CN102166639B - 大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法 - Google Patents

大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法 Download PDF

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Abstract

一种大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法,其特征在于:所述方法是通过将挤压铸造技术与差压铸造技术进行有机地结合来实现的,它包括下述步骤:a、金属液在差压0.2-1.0Mpa状态下充型,铸件的凝固保持在2-6Mpa的压力条件下进行;b、金属液的充填采用底注形式,横浇道连接的是一个环形缝隙式内浇道,而环形缝隙式内浇道上部直接与环形型腔连接;浇注时,金属液通过环形缝隙式内浇道直接进入环形型腔后,自下而上进行充填,并吸取缝隙式浇注系统横向补缩的优点在铸件相应部位设置工艺筋并配合使用冷铁,实现铸件平稳逐层充型和顺序凝固。

Description

大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铸造技术,具体说是涉及大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法。
背景技术
[0002] 大型复杂薄壁构件采用铸造方法整体成形的优越性是任何其它加工方法不可比拟的,但是其生产状况是,产品的强度基本达到要求,问题主要出在内部质量上:铝合金容易出现气孔、缩松,使得打压时发生渗漏;铸件一次合格率较低,造成生产力低下和高成本。因此开发大型复杂薄壁铝合金构件整体精密铸造技术成为解决问题的关键所在。
发明内容
[0003] 本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法,该方法是将在铸造生产中广泛使用的比较成熟的挤压铸造(半固态铸造)技术与差压铸造技术有机地结合为一体,其原理是:金属液在差压(O. 2-1. OMPa)状态下,以较大流量平稳地精确充填压铸型腔,充型过程可控且平稳;铸件的凝固过程一直在高压(2-6MPa)作用下进行,可消除针孔、显微缩松和裂纹等缺陷,显著提高铸件的力学性能及表面质量。
[0004] 具体说:本发明的目的可通过下述技术措施来实现:
[0005] 本发明的方法所述方法是通过将挤压铸造技术与差压铸造技术进行有机地结合来实现的,它包括下述步骤:
[0006] a、金属液在差压O. 2-1. O MPa状态下充型,铸件的凝固保持在2_6MPa的压力条件下进行;
[0007] b、金属液的充填采用底注形式,横浇道连接的是一个环形缝隙式内浇道,而环形缝隙式内浇道上部直接与环形型腔连接;浇注时,金属液通过环形缝隙式内浇道直接进入环形型腔后,自下而上进行充填,并吸取缝隙式浇注系统横向补缩的优点在铸件相应部位设置工艺筋并配合使用冷铁,实现铸件平稳逐层充型和顺序凝固;
[0008] C、铸型砂箱设计为若干节,另有一节顶盖,一个铸铁造型平台,一个铸铁底箱用于制造浇注系统铸型;且将每节砂箱上下表面均加工成平面,以减少合型时各节铸型之间的缝隙;每节砂箱均有定位销孔,铸型装配时,采用一根长的定位销自上而下插在多节砂箱的定位销孔中,以保证砂箱之间的装配与定位精度;最底部砂箱与底箱之间的装配面均加工有定位子口以保证装配定位;
[0009] d、铸型模样相应分为若干节,每节模样的高度与相应的砂箱高度相同,模样之间采用定位子口定位;造型时,砂箱和模样均靠底部定位子口在造型平台定位,以保证模样与砂箱之间的相对位置;模样外表面加工时,将各节模样毛坯组装在一起,进行整体加工,保证模样的尺寸精度和表面质量;
[0010] e、芯盒分为4节,每节芯盒均采用对开结构,各节芯盒之间靠定位子口进行定位,在径向位置则靠定位销保证;制备砂芯时,芯盒与铸铁底箱之间靠定位子口进行定位;为了制芯后打开芯盒方便,各加强筋模样以及各突台模样与芯盒内表面之间采用活动镶嵌方式装配;
[0011] 本发明中所述砂芯采用SiC砂制备而成;选用呋喃树脂砂改性的聚氨酯砂做为大型复杂薄壁铝合金舱体构件用优化改性树脂砂;通过调整呋喃树脂砂与聚氨酯砂的比例,可以控制改性树脂砂具有不同的性能。
[0012] 本发明中所述砂芯采用中空砂芯技术制造:制芯前,首先制造若干个环形树脂砂芯;制芯时,将环形树脂砂芯放在芯盒中心,然后向环形树脂砂芯与芯盒之间的空隙充填混制好的芯砂并紧实;随着制芯高度的增加,不断放入预制的环形树脂砂芯和增高芯盒直至制芯完毕;芯砂固化后,自上而下打开芯盒,固化的树脂砂将预制的环形树脂砂芯包在其中,形成了一个具有高强度的整体砂芯。
[0013] 本发明中采用锆英粉涂料做整体砂芯涂料;涂料刷完后点燃进行干燥,用8#砂纸·打磨涂料表层,直至接近砂粒处,保证整体砂芯表层的砂粒间隙填满涂料而又不会磨掉砂粒;采用梯度性能分布的整体砂芯技术。
[0014] 本发明的有益效果如下:
