CN102717030A - 一种厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法，包括蜡模模具设计及制造、蜡模制作及组型、挂砂、脱蜡及模壳焙烧、烘壳、造型、熔炼及浇注、铸件清理和时效步骤，本发明的厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法为此种厚壁铝合金铸件的生产提供了可靠的技术方案，制造出符合要求的铸件，同时，采用调压铸造成型方法极大的提高了产品质量及成品率，降低生产成本，创造了极大的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸件的铸造技术领域，特别是一种精密铸造成型方法，尤其适用于结构复杂，尺寸精度要求高的厚壁铸件的熔模精密铸造成型方法。
背景技术
铸造铝合金作为传统的金属材料，由于其密度小、比强度高等特点，广泛地应用于航天、航空、汽车、机械等各行业，且随着现代工业及铸造新技术的发展，对铸造铝合金需求量越来越大。同时随着高性能航空航天飞行器的发展，其内部构件也向着大尺寸、精度要求高、结构复杂、冶金力学性能要求高的方向发展。
一般地，厚壁铝合金铸件易产生严重的铸造缺陷，且由于该种铸件结构较为复杂，曲面较多，加工量小，要求一次成型率高，同时具备较高力学性能和冶金性能，这就造成了很大的技术难度。采用其他铸造方法或者难以避免这些缺陷，达不到零件的技术要求，或者铸件成品率低，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法，该方法采用熔模精密铸造，生产的铸件尺寸精度高、表面质量好、形状复杂、能用于多种合金、生产批量灵活。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法，主要包括以下步骤：
1）蜡模模具设计及制造：根据基座的结构设计并制作模具，铸件收缩率为1.1%～1.3%，拔模斜度为1′～3′；
2）蜡模制作及组型：采用压蜡机压制蜡模及浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；并对蜡模修型；按照组合图进行蜡模组型；最后对组合后的蜡模除油。
3）挂砂：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂；
4）脱蜡及模壳焙烧：脱蜡参数为：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；模壳在箱式电阻炉中焙烧，炉温低于300℃时模壳入炉，随后升温至850℃，保温2-3小时，完成后关闭电源，模壳随炉冷却至500℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳；
5）烘壳：经水洗的模壳须进行该工序，烘壳制度：400℃，保温≥2小时，空冷或随炉冷至室温后用纸封口待造型浇注；
6）造型：采用水玻璃干砂造型。
7）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：720℃，同步建压：500KPa，升液压力：1Kpa，升液速度;160mm/s，充型压力差：50KPa，充型速度：160mm/s，结晶压力：1Kpa，结晶时间：300s；
8）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；
9）时效：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理；时效参数：炉温低于100℃时铸件入炉；升温至155±5℃保温9小时，铸件出炉空冷。
进一步，以上步骤3）中，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%。
本发明的有益效果是：
本发明的厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法为此种厚壁铝合金铸件的生产提供了可靠的技术方案，制造出符合要求的铸件，同时，采用调压铸造成型方法极大的提高了产品质量及成品率，降低生产成本，创造了极大的经济效益。
具体实施方式
实施例1
1蜡模模具设计及制造：根据基座的结构设计并制作金属模具，铸件收缩率为1.3，拔模斜度为2′。
2压制蜡模：采用第1步制作的蜡模模具在压蜡机上压制基座蜡模，压制温度蜡缸温度：60-75℃，射嘴温度：60-65℃，模具温度：30-35℃，注射压力：1-3MPa，合模压力：10-15MPa，保压时间：15～25分钟。
3浇注系统设计及制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
4修型：去除毛刺、披缝、分型线，填补凹坑、气孔、缩陷等缺陷，保证蜡模表面平整光洁、转接圆滑。
5组型：采用组型蜡将第2部压制的蜡模及第3部压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
6除油：模组浸入除油剂，用毛刷或棉布进行手工除油。除油后，用清水冲洗模组，表面应无除油剂残留、蜡屑和其他杂物。
7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%。
8脱蜡：外胆蒸汽压力0.7～0.75Mpa；脱蜡时间17min；使用温度170℃。脱蜡后模壳在通风条件下自干不少于12小时。
9模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，炉温低于300℃时模壳入炉，随后升温至850℃，保温2-3小时，完成后关闭电源，模壳随炉冷却至500℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳。
10洗壳及补壳：目视检查模壳，不得有变形、裂纹、破损等缺陷；修补模壳排蜡孔及不影响铸件质量的微裂纹、破损等缺陷，去除浇口多余的模壳边沿。水洗模壳型腔4次，无杂质流出即可封口存放，否则报废。
11烘壳：经水洗的模壳须进行该工序，烘壳制度：400℃，保温≥2小时，空冷或随炉冷至室温后用纸封口待造型浇注。
12造型：先用陶瓷棉堵塞模壳上端的排气孔，然后造型。水玻璃干砂造型150～250mm高，用CO2硬化之后用5～10mm上店砂填满砂箱。
13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：740℃，同步建压：500KPa，升液压力：1Kpa，升液速度;80mm/s，充型压力差：50KPa，充型速度：80mm/s，结晶压力：1Kpa，结晶时间：600s；
14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；
15时效：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理。
时效参数：1、炉温低于100℃时铸件入炉。
2、升温至155±5℃保温9小时,铸件出炉空冷。
实施例2
1蜡模模具设计及制造：根据基座的结构设计并制作金属模具，铸件收缩率为1.3，拔模斜度为2′。
2压制蜡模：采用第1步制作的蜡模模具在压蜡机上压制基座蜡模，压制温度蜡缸温度：60-75℃，射嘴温度：60-65℃，模具温度：30-35℃，注射压力：1-3MPa，合模压力：10-15MPa，保压时间：15～25分钟。
