關于鋁合金重力澆注簡易模具之研究

劉樹聲，何貴元，程俊明

（新泰（遼寧）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

關于鋁合金重力澆注簡易模具之研究

劉樹聲，何貴元，程俊明

（新泰（遼寧）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

本文提出了一種新的鋁合金重力鑄造簡易模具設計方法，兼具砂型鑄造和金屬型鑄造的優點，提高了鑄件的質量和生產效率，又明顯地降低了生產成本。

簡易模；重力鑄造；鋁合金鑄造

1 鋁合金鑄造方法簡介

鋁合金鑄造方法主要分為砂型鑄造和金屬型鑄造，砂型鑄造又分為砂型重力鑄造和砂型低壓鑄造，金屬型鑄造也分為金屬型重力鑄造和金屬型低壓鑄造。

砂型鑄造即在砂型中生產鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，長期以來，一直是鋁合金鑄造生產中最主要和最基本的工藝方法。

金屬型鑄造又稱硬模鑄造，是用金屬制成，可以反復使用多次（幾百次到幾千次）。金屬型鑄造目前所能生產的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，有其自身的局限性。

本文將以高壓電器產品絕緣盆外圓的鋁合金法蘭環為例著重論述兼具砂型鑄造和金屬型鑄造優點、在我公司已投入使用的法蘭環簡易模具。法蘭環的結構簡圖如圖1所示。

圖1 法蘭環簡圖

2 工藝設計

在工藝準備階段，我們對幾種工藝方案進行了分析和對比。

（1）方案一：采用砂型鑄造工藝方法。對于該零件而言，從上面的簡圖中可以看出，其中?729 mm的圓柱面的粗糙度要求為Ra6.3，該表面因為有12個立柱間隔開來，這樣就為制造型芯帶來了難度，又很難用加工的方法來達到設計要求，所以只能采用鑄造的方法來實現。而普通的樹脂砂型所鑄出的零件表面粗糙度難以達到此項要求，如果采用覆膜砂做芯完全能達到產品的要求，但是采用覆膜砂，一是需要熱芯盒生產設備，二是熱芯盒模具和覆膜砂價格比較高，這樣就大幅度提高了鑄件的生產成本，另外由于該法蘭的特殊結構又為制造中間的成型砂芯帶來了操作上的困難。

（2）方案二：采用金屬型低壓鑄造。采用金屬型低壓鑄造方法，首先?729 mm的圓柱面的粗糙度Ra6.3的要求仍然是無法回避的問題，并沒有得到解決，其次低壓鑄造澆注系統如何分布才能確保12個立柱不出縮松等鑄造缺陷，還沒有一個很好的思路。另外，如果采用金屬型低壓鑄造方案，則必須依賴于低壓鑄造設備，在生產任務緊張、設備能力飽和的情況下，在生產安排等方面存在很多問題。

（3）方案三：采用簡易模具。在方案一中，最關鍵的部位是圖紙中直徑?729 mm的圓柱面表面質量，前面已經有過敘述，該面粗糙度要求為Ra6.3，很難用加工的方法來達到設計要求，能否靠組合鐵芯來解決這一難題！經過認真分析，認為這個方案是可行的。其結構如圖2所示。

值得注意的是，其中奇數冷鐵和偶數冷鐵的排列順序，在組裝時候的位置和順序通過底模上的定位銷來定位。通過先抽出偶數鐵芯，再抽出奇數鐵芯的方法（注：組裝的時候順序反之）易于在澆注成型后進行抽芯。其中的鐵芯采用防反的定位銷，避免了因員工的操作不當，而使得鑄件在模具中的位置對于上模的冒口產生相對的移動錯位，而使冒口起不到最佳補縮效果。

以上為鐵芯的結構，圖3為法蘭環簡易模整體結構。

圖3 簡易模示意圖

該模具采用上下分模，兩側設置兩個澆口及側邊冒口（如圖4），上模設有六個長圓頂冒口，六個長圓隨形冒口提高了冒口的補縮能力，重點補縮12個立柱部位，防止了12個立柱因為局部過厚而可能產生的縮松和縮孔缺陷。中間部分為12塊組合鐵芯（放大圖見圖2）。

澆注系統采用的是從邊冒口引入合金液的方式，這樣邊冒口內的鋁液溫度就會比常規冒口內的鋁液溫度要高，自然形成了一個由側邊冒口—經內澆口—向鑄件型壁的溫度梯度，順暢的補縮通道因此而建立，有助于鑄件的順序凝固即側邊冒口對鑄件的補縮。實踐證明，鑄件內澆口處無縮松、縮孔等鑄造缺陷。

該簡易模具生產出的鑄件經過X光無損探傷檢測，內部無縮孔、縮松缺陷存在，完全符合鋁合金鑄件質量標準要求。經過本體取樣，進行機械性能檢測，其結果完全達到國家標準要求；產品加工至成品，并進行了嚴格的氣密試驗和爆破試驗，均達到圖紙設計要求。

通過分析比較，可以說該法蘭環簡易模具相對于砂型而言，不僅減輕了造型工人勞動強度，同時大大減少了石英砂、樹脂、固化劑的用量，降低了人工費用和原輔材料成本，并且提高了生產效率，有利于節能環保。圖紙中直徑?729 mm圓面要求的尺寸精度以及表面粗糙度是普通樹脂砂型生產難以實現的，而采用組合鐵芯就很好地實現了樹脂砂型難以實現的精度和粗糙度要求。

相對于金屬型而言，因為澆冒系統均采用樹脂砂型，鑄件部分采用金屬型，這樣的結構明顯有效地形成了冒口與鑄件之間的溫度梯度，更加有利于冒口的保溫，即更有利于鑄件的補縮，實際的探傷結果也充分證明了我們選定簡易模的方案是正確的，鑄件在12個立柱處無縮松、縮孔及夾渣等鑄造缺陷。更為重要的意義在于，該模具不依賴金屬型低壓鑄造所必需的低壓鑄造機等相關設備，尤其適用于中小規模企業廣泛采用。

在實際使用的過程當中，該工藝操作較為簡單，只需要對員工進行簡單的技能培訓，員工就能在短時間內熟練掌握操作要領，生產出合格鑄件。

圖4 澆注系統

3 結論

（1）鋁合金重力澆注簡易模具既有砂型的澆注系統，又兼有金屬型成型的結構。

（2）鋁合金法蘭環采用簡易模具生產，效率高并可獲得較好鑄件表面質量。

（3）簡易模具結構相對簡單、模具費用低、操作方便、易于開模。

[1]張士林,任頌贊.簡明鋁合金手冊[M].上海:上海科學技術文獻出版社,2006.

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[5]柳百成,黃天佑等.中國材料工程大典[M].北京:化學工業出版社,2005.

Research on Aluminum Alloy Gravity Casting Plain Die

LIU ShuSheng,HE GuiYuan,CHENG JunMing
（Suntime(Liaoning)Precision Equipment Co.Ltd.,Yingkou 115009,Liaoning China）

A new design method for plain die of aluminum alloy gravity casting has been presentedwith which the die designed included the advantages of both sand casting and metal die casting,and the quality and the production efficiency of the casting have been improved with obviously reduced production cost.

Plain die;Gravity casting;Aluminum alloy casting

TG249.3;

B；

1006－9658（2014）01－0060-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2014.01.020

2013-08-12

稿件編號：1308-319

劉樹聲（1965—），男，工程師，主要從事鋁合金鑄造技術、質量管理工作