冷鐵厚度對鋁合金板鑄造缺陷影響的研究

（貴州電子科技職業(yè)學院，貴州 安順 561099）

隨著工業(yè)發(fā)展鋁合金產(chǎn)品日益增多，鋁合金具有重量輕、強度高和耐腐蝕等特點，但鋁合金產(chǎn)品在澆鑄凝固過程中金屬液補縮較大，容易形成氣孔、疏松、冷隔和夾渣等現(xiàn)象，為此需設計合理的澆注系統(tǒng)、冒口或通過添加冷鐵的方式消除鑄件缺陷，論文就冷鐵厚度對鑄件缺陷的影響進行了數(shù)值研究。

1 模擬樣本設計

圖1 鋁合金板材鑄造工藝設計

以12 mm 厚的鋁合金板為研究對象，其尺寸為120 mm×200 mm 如圖1a），其鋁合金材質為Al-Si7Mg，鑄件左側設計了澆道，選擇從左側底部平穩(wěn)澆注，其頂部設置冒口如圖1a）所示。采用精密組芯造型的砂型鑄造，使用冷芯盒射芯機制造各型芯，對其進行下芯、組芯及澆注過程，該鑄造方法精密度高，且無需使用砂箱。選擇鋁合金板厚度的一半位置為分型面，將其分為1#、2#型芯如圖1b）所示，通過手工的方式進行造型，綜合分析確定鋁合金的澆注溫度為700 ℃.

鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：

式中：ε—鑄造收縮率，%；L1—模樣長度，mm；L2—鑄件長度，mm.

查常用合金收縮率，得到鋁硅合金自由收縮率為1.0%～1.2%，受阻收縮率為0.8%～1.0%[2]，本次設計取自由收縮率為1%，受阻收縮率為0.9%.

2 冷鐵厚度對鑄件缺陷的影響研究

2.1 確定冷鐵添加位置

圖2 冷鐵設計模擬過程

根據(jù)圖1a）的澆注系統(tǒng)采用AnyCasting 對鑄件澆鑄過程進行模擬仿真，如圖2a）為無冷鐵添加時的鑄件凝固順序圖，分析可知鋁板從四周邊緣開始凝固，然后逐步向內部中心凝固。通過缺陷圖2b）可知鑄件缺陷在中心位置，因中心位置為最后凝固位置金屬液得不到充分補縮造成缺陷產(chǎn)生。在圖2b）中鑄件缺陷位置處添加冷鐵如圖2c）所示，其冷鐵尺寸為50 mm×190 mm，探討冷鐵厚度為4 mm、7 mm、10 mm 和12 mm 對鑄件凝固順序與缺陷的影響。冷鐵材料為普通鑄鐵，2#型芯造型前預放置不同厚度的冷鐵，使冷鐵與型芯粘接在一起，最后將1#、2#型芯合芯進行澆鑄。

2.2 冷鐵厚度對鑄件凝固順序的影響

通過AnyCasting 對添加冷鐵厚度為4 mm、7 mm、10 mm 和12 mm 的鑄件進行模擬仿真，得到各冷鐵厚度下的鑄件凝固順序圖如圖3 所示，通過對凝固順序圖進行分析，發(fā)現(xiàn)冷鐵厚度為4 mm 時鑄件凝固順序與未添加冷鐵的鑄件凝固順序有明顯變化，冷鐵位置的金屬液較早開始凝固。冷鐵厚度為7 mm時，冷鐵位置的金屬液比冷鐵厚度4 mm 時更早率先凝固。對圖3c）、3d）進行分析，冷鐵厚度為10 mm、12 mm 時鑄件凝固順序與7 mm 時凝固順序變化相差不大。對各冷鐵厚度的凝固順序進行分析，發(fā)現(xiàn)隨著冷鐵厚度逐漸增加，鑄件最后凝固位置由內部中心逐漸向上移動。

2.3 冷鐵厚度對鑄件缺陷的影響

圖3 各冷鐵厚度對凝固順序的影響

圖4 各冷鐵厚度對缺陷的影響

對無添加冷鐵的缺陷位置圖2b）與添加4 mm冷鐵時概率產(chǎn)生位置圖4a）進行比較，可知添加冷鐵后鑄件中心位置無缺陷產(chǎn)生，少量缺陷在冒口位置下方，同時鋁合金板左下方有少量缺陷產(chǎn)生，添加冷鐵使鑄件缺陷發(fā)生了改變。對冷鐵厚度為4 mm、7 mm、10 mm 和12 mm 概率缺陷位置圖4 進行分析，得到冷鐵厚度為7 mm 時，鑄件缺陷相對于4 mm時有較為明顯的改變和移動，但當冷鐵厚度為10 mm、12 mm 時，其鑄件缺陷未有明顯的改變和移動，說明冷鐵厚度在7 mm 之后對鑄件缺陷影響不大。在冷鐵厚度為7 mm 時，冷鐵對應位置的金屬液率先凝固完成，金屬液的凝固減少了冷鐵與其他位置進行熱交換過程，故再增加冷鐵厚度至10 mm、12 mm后，對其凝固順序和缺陷的改變較小。在實際生產(chǎn)過程中，可以尋求冷鐵厚度的最佳值，達到想要的凝固順序，同時減少過多冷鐵使用而造成的浪費。

3 結論

通過冷鐵厚度對鑄件缺陷影響的數(shù)值研究，得到添加冷鐵能明顯改變鑄件凝固順序，隨之改變鑄件缺陷位置。對于12 mm 鋁合金板，添加4 mm、7 mm厚度的冷鐵對鋁板的凝固順序和缺陷較大影響；當冷鐵厚度達到7 mm 之后，對鋁合金板的凝固順序和缺陷影響不大，鑄件凝固順序與缺陷只有細微變化，生產(chǎn)實際中應選用合理厚度的冷鐵，降低鑄件生產(chǎn)成本。