合金殼體鑄件低壓鑄造工藝研究

針對航天各型號結(jié)構(gòu)用大型薄壁鋁合金鑄件的結(jié)構(gòu)特點和內(nèi)部質(zhì)量要求,結(jié)合低壓鑄造的工藝要求和生產(chǎn)實踐,從加工余量和鑄造斜度、澆注系統(tǒng)、冷鐵結(jié)構(gòu)、排氣結(jié)構(gòu)和冒口的設(shè)計等方面進(jìn)行了分析和總結(jié),特別是提出了縫隙式內(nèi)澆道上端設(shè)置暗冒口的工藝設(shè)計,有效地改進(jìn)了鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。

鋁合金渦輪是鐵路機車上的重要配件,其零件如圖1所示。鑄件重為42kg,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求在0.5mpa壓力下進(jìn)行水壓試驗,保壓5min不許有任何泄漏。此鑄件壁厚不均勻,薄壁處的葉片3.4mm,厚壁處70～90mm,葉片不能有冷隔、缺肉、相互串通等缺陷,增加了鑄造生產(chǎn)的難度。對這種高氣密性的要求,決定了鑄件內(nèi)部不得有任何影響氣密性的砂眼、氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷。鋁合金渦輪鑄件是采用樹脂砂砂芯、金屬型低壓鑄造工藝生產(chǎn)的,以往在生產(chǎn)過程中由于工藝

本文作者結(jié)合工作經(jīng)驗，從鑄造工藝的重要性說起，主要探討了鋁合金箱體實際鑄造工藝方面，具有一定的借鑒意義。

分析了離合器殼體鑄件的結(jié)構(gòu),研究了低壓鑄造離合器殼體鑄件工藝的難點。通過增加保溫冒口、調(diào)整涂層厚度、設(shè)置預(yù)鑄孔、優(yōu)化澆注系統(tǒng)、調(diào)整澆注參數(shù)等多種手段,解決了離合器殼體鑄件厚大部位的鑄造缺陷問題,生產(chǎn)出滿足使用要求的合格鑄件。

針對鑄件在低壓鑄造過程中產(chǎn)生的氣孔、縮松等情況,通過對原工藝的缺點分析,針對其缺點以及鑄件特點提出了新的設(shè)計方案,成功解決了鑄件氣孔及縮松等缺陷,生產(chǎn)出滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)鑄件.

針對鋁合金耐壓殼體,采用金砂型低壓鑄造技術(shù)進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計,結(jié)合華鑄cae鑄造模擬軟件,驗證并優(yōu)化鑄造工藝,確定出合理的工藝參數(shù)形成批量生產(chǎn)。檢測結(jié)果表明,金砂型低壓鑄造工藝可生產(chǎn)出高品質(zhì)的鑄件。

采用有限元模擬仿真軟件結(jié)合正交試驗方法,對鋁合金汽車座椅骨架低壓鑄造工藝進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了低壓鑄造加壓工藝參數(shù)對鑄件縮松、縮孔、充型及凝固規(guī)律的影響。結(jié)果表明,當(dāng)充型時間為1.5s、增壓壓力為7kpa及保壓時間為100s時,鑄件縮孔、縮松率最小,且成形質(zhì)量最佳。

采用低壓鑄造法制備了汽車用mg-al-ca-si-y-mn新型抗蠕變鎂合金,并進(jìn)行了顯微組織、物相、拉伸性能和抗蠕變性能的測試與對比分析。結(jié)果表明,該合金中除絕大部分的α-mg相外,還檢測出少量的mg17al12、mg2si和mg2ca相;鑄錠在距離鑄錠中心不同距離處的組織和化學(xué)成分均勻;在距鑄錠中心300mm范圍內(nèi)的室溫抗拉強度在272~274mpa、室溫伸長率在10.3%~10.6%,經(jīng)300℃、5.5mpa、120h高溫蠕變的最大蠕變變形量在0.28%~0.3%,該低壓鑄造汽車用新型鎂合金具有較佳的拉伸性能和抗蠕變性能。

轎車變速箱離合器殼體屬于形狀復(fù)雜的薄壁鋁合金殼體,在以往的試制階段中采用砂型重力澆注,廢品率高。提出了采用砂型低壓鑄造工藝開發(fā)離合器殼體毛坯的設(shè)想,通過研究離合器殼體的結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合低壓鑄造原理,設(shè)計低壓澆注工藝。利用計算機數(shù)值模擬驗證和優(yōu)化工藝參數(shù),通過砂型低壓鑄造工藝開發(fā)的毛坯具有制造成本低、周期短、廢品率低的特點,并在某品牌轎車項目開發(fā)中得以成功運用。

研究了鋁合金低壓鑄造凝固過程中機械振動頻率和時間對zl101鋁合金組織、綜合力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:機械振動使鋁合金的組織更加均勻細(xì)化;機械振動頻率和時間均能影響鑄件的力學(xué)性能,且機械振動頻率影響要大于機械振動時間。當(dāng)機械振動頻率為50hz、振動時間為60s時,鑄件的抗拉強度和伸長率最大,分別為224.8mpa和3.9%;當(dāng)機械振動時間為60s時,振動頻率從30hz提高到50hz,鑄件的抗拉強度和伸長率分別提高了25.59%和20.0%。

