1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都提出了更高的要求。汽車等行業(yè)對(duì)鑄件的要求向薄壁、形狀復(fù)雜、高強(qiáng)度、高質(zhì)量的方向發(fā)展，使得鑄造鋁合金近年來(lái)發(fā)展迅速。鋁硅合金的枝晶不發(fā)達(dá)，結(jié)品溫度間隔是幾類鑄造鋁合金中最小的，在凝固過(guò)程開始后的一段時(shí)間內(nèi)，合金液仍可流動(dòng)，并且在固相線附近的溫度下有較高的強(qiáng)度，因而在鑄造鋁合金中其鑄造性能是最好的。但易產(chǎn)生集中縮孔，故必須設(shè)置較大冒口補(bǔ)縮;鋁合金中的一些元素化學(xué)性質(zhì)都比較活潑，不僅在熔煉過(guò)程中易氧化，在澆注過(guò)程中，二次氧化的傾向也很大，極易形成氧化夾渣;此外鋁合金液有較強(qiáng)的吸氣傾向，很容易和水反應(yīng)而出現(xiàn)鑄件的針孔現(xiàn)象。
針對(duì)杭州杭氧鑄造有限公司在采用重力澆注試制生產(chǎn)鋁硅合金箱休類鑄件中存在的氧化夾渣、氣孔、針孔、縮松等缺陷的情況，改用低壓鑄造工藝，獲得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了合格鑄件的批量生產(chǎn)。
鑄件簡(jiǎn)介及質(zhì)量要求
本箱體是某國(guó)內(nèi)知名上市公司的工程車的重要零部件，該鑄件形狀較復(fù)雜、壁厚不均勻、結(jié)構(gòu)緊奏，材質(zhì)是ZL111，最大外形尺寸450mm×585mm×315 mm,最厚壁厚為60mm，基本壁厚為14mm,鑄件重約50kg。質(zhì)量要求:鑄件不得有氣孔、夾渣、縮孔、裂紋、縮松等缺陷，水壓0.3MPa、試壓l5min，不得有泄漏現(xiàn)象。該鑄件在我公司試制生產(chǎn)前，由于鑄件質(zhì)量得不到保證，以至從歐美進(jìn)口。通過(guò)多次生產(chǎn)試驗(yàn)，改變工藝技術(shù)方案，成功地解決了相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，使該鑄件成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，替代了進(jìn)口產(chǎn)品，并成功返銷國(guó)外，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2 箱體工藝方案的分析
2.1 重力澆注工藝的質(zhì)t問(wèn)題
該箱體鑄件是典型的殼體類鋁硅合金鑄件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，厚薄差異大，在采用重力澆注工藝的情況下盡管放了很多冷鐵、冒口和出氣，但廢品率仍然很高，經(jīng)常在鑄件上出現(xiàn)氧化夾渣、氣孔、縮松等缺陷。
2.2 低壓鑄造工藝的擬定
針對(duì)重力澆注出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，為了生產(chǎn)出合格的鑄件，經(jīng)過(guò)詳細(xì)技術(shù)分析后，改用低壓鑄造工藝鑄造，采用樹脂砂兩箱造型和開放式澆注系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)圖如圖1所示。在進(jìn)行低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，本鑄件采用了穩(wěn)壓凝固工藝鑄造技術(shù)，其工藝特點(diǎn)是：升液速度緩慢，充型速度稍快，凝固壓力小，合金液充滿型后即保持在充型壓力下或稍高充型壓力下結(jié)晶凝固，直到鑄件完全凝固后放氣解壓。穩(wěn)壓凝固工藝如圖2所示。
圖1 箱體鑄造工藝圖
圖2 箱體低壓穩(wěn)壓工藝
澆注溫度的選定原則與一般澆注法相同，在保證成型的前提下，應(yīng)該越低越好，本鑄件的澆注溫度取680℃-710℃。
2.2.2 充型壓力和充型速度
充型壓力和充型速度是低壓鑄造的主要工藝參數(shù)，直接影響鑄件質(zhì)量。當(dāng)充型速度太快時(shí)，型腔中氣體來(lái)不及排出，就會(huì)產(chǎn)生鑄件輪廓不清、氣孔或澆不到等缺陷;如果充型速度太慢，合金液溫度下降，粘度增大，充型能力降低，也會(huì)導(dǎo)致鑄件冷隔、澆不到等缺陷。根據(jù)巴斯葛原理P=μHρg，計(jì)算出充型壓力為0.12MPa-0.16MPa。充型時(shí)間為15s-30s。
2.2.3 增壓和增壓速度