3浇注系统设计及制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
4修型：去除毛刺、披缝、分型线，填补凹坑、气孔、缩陷等缺陷，保证蜡模表面平整光洁、转接圆滑。
5组型：采用组型蜡将第2部压制的蜡模及第3部压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
6除油：模组浸入除油剂，用毛刷或棉布进行手工除油。除油后，用清水冲洗模组，表面应无除油剂残留、蜡屑和其他杂物。
7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%。
8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。
9模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，炉温低于300℃时模壳入炉，随后升温至850℃，保温2-3小时，完成后关闭电源，模壳随炉冷却至500℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳。
10洗壳及补壳：目视检查模壳，不得有变形、裂纹、破损等缺陷；修补模壳排蜡孔及不影响铸件质量的微裂纹、破损等缺陷，去除浇口多余的模壳边沿。水洗模壳型腔4次，无杂质流出即可封口存放，否则报废。
11烘壳：经水洗的模壳须进行该工序，烘壳制度：400℃，保温≥2小时，空冷或随炉冷至室温后用纸封口待造型浇注。
12造型：先用陶瓷棉堵塞模壳上端的排气孔，然后造型。水玻璃干砂造型150～250mm高，用CO2硬化之后用5～10mm上店砂填满砂箱。
13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：730℃，同步建压：500KPa，升液压力：1Kpa，升液速度;120mm/s，充型压力差：50KPa，充型速度：120mm/s，结晶压力：1Kpa，结晶时间：420s
14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；
15时效：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理。
时效参数：1、炉温低于100℃时铸件入炉。
2、升温至155±5℃保温9小时,铸件出炉空冷。
实施例3
1蜡模模具设计及制造：根据基座的结构设计并制作金属模具，铸件收缩率为1.3，拔模斜度为2′。
2压制蜡模：采用第1步制作的蜡模模具在压蜡机上压制基座蜡模，压制温度蜡缸温度：60-75℃，射嘴温度：60-65℃，模具温度：30-35℃，注射压力：1-3MPa，合模压力：10-15MPa，保压时间：15～25分钟。
3浇注系统设计及制作：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；
4修型：去除毛刺、披缝、分型线，填补凹坑、气孔、缩陷等缺陷，保证蜡模表面平整光洁、转接圆滑。
5组型：采用组型蜡将第2部压制的蜡模及第3部压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体；
6除油：模组浸入除油剂，用毛刷或棉布进行手工除油。除油后，用清水冲洗模组，表面应无除油剂残留、蜡屑和其他杂物。
7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%。
8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。
9模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，炉温低于300℃时模壳入炉，随后升温至850℃，保温2-3小时，完成后关闭电源，模壳随炉冷却至500℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳。
10洗壳及补壳：目视检查模壳，不得有变形、裂纹、破损等缺陷；修补模壳排蜡孔及不影响铸件质量的微裂纹、破损等缺陷，去除浇口多余的模壳边沿。水洗模壳型腔4次，无杂质流出即可封口存放，否则报废。
11烘壳：经水洗的模壳须进行该工序，烘壳制度：400℃，保温≥2小时，空冷或随炉冷至室温后用纸封口待造型浇注。
12造型：先用陶瓷棉堵塞模壳上端的排气孔，然后造型。水玻璃干砂造型150～250mm高，用CO2硬化之后用5～10mm上店砂填满砂箱。
13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：720℃，同步建压：500KPa，升液压力：1Kpa，升液速度;160mm/s，充型压力差：50KPa，充型速度：160mm/s，结晶压力：1Kpa，结晶时间：300s；
14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；
15时效：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理。
时效参数：1、炉温低于100℃时铸件入炉。
2、升温至155±5℃保温9小时,铸件出炉空冷。
Claims (2)
1.一种厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1）蜡模模具设计及制造：根据基座的结构设计并制作模具，铸件收缩率为1.1%～1.3%，拔模斜度为1′～3′；
2）蜡模制作及组型：采用压蜡机压制蜡模及浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；并对蜡模修型；按照组合图进行蜡模组型；最后对组合后的蜡模除油；
3）挂砂：对以上组好型的蜡模进行多层挂砂；
4）脱蜡及模壳焙烧：脱蜡参数为：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；模壳在箱式电阻炉中焙烧，炉温低于300℃时模壳入炉，随后升温至850℃，保温2-3小时，完成后关闭电源，模壳随炉冷却至500℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳；
5）烘壳：经水洗的模壳须进行该工序，烘壳制度：400℃，保温≥2小时，空冷或随炉冷至室温后用纸封口待造型浇注；
6）造型：采用水玻璃干砂造型；
7）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：720℃，同步建压：500KPa，升液压力：1Kpa，升液速度;160mm/s，充型压力差：50KPa，充型速度：160mm/s，结晶压力：1Kpa，结晶时间：300s；
8）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；
9）时效：将清理后的铸件在箱式电阻炉中进行热处理；时效参数：炉温低于100℃时铸件入炉；升温至155±5℃保温9小时，铸件出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法，其特征在于，步骤3）中，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%。
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