铝合金铸造工艺设计研究

2017-02-08

摘要:铸造过程是一个金属由高温液态到固态的材料成型过程,铸造工艺过程需要多种工艺流程的相互配合才能顺利完成。本文对铝合金的铸造工艺设计展开了研究,以期为铸造业的相关人员提供参考。

关键词:铝合金;铸造;工艺设计

引言

近年来,我国铸造业正向铸造强国的方向发展,铸造产业也将迎来一次新的变革,在铸造工艺设计上趋向于计算机技术的应用,在铸造材料上也趋于高强度轻量化特点。其中铸造铝合金是我国铸造业重点发展的新型材料,同时它也将被广泛用于其他行业,尤其在汽车、航空等行业,有很大的发展前景。铝合金为传统的金属材料,密度小,强度高,流动性好,熔炼温度低,特别适用干金属型铸造、压铸、挤压铸造。

1铸造工艺设计概述

铝合金铸件的质量与铸造因素、合金加热温度、浇冒口系统、浇口形状等有关,铝合金铸造工艺设计是铝合金铸造生产的基本组成部分和关键环节。

1.1铸造工艺

铸造工艺,主要有重力铸造、高压铸造及挤压铸造等。重力铸造工艺晶体组织不够致密,且容易产生热节缺陷,但可通过后期热处理提升力学性能指标;高压铸造工艺液态金属在压力下凝固结晶,晶体组织致密,铸造毛坯力学性能好。但目前国内高真空压铸工艺发展尚未成熟,基本均为普通压铸,而对于较复杂结构件来说,容易产生卷气现象,导致延伸率较低,且无法进行热处理,力学性能得不到进一步提升;挤压铸造工艺液态金属在压力下凝固结晶,晶体组织致密,铸造毛坯力学性能好,且可以进行后期热处理,进一步提升力学性能指标。

1.2铸造工艺设计概况

铸造工艺设计大致包括四项内容,分别是:第一,铸件结构工艺性分析;第二,铸造工艺方案确定,其分为铸造方式的确定、浇注位置确定、分型面确定及其工艺参数确定;第三,浇注系统设计,主要指引入位置及其结构尺寸等的设计;第四,造型、芯头定位方式及排气、制芯、浇注、清理以及后处理等工艺设计。

1.3铸造工艺设计的重要性

铸造工艺是铸造生产的核心,是能否生产优质铸件的关键,古今中外都把提高和发展铸造工艺水平视为推动铸造技术进步,满足经济和社会发展需要的一个重要组成部分。同样,作为一个铸造企业,其铸造工艺水平与其生存和发展休戚相关。甚至可以说,铸造工艺水平直接决定其研发水准和开发新品的能力,也直接关系企业的质量水平乃至竞争实力,使其在市场竞争中立于不败之地。而合理的铸造工艺是设计出来的,因此,铸造工艺设计的重要性是毋庸置疑的。

2铝合金铸造工艺设计要点

铸造工艺设计的范围包括多种类铸造和多工序内容,其中最主要的有两点,一是铸件结构工艺性分析,二是浇注系统设计。

2.1铸件结构工艺性分析

铸件的生产不仅需要采用合理的先进的铸造工艺和设备,而且要求零件的设计结构适合铸造生产要求。在生产中常碰到一些铸件的结构不合理,给生产带来困难,甚至有的很难铸出,根本无法保证铸件质量。因此,零件的设计结构上除了应满足机器设备本身的使用性能和机械加工要求之外,还应满足铸造工艺的要求。为了使铸件结构有良好的铸造工艺性,要求产品设计人员与铸造工艺设计人员密切合作,进行结构工艺分析,使铸件结构的铸造工艺性合理;另外,铸造工艺人员如果发现铸件结构上不合理之处,应与零件设计人员共同研究,设法予以改进。

2.2浇注系统设计

2.2.1浇注系统定义及作用

浇注系统设计是铸造工艺设计的核心部分,它的合理与否可直接决定铸造工艺设计水平。在一般情况下,浇注系统是铸型的构成单元,是将液压金属引入铸型型腔的通道,它保证铸型的充填和凝固时铸件的补缩。因此,浇注系统具有以下两个基本作用:引入金属材料和补缩铸件。

2.2.2铸件浇注位置确定应遵守的原则

第一,铸件的重要加工面及工作面尽量放在底部或侧面;第二,有利于顺序凝固,这是最关键的;第三,有利于砂芯定位及排气;第四,薄壁部分应位于浇注位置的下部或侧面等。

2.2.3浇注系统设计应遵守的原则

首先,应引导金属液平稳充型;其次,充型过程中金属液流动的方向和速度可以控制;再次,在合适的时间内充满型腔;另外,调节铸型内温度分布;最后,具有挡渣、溢渣能力。

3铸造工艺设计的控制要点

3.1铸件的补缩

对于壁厚较大的铝合金铸件,在铸造工艺设计过程中合金的补缩是十分重要的,如果补缩的作用不够,铸件的最后凝固处易产生缩松,甚至可能产生集中缩孔,造成铸件报废。因此,对于厚壁铸件,因浇注中型腔热容量大,凝固收缩比较缓慢,后期要求冒口提供的金属液补缩较大,故必须对整体采用强有力的补缩措施,以避免产生缩孔、缩松等铸造缺陷。

3.2铸件的冷却

因铸件使用过程中对气密性要求很高,故加大厚大铸件的凝固速度,以获得较细的金相组织,使其铸件表面有一层较细的致密层,是提高其气密性和力学性能重要技术措施。故对于筒体铸件的内腔厚大部位,必须采用冷铁加强冷却。

4铝合金铸件设计后质量检验方法

检测具体要求:其一,铸件内部质量的检验首先按铸件图样的技术要求来进行检验;其二,铸件内部不允许有裂纹缺陷;其三,如没有明确的规定,对于针孔缺陷,I类铸件、液压件、气压件应按GB/T11346—1989标准中的2级验收,允许局部有4级针孔,但一般不得超过受检面积的25%。当气密性试验满足设计要求时,允许按3级验收,Ⅱ类铸件按3级针孔验收。

结束语

综上所述,如今铝合金铸件的铸造技术已经得到了很大发展,铝铸件的产量逐年提高,现已在兵器、航空、航天、纺织等领域得到越来越广泛的应用,铸件质量要求也越来越严格。因此,一定要加强铝合金铸造工艺的研究。

参考文献

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