鑄件的凝固壓力應(yīng)該比充型壓力大，實(shí)踐表明，凝固壓力越大，補(bǔ)縮效果越好，獲得的鑄件組織越致密，但是，若采用過(guò)高的凝固壓力，不僅會(huì)影響鑄件的尺寸精度和表面粗糙度，甚至?xí)斐设T件粘砂和脹箱，由于本鑄件質(zhì)量要求高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取凝固壓力為0.l3MPa-0.16MPa，增壓速度為0.003MPa-0.006MPa/s。
2.2.4 保壓時(shí)間
保壓時(shí)間通常以鑄件內(nèi)澆道處無(wú)縮孔或澆道殘留40mm左右所需的時(shí)間為宜。取本件的保壓時(shí)間為10min-15min。
2.2.5 鑄造模擬
利用華鑄CAE凝固模擬分析軟件驗(yàn)證并完善工藝方案，模擬凝固過(guò)程的液相分布符合工藝要求，如圖3所示。
圖3 鑄件的三維凝固模型
此鑄件在鑄造過(guò)程中除了要按照以上方案實(shí)施外，還應(yīng)達(dá)到以下要求:
(l)造型時(shí)上箱鑄型高點(diǎn)和出氣死角處均需放φ3mm的出氣。
(2)放置的冷鐵工作面必須清潔無(wú)污染。
(3)鑄型表面、坭芯、冷鐵涂刷涂料兩遍，刷涂料前鑄型需放置4h后進(jìn)行，以利于砂型水分揮發(fā)。
(4)合箱前冷鐵表面需烘烤以去除水分，合箱后馬上澆注。
(5)嚴(yán)格控制熔煉操作工藝規(guī)程。
通過(guò)嚴(yán)格控制操作規(guī)程、完善工藝規(guī)范，使得本鑄件成功進(jìn)人了穩(wěn)定的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到各項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。
3 結(jié)束語(yǔ)
用低壓鑄造此類鋁硅殼體鑄件，合金液充型平穩(wěn)，減少了合金液的飛濺、氧化夾渣、氣孔等缺陷。提高了鑄件的合格率。同時(shí)，一方面由于鑄件是在壓力作用下進(jìn)行結(jié)晶凝固，大大地改進(jìn)了補(bǔ)縮效果，獲得了組織致密的鑄件，這對(duì)于具有耐壓和防滲漏等工作要求的鑄件效果明顯。另一方面，由于低壓鑄造利用壓力充型和補(bǔ)縮，大大地簡(jiǎn)化了澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了工藝出品率。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都提出了更高的要求。汽車等行業(yè)對(duì)鑄件的要求向薄壁、形狀復(fù)雜、高強(qiáng)度、高質(zhì)量的方向發(fā)展，使得鑄造鋁合金近年來(lái)發(fā)展迅速。鋁硅合金的枝晶不發(fā)達(dá)，結(jié)品溫度間隔是幾類鑄造鋁合金中最小的，在凝固過(guò)程開始后的一段時(shí)間內(nèi)，合金液仍可流動(dòng)，并且在固相線附近的溫度下有較高的強(qiáng)度，因而在鑄造鋁合金中其鑄造性能是最好的。但易產(chǎn)生集中縮孔，故必須設(shè)置較大冒口補(bǔ)縮;鋁合金中的一些元素化學(xué)性質(zhì)都比較活潑，不僅在熔煉過(guò)程中易氧化，在澆注過(guò)程中，二次氧化的傾向也很大，極易形成氧化夾渣;此外鋁合金液有較強(qiáng)的吸氣傾向，很容易和水反應(yīng)而出現(xiàn)鑄件的針孔現(xiàn)象。
針對(duì)杭州杭氧鑄造有限公司在采用重力澆注試制生產(chǎn)鋁硅合金箱休類鑄件中存在的氧化夾渣、氣孔、針孔、縮松等缺陷的情況，改用低壓鑄造工藝，獲得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了合格鑄件的批量生產(chǎn)。
鑄件簡(jiǎn)介及質(zhì)量要求
本箱體是某國(guó)內(nèi)知名上市公司的工程車的重要零部件，該鑄件形狀較復(fù)雜、壁厚不均勻、結(jié)構(gòu)緊奏，材質(zhì)是ZL111，最大外形尺寸450mm×585mm×315 mm,最厚壁厚為60mm，基本壁厚為14mm,鑄件重約50kg。質(zhì)量要求:鑄件不得有氣孔、夾渣、縮孔、裂紋、縮松等缺陷，水壓0.3MPa、試壓l5min，不得有泄漏現(xiàn)象。該鑄件在我公司試制生產(chǎn)前，由于鑄件質(zhì)量得不到保證，以至從歐美進(jìn)口。通過(guò)多次生產(chǎn)試驗(yàn)，改變工藝技術(shù)方案，成功地解決了相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，使該鑄件成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，替代了進(jìn)口產(chǎn)品，并成功返銷國(guó)外，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2 箱體工藝方案的分析