[0015] I、底箱浇注系统部分铸型采用呋喃树脂砂制造,铸型高温强度高;
[0016] 2、底部三层铸型以及相应高度的砂芯采用改性聚氨酯砂制造,整体砂芯(铸型)具有较高的高温强度和溃散性;
[0017] 3、上部四层铸型以及相应高度的砂芯采用聚氨酯砂制造,保证整体砂芯(铸型)具有良好的溃散性。
[0018] 4、制造大型薄壁铝、镁合金优质铸件的整体精密铸造方法适用于具有各种尺寸结构的薄壁铝、镁合金构件。
[0019] 5、采用本发明制造的各种尺寸结构的薄壁铝、镁合金铸件,其尺寸精度可达CT3-CT4,铸件非加工表面粗糙度Ra < 6. 3 μ m,铸件内部质量达到一级优质铝合金铸件标准,具有高的气密性。
附图说明
[0020] 附图为改性树脂砂混砂工艺流程图。
具体实施方式
[0021] 本发明以下将结合实施例作进一步描述:
[0022] 本发明的方法所述方法是通过将挤压铸造技术与差压铸造技术进行有机地结合来实现的,它包括下述步骤:
[0023] a、金属液在差压O. 2-1. O MPa状态下充型,铸件的凝固保持在2_6MPa的压力条件下进行;
[0024] b、利用ViewCast软件对大型薄壁铝合金筒体铸件差压铸造充型及凝固过程进行数值模拟和铸造工艺设计;金属液的充填采用底注形式,横浇道连接的是一个环形缝隙式内浇道,而环形缝隙式内浇道上部直接与环形型腔连接;浇注时,金属液通过环形缝隙式内浇道直接进入环形型腔后,自下而上进行充填,并吸取缝隙式浇注系统横向补缩的优点在铸件相应部位设置工艺筋并配合使用冷铁,实现铸件平稳逐层充型和顺序凝固;这样通过控制直浇道、横浇道及内浇道的形状和尺寸,就可以控制金属液的充填方式、金属液的温度分布以及浇注系统中的金属液的凝固顺序,从而获得无内部缺陷的优质铸件。
[0025] C、铸型砂箱设计为7节,另有一节顶盖,一个铸铁造型平台,一个铸铁底箱用于制造浇注系统铸型;由于铸型高度很高,造型后,如何控制砂箱之间以及砂箱与底箱之间的装配及定位精度,是制造高尺寸精度铸型的关键。且将每节砂箱上下表面均加工成平面,以减少合型时各节铸型之间的缝隙;每节砂箱均有定位销孔,铸型装配时,采用一根长的定位销自上而下插在7节砂箱的定位销孔中,以保证7节砂箱之间的装配与定位精度;最底部砂箱与底箱之间的装配面均加工有定位子口以保证装配定位;
[0026] d、铸型模样相应分为7节,每节模样的高度与相应的砂箱高度相同,模样之间采用定位子口定位;造型时,砂箱和模样均靠底部定位子口在造型平台定位,以保证模样与砂箱之间的相对位置;模样外表面加工时,将各节模样毛坯组装在一起,进行整体加工,保证模样的尺寸精度和表面质量; [0027] e、芯盒分为4节,每节芯盒均采用对开结构,各节芯盒之间靠定位子口进行定位,在径向位置则靠定位销保证;芯盒内表面精确加工,以保证所制造的砂芯表面质量和尺寸精度;制备砂芯时,芯盒与铸铁底箱之间靠定位子口进行定位;为了制芯后打开芯盒方便,各加强筋模样以及各突台模样与芯盒内表面之间采用活动镶嵌方式装配;
[0028] 本发明中所述砂芯采用SiC砂制备而成;选用呋喃树脂砂改性的聚氨酯砂做为大型复杂薄壁铝合金舱体构件用优化改性树脂砂;通过调整呋喃树脂砂与聚氨酯砂的比例,可以控制改性树脂砂具有不同的性能,以满足生产需要。
[0029] 本发明中所述砂芯采用中空砂芯技术制造:制芯前,首先制造若干个环形树脂砂芯;制芯时,将环形树脂砂芯放在芯盒中心,然后向环形树脂砂芯与芯盒之间的空隙(45mm宽)充填混制好的芯砂并紧实;随着制芯高度的增加,不断放入预制的环形树脂砂芯和增高芯盒直至制芯完毕;芯砂固化后,自上而下打开芯盒,固化的树脂砂将预制的环形树脂砂芯包在其中,形成了一个具有高强度的整体砂芯;采用锆英粉涂料做整体砂芯(铸型)涂料;由于砂芯表面结构复杂,采用喷涂时,容易造成局部涂料堆积,影响砂芯的尺寸精度,因此均采用手工刷涂料,涂料刷完后点燃进行干燥,用8#砂纸打磨涂料表层,直至接近砂粒处,保证整体砂芯(铸型)表层的砂粒间隙填满涂料而又不会磨掉砂粒。一方面消除刷痕,提高铸件表面光洁度,另一方面可以保证整体砂芯(铸型)的尺寸精度符合设计要求;采用梯度性能分布的整体砂芯(铸型)技术。采用梯度性能分布整体砂芯(铸型)技术,可以满足金属液对整体砂芯(铸型)不同部位的高温强度及溃散性的不同要求。
[0030] 采用本发明的方法制造出的大型铝合金复杂薄壁舱体铸件具体技术数据如下:
[0031] I.大型铝合金(A357)复杂薄壁舱体铸件
[0032] 舱体尺寸为F500-600mm,高为1200-1500_,壁厚为4-5_。铸件尺寸精度可达CT3-CT4,铸件非加工表面粗糙度Ra < 6. 3 μ m,铸件内部质量达到一级优质铝合金铸件标准,合金力学性能(铸件切取试样,T6) : ob^ 340Mpa, δ彡5%。
[0033] 2.大型铝合金(ZL114、ZL115)复杂薄壁舱体铸件
[0034] 舱体尺寸为F800-1000mm,高为1500-2000_,厚度5-8_。铸件尺寸精度可达CT3-CT4,铸件非加工表面粗糙度Ra < 6. 3 μ m,铸件内部质量达到一级优质铝合金铸件标准,合金力学性能(铸件切取试样,T6) : Ob^ 340Mpa, δ彡5 %。

