大型鋁合金曲面鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海 西寧 810000）

根據(jù)不同表面光潔度要求，選取不同的澆鑄型腔，判斷不同的澆鑄位置，控制冷鐵的擺放，實(shí)現(xiàn)大型鋁合金曲面鑄件澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1]。根據(jù)熔融狀態(tài)下鋁合金的流動(dòng)性和充型能力，對(duì)澆道類型進(jìn)行選擇，合理計(jì)算冒口，確定澆鑄溫度以及澆鑄時(shí)間，實(shí)現(xiàn)大型鋁合金曲面鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)。

1 澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）澆鑄型腔的選擇。澆鑄型腔主要包括金屬腔與涂料腔，其金屬腔是有金屬做的殼體，內(nèi)壁空堂，將熔融狀態(tài)的鋁合金導(dǎo)入空腔內(nèi)，具有表面質(zhì)量高，應(yīng)用于大型鑄件曲面上，其表面光潔度可達(dá)Ra3.2、Ra1.6[2]。金屬腔對(duì)澆鑄溫度控制、澆鑄時(shí)間控制、以及起模時(shí)間控制較為嚴(yán)格，因金屬腔多以耐熱鋼作為型腔磨具鋼，鋁合金澆鑄溫度一般可達(dá)700℃～740℃。澆鑄溫度過高、澆鑄時(shí)間過長或者起模時(shí)間過長會(huì)造成鋁合金與金屬腔產(chǎn)生黏合效應(yīng)，不易從金屬腔中分離出來，強(qiáng)制分離會(huì)造成表面產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑等表面缺陷。涂料腔采用蠟?zāi)Ｔ煨停粲幸欢ǖ臐驳?、冒口、暗冒口，在蠟?zāi)Ｍ鈱油坑邢Ｄ突鹜苛?，通過多次涂刷，后置于熱源中進(jìn)行烘烤，其蠟?zāi)Ｖ械南炄刍?，形成外層?jiān)硬，內(nèi)部空堂的鑄造型腔結(jié)構(gòu)。將熔融狀態(tài)的鋁合金注入空腔中，形成鑄件，其涂料腔對(duì)澆鑄溫度、澆鑄時(shí)間沒有較為嚴(yán)格的要求，并且不存在起模時(shí)間，直接獲得完整的鑄件，但涂料腔獲得的表面光潔度明顯低于金屬腔表面光潔度，一般可達(dá)Ra6.3、Ra3.2。根據(jù)不同的鑄件表面光潔度進(jìn)行澆鑄型腔的選擇。

（2）澆鑄位置的確定。澆鑄位置的選擇是聯(lián)通澆道的設(shè)計(jì)，讓熔融狀態(tài)的鋁合金注入型腔中，通過液態(tài)相變，固態(tài)相變形成室溫下使用的鋁合金。其澆鑄位置的選擇應(yīng)該為澆鑄型腔分型面的上部分，若采用整體型腔應(yīng)在重心以上。并且澆鑄位置不得離冒口冷鐵較近，澆鑄位置，同時(shí)保證有低到上的凝固順序。其澆鑄位置示意圖如圖1所示。

圖1 澆鑄位置示意圖

（3）冷鐵的擺放。澆鑄系統(tǒng)中，保證定向凝固順序是十分必要的，因?yàn)榻饘黉X合金遵循熱脹冷縮原理，如非定向凝固，在臂較薄的地方開始冷卻，中間冷卻速度最慢，會(huì)造成兩端為已經(jīng)形成較為完好的鑄態(tài)組織，而心部由于兩側(cè)無法補(bǔ)縮，形成大量縮松、縮孔，為此加入冷鐵控制熔融狀態(tài)的鋁合金定向凝固。擺放冷鐵的數(shù)量、大小與鋁合金的澆鑄溫度、最大截面積有關(guān)，可用公式1表示[3]：F=T/S＊∑N（1）

式中，T代表鋁合金澆鑄溫度、S代表型腔最大截面積、F代表冷鐵有效表面積、N代表澆道注型數(shù)量。根據(jù)上式，求出冷鐵有戲表面積，根據(jù)有效表面積，選取冷鐵進(jìn)行擺放，如計(jì)算結(jié)果為0或者小于1可以考慮忽律不計(jì)。

2 澆鑄工藝的確定

（1）澆道的確定。澆道是大型曲面鑄件與澆鑄系統(tǒng)的通道，熔融金屬通過澆鑄位置，進(jìn)入澆道，后進(jìn)入型腔，充滿型腔，冷卻形成鑄件。澆道的設(shè)計(jì)主要包括熔融金屬流動(dòng)路徑設(shè)計(jì)，澆道充型能力設(shè)計(jì)。熔融金屬流動(dòng)路徑設(shè)計(jì)主要考慮，熔融鋁合金的流動(dòng)性，如圖1所示，澆道直接連接鑄型的底部，此時(shí)熔融鋁合金注入緩慢，沒有紊流、冷熱交替的現(xiàn)象產(chǎn)生，由底部開始冷卻，獲得良好的鑄件質(zhì)量，以Al-Si-Mg合金為例，Al-Si-Mg合金流動(dòng)性較差，應(yīng)采用直通法進(jìn)行澆鑄，澆道直接連入曲面鑄件上部，進(jìn)行澆鑄。澆道充型能力設(shè)計(jì)，是保證鋁合金良好的充型能力，若不能達(dá)到鑄型必要的充型能力，則鑄件會(huì)產(chǎn)生凹坑、麻點(diǎn)、澆不足等缺陷。

（2）冒口的確定。冒口是曲面鑄件上部分用于補(bǔ)縮的結(jié)構(gòu)件，多為方形。冒口的設(shè)計(jì)多放于冷鐵不能放置的地方，則易產(chǎn)生縮孔、縮松、澆不足、冷隔的地方。如鑄件內(nèi)加有芯子，則芯子周圍必要加冒口，同時(shí)冒口的體積，不得小于補(bǔ)縮區(qū)間體積的1/3。

（3）澆鑄溫度的確定。鋁合金的澆鑄溫度是根據(jù)鋁合金相圖確定的，其當(dāng)鋁合金處于共析點(diǎn)時(shí)，鋁合金的流動(dòng)性最好，充型能力最佳，其鋁合金相圖如圖2所示。

其澆鑄溫度不得低于D點(diǎn)溫度，至少為D+30～80℃，且澆鑄時(shí)間不宜超過240s，因?yàn)闈茶T時(shí)間較長，澆鑄溫度不斷減低，則不能保證D+30～80℃溫度范圍，鋁合金的流動(dòng)性性不斷降低，充型能力不足，最后造成縮松、縮孔、澆不足、冷隔等缺陷。其上圖中L代表液相區(qū)，α代表α相區(qū)，β代表β相區(qū)，熔融金屬經(jīng)過高溫加熱處于L相區(qū)，控制w（合金）成分，使w（合金）=D，此時(shí)液相析出α相，液相中先析出的α相稱之為先共析相，剩余液相轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嗉应孪?。?shí)現(xiàn)鋁合金的固態(tài)相變，完成大型鋁合金曲面鑄件的澆鑄。

圖2 鋁合金相圖

3 總結(jié)

本文提出了大型鋁合金曲面鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)，基于大型鋁合金曲面鑄件的澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及澆鑄工藝的確定，實(shí)現(xiàn)本文的設(shè)計(jì)。希望本文的研究能夠?yàn)榇笮弯X合金曲面鑄造工藝提供理論依據(jù)。