大型薄壁件搖枕鑄件開發(fā)及工藝優(yōu)化

張嚴　葉海定

摘 要：通過某型搖枕的試制，分析了砂型重力鑄造中大型薄壁件產(chǎn)品產(chǎn)生縮松、裂紋、冷隔等缺陷的原因，針對平均壁厚為8mm而壁厚差較大的大型鑄件，在鑄造工藝上促使鑄件順序凝固，采用多澆道，高溫快速充型的方式，保證鑄件澆注質(zhì)量，提高鑄件品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：低壓鑄造;大型薄壁;壁厚不均;縮松

一、產(chǎn)品介紹

我公司采用低壓鑄造方法生產(chǎn)一種大型鋁合金鑄件，該鑄件材質(zhì)為AlSi7Mg，合金成分見下表。該鑄件輪廓尺寸1579mm×525mm×252mm，總體重量為47kg。最薄壁厚8mm，最厚壁厚60mm，壁厚不一，存在多處熱節(jié)。且鑄件造型復(fù)雜，四周相較于產(chǎn)品表面呈凹字型，最深空腔深200mm。結(jié)構(gòu)圖件圖1。

二、鑄造工藝設(shè)計

考慮到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸及外觀輪廓，采用平做平澆的方式進行生產(chǎn)。上、下分型，外輪廓采用泥芯拼接成型。

（一）澆注系統(tǒng)設(shè)計

鑄件屬于大型薄壁件，熱節(jié)分散，長度較長。采用多澆道，大流量的澆注方式。鑄件設(shè)置7個內(nèi)澆道，1個直澆道，直澆道貫穿鑄件首尾，形成有溫度梯度的溫度場。為了保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量，壁厚較厚的位置采用激冷措施，放置冷鐵，澆注前涂刷激冷涂料。工藝結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

鑄型上下分析，因外部輪廓采用泥芯拼接而成，因此在設(shè)計時需充分考慮泥芯定位的問題，為了防止泥芯偏離，芯頭間隙取0.5mm，泥頭定位采用多點定位的方式，加大芯頭定位深度。

（二）制芯與造型

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征，各不易脫模的位置需制作成泥芯進行拼接，為了滿足產(chǎn)品的重量要求，產(chǎn)品輪廓面優(yōu)選不放置拔模斜度，為了滿足該要求，制作泥芯的芯盒采用活塊組裝而成。對于深度較深的泥芯，為了方便后續(xù)清砂和避免夾砂，采用鉻鐵礦砂進行造型，其余采用堿酚醛樹脂砂進行造型。因泥芯較大，泥芯壁厚不足50mm，需在制作泥芯時放置芯骨，放置泥芯斷裂。泥芯分布如圖3所示。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)呈羊角型，為了防止產(chǎn)品變形，在開口處設(shè)置防變形拉筋，拉筋厚度為30mm，熱處理完后去除。如圖4所示。

（三）合箱

因鑄件壁厚較薄，易因偏芯、錯箱等缺陷報廢，合箱時需嚴格控制質(zhì)量。先下澆道處泥芯，下芯前，澆口處放置過濾網(wǎng)。再下外輪廓的泥芯，泥芯與泥芯之間的結(jié)合處采用涂料泥進行填補。下芯時著重注意壁厚，檢查泥芯定位及型腔內(nèi)的散砂，保證合箱后分型面密合和上下箱位置正確。

（四）凝固模擬

采用華鑄CAE軟件對該工藝方案進行模擬，模擬結(jié)果見圖5。

澆注溫度為737℃，澆注及凝固時間2465s，因此，為了避免鑄件出現(xiàn)應(yīng)力裂紋，澆注完后7h后進行開箱處理。

三、鑄件缺陷分析

采用上述鑄造工藝，進行了樣件試制，經(jīng)開箱，脫模、落砂后，發(fā)現(xiàn)樣件存在裂紋及縮松缺陷。

（一）裂紋缺陷

鑄件中間2處澆道對應(yīng)上方出現(xiàn)一處明顯裂紋，裂紋呈斷口比較整齊，深度約合1～2mm，長度在8mm左右，表面有金屬液二次覆蓋的跡象，判斷是由于充型壓力不夠或二次加壓造成產(chǎn)品出現(xiàn)冷隔，但沒有完全覆蓋造成裂紋缺陷。（圖6）

通過分析，該鑄件在澆注時，壓力曲線在5s鐘左右的時間出現(xiàn)了一個明顯的下滑跡象后又再次升壓。當出現(xiàn)二次增壓時，因鑄件壁厚較薄，先進入的鋁液會有一個短暫的凝固過程，后進入的鋁液在增大壓力時，會有一個噴射過程，無法完全融入，造成裂紋缺陷。

（二）縮松缺陷

鑄件圓臺處出現(xiàn)一處縮松缺陷，該處位置壁厚為40mm，四周壁厚為8～15mm，屬于明顯的單獨熱節(jié)，最后凝固位置沒有鋁液補縮造成縮松缺陷。（圖7）

四、改進措施

（一）改善鋁液質(zhì)量

嚴選原材料，選擇干凈無雜質(zhì)的回爐料?？刂苹貭t料與新料的比例，控制熔煉及轉(zhuǎn)水的時間，縮短熔煉時間。將精煉時間由原來的20min提高到25min。

（二）改善壓鑄環(huán)境

開工前對低壓鑄造機各進出氣閥門進行檢查，保證產(chǎn)品在升液過程中壓力溫度，進一步提升產(chǎn)品在澆注過程中充型的平穩(wěn)性。

（三）改善工藝方案

對于單獨熱節(jié)處放置冷鐵，修改內(nèi)澆口大小，保證鋁液充型的前提下降低澆口截面積。

（四）提升充型壓力

采用快、慢、快、慢的充型方式。升液管階段快速充滿升液管，直澆道和橫澆道部位慢速充型，放置鋁液噴射產(chǎn)生二次氧化，產(chǎn)品前部快速充型，保證產(chǎn)品完整性，最后階段慢速充型，給氣體排出預(yù)留時間。

五、結(jié)語

大型薄壁件的澆注工藝主要需考慮產(chǎn)品的充型完好性，其次輔以局部冷卻措施解決熱節(jié)處縮松問題。通過適當提升鋁液質(zhì)量，澆注溫度，提升澆注速度，充型壓力和延長冷卻時間，最終得到滿足要求的大型薄壁鑄件。

參考文獻：

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