大型薄壁件搖枕鑄件開發(fā)及工藝優(yōu)化

張嚴(yán)　葉海定

摘 要：通過(guò)某型搖枕的試制，分析了砂型重力鑄造中大型薄壁件產(chǎn)品產(chǎn)生縮松、裂紋、冷隔等缺陷的原因，針對(duì)平均壁厚為8mm而壁厚差較大的大型鑄件，在鑄造工藝上促使鑄件順序凝固，采用多澆道，高溫快速充型的方式，保證鑄件澆注質(zhì)量，提高鑄件品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：低壓鑄造;大型薄壁;壁厚不均;縮松

一、產(chǎn)品介紹

我公司采用低壓鑄造方法生產(chǎn)一種大型鋁合金鑄件，該鑄件材質(zhì)為AlSi7Mg，合金成分見下表。該鑄件輪廓尺寸1579mm×525mm×252mm，總體重量為47kg。最薄壁厚8mm，最厚壁厚60mm，壁厚不一，存在多處熱節(jié)。且鑄件造型復(fù)雜，四周相較于產(chǎn)品表面呈凹字型，最深空腔深200mm。結(jié)構(gòu)圖件圖1。

二、鑄造工藝設(shè)計(jì)

考慮到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸及外觀輪廓，采用平做平澆的方式進(jìn)行生產(chǎn)。上、下分型，外輪廓采用泥芯拼接成型。

（一）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑄件屬于大型薄壁件，熱節(jié)分散，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。采用多澆道，大流量的澆注方式。鑄件設(shè)置7個(gè)內(nèi)澆道，1個(gè)直澆道，直澆道貫穿鑄件首尾，形成有溫度梯度的溫度場(chǎng)。為了保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量，壁厚較厚的位置采用激冷措施，放置冷鐵，澆注前涂刷激冷涂料。工藝結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

鑄型上下分析，因外部輪廓采用泥芯拼接而成，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮泥芯定位的問(wèn)題，為了防止泥芯偏離，芯頭間隙取0.5mm，泥頭定位采用多點(diǎn)定位的方式，加大芯頭定位深度。

（二）制芯與造型

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征，各不易脫模的位置需制作成泥芯進(jìn)行拼接，為了滿足產(chǎn)品的重量要求，產(chǎn)品輪廓面優(yōu)選不放置拔模斜度，為了滿足該要求，制作泥芯的芯盒采用活塊組裝而成。對(duì)于深度較深的泥芯，為了方便后續(xù)清砂和避免夾砂，采用鉻鐵礦砂進(jìn)行造型，其余采用堿酚醛樹脂砂進(jìn)行造型。因泥芯較大，泥芯壁厚不足50mm，需在制作泥芯時(shí)放置芯骨，放置泥芯斷裂。泥芯分布如圖3所示。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)呈羊角型，為了防止產(chǎn)品變形，在開口處設(shè)置防變形拉筋，拉筋厚度為30mm，熱處理完后去除。如圖4所示。

（三）合箱

因鑄件壁厚較薄，易因偏芯、錯(cuò)箱等缺陷報(bào)廢，合箱時(shí)需嚴(yán)格控制質(zhì)量。先下澆道處泥芯，下芯前，澆口處放置過(guò)濾網(wǎng)。再下外輪廓的泥芯，泥芯與泥芯之間的結(jié)合處采用涂料泥進(jìn)行填補(bǔ)。下芯時(shí)著重注意壁厚，檢查泥芯定位及型腔內(nèi)的散砂，保證合箱后分型面密合和上下箱位置正確。

（四）凝固模擬

采用華鑄CAE軟件對(duì)該工藝方案進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果見圖5。

澆注溫度為737℃，澆注及凝固時(shí)間2465s，因此，為了避免鑄件出現(xiàn)應(yīng)力裂紋，澆注完后7h后進(jìn)行開箱處理。

三、鑄件缺陷分析

采用上述鑄造工藝，進(jìn)行了樣件試制，經(jīng)開箱，脫模、落砂后，發(fā)現(xiàn)樣件存在裂紋及縮松缺陷。

（一）裂紋缺陷

鑄件中間2處澆道對(duì)應(yīng)上方出現(xiàn)一處明顯裂紋，裂紋呈斷口比較整齊，深度約合1～2mm，長(zhǎng)度在8mm左右，表面有金屬液二次覆蓋的跡象，判斷是由于充型壓力不夠或二次加壓造成產(chǎn)品出現(xiàn)冷隔，但沒(méi)有完全覆蓋造成裂紋缺陷。（圖6）

通過(guò)分析，該鑄件在澆注時(shí)，壓力曲線在5s鐘左右的時(shí)間出現(xiàn)了一個(gè)明顯的下滑跡象后又再次升壓。當(dāng)出現(xiàn)二次增壓時(shí)，因鑄件壁厚較薄，先進(jìn)入的鋁液會(huì)有一個(gè)短暫的凝固過(guò)程，后進(jìn)入的鋁液在增大壓力時(shí)，會(huì)有一個(gè)噴射過(guò)程，無(wú)法完全融入，造成裂紋缺陷。

（二）縮松缺陷

鑄件圓臺(tái)處出現(xiàn)一處縮松缺陷，該處位置壁厚為40mm，四周壁厚為8～15mm，屬于明顯的單獨(dú)熱節(jié)，最后凝固位置沒(méi)有鋁液補(bǔ)縮造成縮松缺陷。（圖7）

四、改進(jìn)措施

（一）改善鋁液質(zhì)量

嚴(yán)選原材料，選擇干凈無(wú)雜質(zhì)的回爐料。控制回爐料與新料的比例，控制熔煉及轉(zhuǎn)水的時(shí)間，縮短熔煉時(shí)間。將精煉時(shí)間由原來(lái)的20min提高到25min。

（二）改善壓鑄環(huán)境

開工前對(duì)低壓鑄造機(jī)各進(jìn)出氣閥門進(jìn)行檢查，保證產(chǎn)品在升液過(guò)程中壓力溫度，進(jìn)一步提升產(chǎn)品在澆注過(guò)程中充型的平穩(wěn)性。

（三）改善工藝方案

對(duì)于單獨(dú)熱節(jié)處放置冷鐵，修改內(nèi)澆口大小，保證鋁液充型的前提下降低澆口截面積。

（四）提升充型壓力

采用快、慢、快、慢的充型方式。升液管階段快速充滿升液管，直澆道和橫澆道部位慢速充型，放置鋁液噴射產(chǎn)生二次氧化，產(chǎn)品前部快速充型，保證產(chǎn)品完整性，最后階段慢速充型，給氣體排出預(yù)留時(shí)間。

五、結(jié)語(yǔ)

大型薄壁件的澆注工藝主要需考慮產(chǎn)品的充型完好性，其次輔以局部冷卻措施解決熱節(jié)處縮松問(wèn)題。通過(guò)適當(dāng)提升鋁液質(zhì)量，澆注溫度，提升澆注速度，充型壓力和延長(zhǎng)冷卻時(shí)間，最終得到滿足要求的大型薄壁鑄件。

參考文獻(xiàn)：

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