CN102717029A - 一种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，包括采用激光快速成型制作蜡模、浇注系统制作、组型、制壳、脱蜡、模壳焙烧、造型、熔炼浇注、铸件清理、X射线检验、固溶和时效步骤。本发明的大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法为此种大型薄壁壳体铝合金铸件的研制提供了可靠的技术方案，制造出符合要求的铸件。同时，采用这种复合铸造方法为今后同类型铸件的开发和研制以及后续的生产奠定了很好的技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸件的铸造技术，特别是一种精密铸造成型方法，尤其适用于尺寸精度要求高的大型薄壁铸件的复合铸造成型方法。
背景技术
铝合金铸件由于其具有比强度高、密度小、耐腐蚀性好等特点，广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等各行业。在实际应用中，随着对铸件性能要求的提高和铸件结构设计的复杂化，铝合金铸件的成型以及各项性能指标实现的难度越来越大，为了满足各行业尤其是航空航天设备使用的铸件需求，这些对铸造技术提出了很大的挑战。而采用传统单一的铸造方法难以得到成型完好、尺寸精准、性能优异的结构复杂的铸件。因此，国内外尝试采用复合式的铸造方法，并取得了一定的发展，从长远来看，复合式的铸造方法将在实际生产中起到至关重要的作用。
大型薄壁壳体铝合金铸件由于其铸件平板尺寸较大，成型困难，壁薄易变形，浇注过程易于涨型，所以平面度控制较难，尺寸控制存在难度。这些都增加了铸造成型的难度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，该铸造方法能够适应平板尺寸较大的大型薄壁壳体铝合金铸件，使铸件在浇注过程中不易变形，能够有效控制平面度。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，包括以下步骤：
1）采用激光快速成型制作蜡模；
2）浇注系统制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
3）组型：采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
4）制壳：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂；
5）脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间17min；使用温度160℃；脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时；
6）模壳焙烧：焙烧温度750-850℃，保温2-3小时，随炉冷却至500℃以下取出；
7）造型：采用水玻璃砂造型；
8）熔炼浇注：先除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，并将坩埚、熔化工具、热电偶保护套管清理干净，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，然后于400～600℃保持0.5小时以上烘干至发黄备用。待坩埚预热至暗红以后装入金属料锭，充分熔化后搅拌3～5分钟；采用氩气旋吹机SG-Ⅲ精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足条件，说明精炼效果能满足要求，否则再次进行精炼，继续测试，直到ρ值满足条件；采用调压浇注，浇注温度：705～725℃，升液压力：8～15Kpa，升液速度；80～120mm/s，充型压力差：25KPa，充型速度：80～120mm/s，结晶压力：10Kpa，结晶时间：300～600s；
9）铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳，采用锯床切割浇注系统，采用吹砂机进行吹砂；
10）X射线检验：对铸件进行内部冶金质量检测；
11）固溶：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理；
12）时效：（1）炉温低于100℃时铸件入炉；（2）升温至160℃保温9小时，铸件出炉空冷。
进一步，步骤11）中，（1）炉温低于300℃时铸件入炉；（2）升温至540±5℃，保温12小时；（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
进一步，步骤4）中，首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥12小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥6小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥6小时；通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次；环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
本发明具有以下有益效果：
本发明的大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法为此种大型薄壁壳体铝合金铸件的研制提供了可靠的技术方案，制造出符合要求的铸件。同时，采用这种复合铸造方法为今后同类型铸件的开发和研制以及后续的生产奠定了很好的技术支持。
具体实施方式
本发明的这种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，具体包括以下步骤：
1）采用激光快速成型制作蜡模；
2）浇注系统制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
3）组型：采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
4）制壳，对以上组好型的蜡模进行多层挂砂：首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥12小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥6小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥6小时；通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次；环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
5）脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间17min；使用温度160℃；脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时；
6）模壳焙烧：焙烧温度750-850℃，保温2-3小时，随炉冷却至500℃以下取出；
7）造型：采用水玻璃砂造型；
8）熔炼浇注：先除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，并将坩埚、熔化工具、热电偶保护套管清理干净，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，然后于400～600℃保持0.5小时以上烘干至发黄备用。待坩埚预热至暗红以后装入金属料锭，充分熔化后搅拌3～5分钟；采用氩气旋吹机SG-Ⅲ精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足条件，说明精炼效果能满足要求，否则再次进行精炼，继续测试，直到ρ值满足条件；采用调压浇注，浇注温度：705℃，升液压力：15Kpa，升液速度;80mm/s，充型压力差：25KPa，充型速度：80mm/s，结晶压力：10Kpa，结晶时间：300s；
