)機(jī)支架鎂合金鑄件，探索出適合該類鑄件研制生產(chǎn)的鑄造工藝方法。

2 原澆冒系統(tǒng)方案存在的問題及缺陷原因分析

2.1 原澆冒系統(tǒng)方案存在的問題

圖1 原鑄造工藝方案澆注系統(tǒng)示意圖

原工藝方案采用常規(guī)底注隙縫澆注系統(tǒng)，即1個(gè)直澆道、1個(gè)橫澆道、2個(gè)隙縫澆道，由鑄件底部引入鑄件型腔，鑄件頂部設(shè)4個(gè)方冒口、1個(gè)立筋補(bǔ)縮冒口，如圖1所示。該工藝方案金屬液都經(jīng)由鑄件下部進(jìn)入鑄型型腔，局部過熱嚴(yán)重，造成鑄件存在疏松、夾渣等缺陷，產(chǎn)品研制周期長(zhǎng)、成品率低。

2.2 缺陷原因分析

疏松作為鎂合金鑄件中常見的內(nèi)部質(zhì)量缺陷，又稱為顯微縮松，是鑄件凝固緩慢的區(qū)域因微觀補(bǔ)縮通道堵塞而在枝晶間及枝晶的晶臂之間形成的細(xì)小空洞[1]。在某類型發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金支架的生產(chǎn)過程中，疏松缺陷的形成主要有以下幾方面原因：

a. 鎂合金凝固溫度間隔較寬，具有糊狀凝固特性，補(bǔ)縮困難，易形成疏松[2]；

b. 批量手工澆注的鎂合金鑄件，在澆注后期由于鎂液溫度降低較多，無有效高溫、后凝固合金對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，造成鑄件疏松；

c. 鎂屬活潑金屬，鎂合金在熔煉、澆注過程易氧化形成氧化夾渣，過程中還需熔劑保護(hù)，熔劑處理不當(dāng)易形成熔劑夾渣，合金中的雜質(zhì)過多，在其凝固過程中雜質(zhì)和析出的氣體被推向結(jié)晶前沿，阻塞補(bǔ)縮通道，使疏松加重；

d. 冒口數(shù)量、尺寸、形狀、設(shè)置部位以及冒口與鑄件連接不合理，也是造成鑄件疏松的一個(gè)方面；

e. 內(nèi)澆道尺寸或位置設(shè)置不當(dāng)，使鑄件不能順序凝固或在鑄件中形成局部熱節(jié)，是本類型鑄件存在疏松缺陷的主要原因。

3 澆冒系統(tǒng)方案的改進(jìn)

針對(duì)傳統(tǒng)工藝金屬液流程長(zhǎng)、變向多、局部過熱，容易造成疏松等缺陷，工藝設(shè)計(jì)的改進(jìn)主要方向是結(jié)合鑄件形成疏松的原因重新設(shè)置澆道系統(tǒng)部位，對(duì)鑄件冒口、冷鐵進(jìn)行相應(yīng)重置。

3.1 新澆冒系統(tǒng)方案

新澆冒系統(tǒng)在原工藝常規(guī)底注隙縫澆注系統(tǒng)基礎(chǔ)上，鑄件上半部分加設(shè)1組隙縫澆注系統(tǒng)，并針對(duì)第2套澆注系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)部位的冒口，即采用復(fù)合澆注系統(tǒng)。該澆冒系統(tǒng)使金屬液經(jīng)由原澆注系統(tǒng)充滿下部型腔后，再由第2套澆注系統(tǒng)填充上部型腔，分流金屬液，避免局部過熱，同時(shí)縮短了金屬液流程，減少了金屬液變向，有利于形成良好的冒口補(bǔ)縮系統(tǒng)，以控制疏松、裂紋等鑄造缺陷，提升鑄件內(nèi)部質(zhì)量。改進(jìn)后澆冒系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 工藝改進(jìn)后復(fù)合澆注系統(tǒng)示意圖

經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證工藝改進(jìn)方案合理、可行，但仍然時(shí)有發(fā)生氧化夾渣、疏松缺陷，主要有以下幾方面的原因：

a. 新工藝第2套澆注系統(tǒng)開始澆注的時(shí)間不同，鑄件熱分布也不同，造成鑄件疏松缺陷；

b. 兩套澆注系統(tǒng)操作不當(dāng)會(huì)造成金屬液渦流、氧化，形成氧化夾渣缺陷。

3.2 關(guān)鍵工藝參數(shù)確定

針對(duì)改進(jìn)后復(fù)合澆注系統(tǒng)存在的問題，對(duì)第2套澆注系統(tǒng)開始澆注時(shí)間這個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。根據(jù)生產(chǎn)中觀察金屬液上升至第2套澆注系統(tǒng)底部所需的時(shí)間約為5～6s，遂將第1套澆注系統(tǒng)與第2套澆注系統(tǒng)起始澆注時(shí)間間隔分為0s，2s，4s，6s，8s進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，每組生產(chǎn)2件，觀察鑄件存在的質(zhì)量問題。試驗(yàn)方案見表1，每組鑄件主要缺陷情況匯總見表2。

表1 試驗(yàn)方案

表2 鑄件主要缺陷匯總

根據(jù)鑄件主要缺陷情況可以看出，兩套澆注系統(tǒng)同時(shí)澆注，由于兩套澆注系統(tǒng)金屬液在鑄件澆注過程在鑄件中間位置發(fā)生會(huì)澆、紊流，雖然疏松缺陷數(shù)量不高，但該過程易造成卷氣、氧化夾渣缺陷的增加；兩套澆注系統(tǒng)相差2～4s澆注，第2套澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔與第1套澆注系統(tǒng)金屬液交會(huì)時(shí)，第1套澆注系統(tǒng)中金屬液處于在鑄型下半腔平穩(wěn)上升階段，兩套澆注系統(tǒng)金屬液會(huì)流較平穩(wěn)，鑄件缺陷明顯減少；兩套澆注系統(tǒng)相差超過6s澆注時(shí)，金屬液大部分經(jīng)由第1套澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔，第2套澆注系統(tǒng)作用并不明顯，仍會(huì)造成鑄件底部側(cè)面過熱引起疏松。

4 結(jié)束語

a. 由生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果可知，針對(duì)某類型發(fā)動(dòng)機(jī)支架鑄件進(jìn)行的復(fù)合式澆冒系統(tǒng)工藝改進(jìn)方案合理、可行。

b. 由分組試驗(yàn)復(fù)合式澆冒系統(tǒng)工藝可知，第2套澆注系統(tǒng)與第1套澆注系統(tǒng)的合理起始澆注時(shí)間間隔為2～4s。

1 安閣英. 鑄件形成理論[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990

2 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

Improvement of Casting Process Design of Magnesium Alloy Brachet

Wang Yufeng Wang Dengfeng Jiao Yunlei Liu Dan Sun Guangyu Zhang Gaolong Hua Yiwen

(Tianjin Institute of Aerospace Electromechanical Equipment, Tianjin 300458)

This paper has analyzed the causes of defects based on production practice，mainly focusing on the technological improvement of the loose defects existing in a certain type of magnesium alloy bracket casting. The possibility of improving the casting quality has been discussed and the critical process parameter has been searched by production test.

magnesium alloy bracket casting；loose defects；technological improvement；parameter

王玉鳳（1986），高級(jí)工程師，材料加工工程專業(yè)；研究方向：有色金屬材料制造及加工。

2018-07-24