低壓鑄造是銅合金衛(wèi)浴五金件主要成形工藝之一,利用procast專業(yè)鑄造模擬軟件,研究了銅合金衛(wèi)浴五金件低壓鑄造充型和凝固過程,獲得了該產(chǎn)品低壓鑄造過程溫度場、流場。模擬結(jié)果顯示,初始方案在鑄件關(guān)鍵部位將產(chǎn)生明顯的縮孔、縮松現(xiàn)象。根據(jù)模擬結(jié)果和理論分析,改進(jìn)初始工藝方案,并對改進(jìn)后的工藝方案重新進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,改進(jìn)后工藝方案明顯減少縮孔縮松缺陷;將改進(jìn)后的工藝方案投入試生產(chǎn),產(chǎn)品抽檢結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合。

以某厚大zl205a合金鑄件為例,采用數(shù)值模擬的方法對鑄件低壓鑄造工藝中充型和凝固過程進(jìn)行模擬,分析了充型及凝固過程中溫度場的變化,并按模擬結(jié)果進(jìn)行了生產(chǎn),結(jié)果獲得了優(yōu)質(zhì)的鑄件。

針對采用石膏型真空澆注工藝生產(chǎn)的作動筒殼體合格率較低,以及中溫蠟?zāi)＞邏褐葡災(zāi)r模具局部尺寸不合格的問題,本研究對hns-24型zl208合金作動筒殼體進(jìn)行了石膏型低壓鑄造工藝設(shè)計,包括蠟?zāi)Ｖ苽浼敖M裝、石膏型脫蠟及焙燒、熔煉澆注及熱處理等具體工藝設(shè)計流程及工藝參數(shù)。通過采用設(shè)計的石膏型低壓鑄造工藝,鑄件的尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量得到有效提高,產(chǎn)品合格率達(dá)到90%以上。

薄壁殼體鑄鋁件低壓鑄造工藝設(shè)計

采用有限元模擬仿真軟件結(jié)合正交實驗方法,對鋁合金汽車座椅骨架低壓鑄造工藝進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了低壓鑄造工藝參數(shù)對鑄件縮松縮孔、充型及凝固規(guī)律的影響。模擬結(jié)果表明,當(dāng)澆注溫度為720℃、充型加壓速率為920pa/s及模具預(yù)熱溫度為380℃時為最佳工藝參數(shù),鑄件縮孔孔隙率最小,且成形質(zhì)量最佳。

介紹了汽車殼體零件低壓鑄造工藝與模具設(shè)計。內(nèi)容主要有低壓鑄造工藝參數(shù)的設(shè)計,包括升液壓力與升液速度、充型壓力和充型速度的計算、澆注溫度的確定、結(jié)晶壓力和保壓時間的計算等;模具設(shè)計,包括模具結(jié)構(gòu)與壁厚的確定、型腔尺寸的計算、型芯和抽芯的計算、模具的三維造型。

分析了薄壁殼體鑄鋁件上蓋的結(jié)構(gòu)和金屬型重力鑄造工藝缺陷,采用低壓鑄造工藝,設(shè)計低壓模具,探索薄壁殼體鑄鋁件的二次頂出低壓模具設(shè)計的新方法,降低了生產(chǎn)成本和廢品率,減小了勞動強度,提高了生產(chǎn)率。

研究了樹脂砂低壓鑄造工藝?yán)碚撆c原理,結(jié)合工藝試驗得到了鋁合金zl104渦輪泵出口管樹脂砂低壓鑄造工藝規(guī)范.采用該工藝規(guī)范制造的鋁合金zl104渦輪泵出口管已用于cz-5和cz-7運載火箭液氧煤油液體火箭發(fā)動機之中,cz-5和cz-7運載火箭已通過了飛行考核,液氧煤油液體火箭發(fā)動機工作正常.由此表明:鋁合金zl104渦輪泵出口管樹脂砂低壓鑄造工藝是合理、正確和有效的.

基于低壓鑄造生產(chǎn)要求,對石膏型制備與烘干工藝、合金熔煉與澆注工藝進(jìn)行研究,升液管預(yù)熱有利于均勻噴涂涂料,升液管口平面上放置石棉墊板和過濾網(wǎng)片可提高服役壽命。旨在為薄壁葉片和大型復(fù)雜薄壁鑄造鋁合金鑄件的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

結(jié)合鑄件質(zhì)量要求,基于鑄造數(shù)值模擬技術(shù),分析了低壓鑄造的充型凝固過程,預(yù)測了鑄件中的缺陷分布;最終通過試制,確保了壓氣室低壓鑄件質(zhì)量,為該件的順利生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

低壓鑄造是將模具放在密閉的保溫爐上面,型腔通過升液管與爐膛里的金屬液相通。工作時向爐膛中加入帶壓力的空氣,金屬液會從升液管中流入型腔。待金屬液凝固后,將爐膛中的壓縮空氣釋放,未凝固的金屬液從升液管中流回到爐中。變矩器機芯中的鋁輪、葉片采用低壓鑄造技術(shù)有四大優(yōu)點:第一,鑄件組織致密,力學(xué)性能好;第二,工藝出品率高,目前我公司鑄造廠壓鑄件工藝出品率在93%以上,同種產(chǎn)品重力鑄造的工藝出品率在

1工藝方案設(shè)計1.1毛坯圖設(shè)計飛機座艙鑄件是i類鑄件,采用zl116a合金,鑄件凈重為21kg,最大外廓尺寸為900mm×450mm×310mm,形狀不規(guī)則(如圖1),鑄造工藝設(shè)計難度較大。鑄件內(nèi)外表面全加工,整體上留4mm余量,為便于模具設(shè)計,將側(cè)面的臺階與大平面取平。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,選擇1%的收縮率。