9）铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳，采用锯床切割浇注系统，采用吹砂机进行吹砂；
10）X射线检验：对铸件进行内部冶金质量检测；
11）固溶，将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理，具体如下：
（1）炉温低于300℃时铸件入炉；（2）升温至540±5℃，保温12小时；（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
13）时效：（1）炉温低于100℃时铸件入炉；（2）升温至160℃保温9小时，铸件出炉空冷。
1.根据权利要求1所述的大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，步骤11）中，（1）炉温低于300℃时铸件入炉；（2）升温至540±5℃，保温12小时；（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
2.根据权利要求1所述的大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，步骤4）中，首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥12小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥6小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥6小时；通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次；环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
1采用激光快速成型的制作蜡模。
2浇注系统制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
3组型：采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
4制壳：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂，首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥12小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥6小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥6小时。通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次。环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
5脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间17min；使用温度160℃。脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时。
6模壳焙烧：焙烧温度750-850℃，保温2-3小时，随炉冷却至500℃以下取出。
7造型：采用水玻璃砂造型。
8熔炼浇注：先除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，并将坩埚、熔化工具、热电偶保护套管等先清理干净，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，然后于400～600℃保持0.5小时以上烘干至发黄备用。待坩埚预热至暗红以后装入金属料锭，充分熔化后搅拌3～5分钟。采用氩气旋吹机SG-Ⅲ精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如密度值满足条件，说明精炼效果能满足要求，否则再次进行精炼，继续测试，直到满足要求。采用调压浇注，浇注温度：705℃，升液压力：15Kpa，升液速度；80mm/s，充型压力差：25KPa，充型速度：80mm/s，结晶压力：10Kpa，结晶时间：300s
9铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳，采用锯床切割浇注系统，采用吹砂机进行吹砂；
10X射线检验：对铸件进行内部冶金质量检测。
11固溶：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理，
（1）炉温低于300℃时铸件入炉。
（2）升温至540±5℃，保温12小时。
（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
12校形：用特制的校正平板做芯进行校正，确保尺寸。
13时效：时效参数：（1）、炉温低于100℃时铸件入炉。
（2）、升温至160℃保温9小时,铸件出炉空冷
14性能检测：对试棒及本体取样做力学性能测试，对铸件的表面质量进行检验。
实施例2
1采用激光快速成型的制作蜡模。
2浇注系统制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
3组型：采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
4挂砂：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂，首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥10小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥7小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥7小时。通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次。环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
5脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间15min；使用温度165℃。脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时。
6模壳焙烧：焙烧温度750-850℃，保温2-3小时，随炉冷却至500℃以下取出。
7造型：采用水玻璃砂造型。
8熔炼及浇注：先除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，并将坩埚、熔化工具、热电偶保护套管等先清理干净，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，然后于400～600℃保持0.5小时以上烘干至发黄备用。待坩埚预热至暗红以后装入金属料锭，充分熔化后搅拌3～5分钟。采用氩气旋吹机SG-Ⅲ精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足条件，说明精炼效果能满足要求，否则再次进行精炼，继续测试，直到满足要求。采用调压浇注，浇注温度：715℃，升液压力：10Kpa，升液速度100mm/s，充型压力差：25KPa，充型速度：100mm/s，结晶压力：10Kpa，结晶时间：400s
9铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳，采用锯床切割浇注系统，采用吹砂机进行吹砂；
10X射线检验：对铸件进行内部冶金质量检测。
11固溶：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理，
（1）炉温低于300℃时铸件入炉。
（2）升温至540±5℃，保温12小时。
（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
12校形：：用特制的校正平板做芯进行校正，确保尺寸。
13时效：时效参数：（1）、炉温低于100℃时铸件入炉。
（2）、升温至155℃保温13小时,铸件出炉空冷
14性能检测：对试棒及本体取样做力学性能测试；对铸件的表面质量进行检验。
实施例3
1采用激光快速成型的制作蜡模。
2浇注系统制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
3组型：采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
4制壳：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂，首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥9小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥8小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥8小时。通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次。环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
5脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间13min；使用温度160℃。脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时。
6模壳焙烧：焙烧温度750-850℃，保温2-3小时，随炉冷却至500℃以下取出。
7造型：采用水玻璃砂造型。
8熔炼及浇注：先除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，并将坩埚、熔化工具、热电偶保护套管等先清理干净，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，然后于400～600℃保持0.5小时以上烘干至发黄备用。待坩埚预热至暗红以后装入金属料锭，充分熔化后搅拌3～5分钟。采用氩气旋吹机SG-Ⅲ精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足条件，说明精炼效果能满足要求，否则再次进行精炼，继续测试，直到满足要求。采用调压浇注，浇注温度：725℃，升液压力：8Kpa，升液速度;120mm/s，充型压力差：25KPa，充型速度：120mm/s，结晶压力：10Kpa，结晶时间：600s。
9铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳，采用锯床切割浇注系统，采用吹砂机进行吹砂。
10X射线检验：对铸件进行内部冶金质量检测。
11固溶：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理，
（1）炉温低于300℃时铸件入炉。
（2）升温至540±5℃，保温12小时。
（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
12校形：用特制的校正平板做芯进行校正，确保尺寸。
13时效：时效参数：（1）、炉温低于100℃时铸件入炉。
（2）、升温至150℃保温18小时,铸件出炉空冷。
14性能检测：对试棒及本体取样做力学性能测试，对铸件的表面质量进行荧光检验。
Claims (3)
1.一种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用激光快速成型制作蜡模；
2）浇注系统制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
3）组型：采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
4）制壳：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂；
5）脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间17min；使用温度160℃；脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时；
6）模壳焙烧：焙烧温度750-850℃，保温2-3小时，随炉冷却至500℃以下取出；
7）造型：采用水玻璃砂造型；
8）熔炼浇注：先除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，并将坩埚、熔化工具、热电偶保护套管清理干净，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，然后于400～600℃保持0.5小时以上烘干至发黄备用，待坩埚预热至暗红以后装入金属料锭，充分熔化后搅拌3～5分钟；采用氩气旋吹机SG-Ⅲ精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足条件，说明精炼效果能满足要求，否则再次进行精炼，继续测试，直到ρ值满足条件；采用调压浇注，浇注温度：705～725℃，升液压力：8～15Kpa，升液速度；80～120mm/s，充型压力差：25KPa，充型速度：80～120mm/s，结晶压力：10Kpa，结晶时间：300～600s；
9）铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳，采用锯床切割浇注系统，采用吹砂机进行吹砂；
10）X射线检验：对铸件进行内部冶金质量检测；
11）固溶：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理；
12）时效：（1）炉温低于100℃时铸件入炉；（2）升温至160℃保温9小时，铸件出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，步骤11）中，（1）炉温低于300℃时铸件入炉；（2）升温至540±5℃，保温12小时；（3）铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒，水中冷却不能少于2min。
3.根据权利要求1所述的大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，步骤4）中，首先采用70目的刚玉砂和浆料进行第一层挂砂，干燥12小时后再用35目的上店砂和浆料进行第2至4层挂砂，每次挂砂后干燥6小时，第5至第8层用20目上店砂和浆料挂砂后至少干燥6小时；通风要好，温度、湿度要保证，并每隔4小时记录一次；环境要求：温度：21℃±1.5℃，湿度：40%±10%。
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