2.1 重力澆注工藝的質(zhì)t問(wèn)題
該箱體鑄件是典型的殼體類鋁硅合金鑄件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，厚薄差異大，在采用重力澆注工藝的情況下盡管放了很多冷鐵、冒口和出氣，但廢品率仍然很高，經(jīng)常在鑄件上出現(xiàn)氧化夾渣、氣孔、縮松等缺陷。
2.2 低壓鑄造工藝的擬定
針對(duì)重力澆注出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，為了生產(chǎn)出合格的鑄件，經(jīng)過(guò)詳細(xì)技術(shù)分析后，改用低壓鑄造工藝鑄造，采用樹脂砂兩箱造型和開放式澆注系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)圖如圖1所示。在進(jìn)行低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，本鑄件采用了穩(wěn)壓凝固工藝鑄造技術(shù)，其工藝特點(diǎn)是：升液速度緩慢，充型速度稍快，凝固壓力小，合金液充滿型后即保持在充型壓力下或稍高充型壓力下結(jié)晶凝固，直到鑄件完全凝固后放氣解壓。穩(wěn)壓凝固工藝如圖2所示。
圖1 箱體鑄造工藝圖
圖2 箱體低壓穩(wěn)壓工藝
2.2.1 澆注溫度
澆注溫度的選定原則與一般澆注法相同，在保證成型的前提下，應(yīng)該越低越好，本鑄件的澆注溫度取680℃-710℃。
2.2.2 充型壓力和充型速度
充型壓力和充型速度是低壓鑄造的主要工藝參數(shù)，直接影響鑄件質(zhì)量。當(dāng)充型速度太快時(shí)，型腔中氣體來(lái)不及排出，就會(huì)產(chǎn)生鑄件輪廓不清、氣孔或澆不到等缺陷;如果充型速度太慢，合金液溫度下降，粘度增大，充型能力降低，也會(huì)導(dǎo)致鑄件冷隔、澆不到等缺陷。根據(jù)巴斯葛原理P=μHρg，計(jì)算出充型壓力為0.12MPa-0.16MPa。充型時(shí)間為15s-30s。
2.2.3 增壓和增壓速度
鑄件的凝固壓力應(yīng)該比充型壓力大，實(shí)踐表明，凝固壓力越大，補(bǔ)縮效果越好，獲得的鑄件組織越致密，但是，若采用過(guò)高的凝固壓力，不僅會(huì)影響鑄件的尺寸精度和表面粗糙度，甚至?xí)斐设T件粘砂和脹箱，由于本鑄件質(zhì)量要求高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取凝固壓力為0.l3MPa-0.16MPa，增壓速度為0.003MPa-0.006MPa/s。
2.2.4 保壓時(shí)間
保壓時(shí)間通常以鑄件內(nèi)澆道處無(wú)縮孔或澆道殘留40mm左右所需的時(shí)間為宜。取本件的保壓時(shí)間為10min-15min。
2.2.5 鑄造模擬
利用華鑄CAE凝固模擬分析軟件驗(yàn)證并完善工藝方案，模擬凝固過(guò)程的液相分布符合工藝要求，如圖3所示。
圖3 鑄件的三維凝固模型
2.2.6 操作要求
此鑄件在鑄造過(guò)程中除了要按照以上方案實(shí)施外，還應(yīng)達(dá)到以下要求:
(l)造型時(shí)上箱鑄型高點(diǎn)和出氣死角處均需放φ3mm的出氣。
(2)放置的冷鐵工作面必須清潔無(wú)污染。
(3)鑄型表面、坭芯、冷鐵涂刷涂料兩遍，刷涂料前鑄型需放置4h后進(jìn)行，以利于砂型水分揮發(fā)。
(4)合箱前冷鐵表面需烘烤以去除水分，合箱后馬上澆注。
(5)嚴(yán)格控制熔煉操作工藝規(guī)程。
通過(guò)嚴(yán)格控制操作規(guī)程、完善工藝規(guī)范，使得本鑄件成功進(jìn)人了穩(wěn)定的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到各項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。
3 結(jié)束語(yǔ)
用低壓鑄造此類鋁硅殼體鑄件，合金液充型平穩(wěn)，減少了合金液的飛濺、氧化夾渣、氣孔等缺陷。提高了鑄件的合格率。同時(shí)，一方面由于鑄件是在壓力作用下進(jìn)行結(jié)晶凝固，大大地改進(jìn)了補(bǔ)縮效果，獲得了組織致密的鑄件，這對(duì)于具有耐壓和防滲漏等工作要求的鑄件效果明顯。另一方面，由于低壓鑄造利用壓力充型和補(bǔ)縮，大大地簡(jiǎn)化了澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了工藝出品率。