Claims (2)

1. 一种大型复杂薄壁铝合金舱体构件整体精密铸造方法,其特征在于:所述方法包括下述步骤: a、金属液在差压O. 2-1. O MPa状态下充型,铸件的凝固保持在2-6MPa的压力条件下进行; b、金属液的充填采用底注形式,横浇道连接的是一个环形缝隙式内浇道,而环形缝隙式内浇道上部直接与环形型腔连接;浇注时,金属液通过环形缝隙式内浇道直接进入环形型腔后,自下而上进行充填,并吸取缝隙式浇注系统横向补缩的优点在铸件相应部位设置工艺筋并配合使用冷铁,实现铸件平稳逐层充型和顺序凝固; C、铸型砂箱设计为若干节,另有一节顶盖,一个铸铁造型平台,一个铸铁底箱用于制造浇注系统铸型;且将每节砂箱上下表面均加工成平面,以减少合型时各节铸型之间的缝隙;每节砂箱均有定位销孔,铸型装配时,采用一根长的定位销自上而下插在多节砂箱的定位销孔中,以保证砂箱之间的装配与定位精度;最底部砂箱与底箱之间的装配面均加工有定位子口以保证装配定位; d、铸型模样相应分为若干节,每节模样的高度与相应的砂箱高度相同,模样之间采用定位子口定位;造型时,砂箱和模样均靠底部定位子口在造型平台定位,以保证模样与砂箱之间的相对位置;模样外表面加工时,将各节模样毛坯组装在一起,进行整体加工,保证模样的尺寸精度和表面质量; e、芯盒分为4节,每节芯盒均采用对开结构,各节芯盒之间靠定位子口进行定位,在径向位置则靠定位销保证;制备砂芯时,芯盒与铸铁底箱之间靠定位子口进行定位;为了制芯后打开芯盒方便,各加强筋模样以及各突台模样与芯盒内表面之间采用活动镶嵌方式装配;所述砂芯采用中空砂芯技术制造:制芯前,首先制造若干个环形树脂砂芯;制芯时,将环形树脂砂芯放在芯盒中心,然后向环形树脂砂芯与芯盒之间的空隙充填混制好的芯砂并紧实;随着制芯高度的增加,不断放入预制的环形树脂砂芯和增高芯盒直至制芯完毕;芯砂固化后,自上而下打开芯盒,固化的树脂砂将预制的环形树脂砂芯包在其中,形成了一个具有高强度的整体砂芯;采用锆英粉涂料做整体砂芯涂料;涂料刷完后点燃进行干燥,用8#砂纸打磨涂料表层,直至接近砂粒处,保证整体砂芯表层的砂粒间隙填满涂料而又不会磨掉砂粒。
2.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:选用呋喃树脂砂改性的聚氨酯砂做为大型复杂薄壁铝合金舱体构件用优化改性树脂砂;通过调整呋喃树脂砂与聚氨酯砂的比例,可以控制改性树脂砂具有不同的性能。
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