CN104308081B - 一种用于铝合金铸件v法造型反重力浇注的方法 - Google Patents

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Abstract

一种应用于铸造技术领域中的用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法，所述用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法如下：采用V法造型，树脂砂造芯，或者V法造芯，树脂砂造型或者造型和造芯均采用V法形成，而下箱和中箱采用V法或树脂砂造型；采用反重力浇注方式，金属隔板起密封和承载作用，金属液体在压力的作用下沿升液管自下而上反重力方向充填横浇道、内浇口、铸件、明冒口；铸件顶端设置明冒口，通过液位探测器控制金属液体充型高度到液位探测器时停止加压，使液态金属在此位置处于悬浮。该方法可生产出内部质量好、尺寸精度高、表面质量优的铝合金铸件，清砂方便、劳动条件好、成本节约。

Description

一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域中的一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法。
背景技术
目前，V法造型法，又称真空密封造型法或负压造型法，它是利用塑料薄膜抽真空使干砂成型，是一种先进的物理造型方法。V法铸造生产的铸件表面质量好，尺寸精度高，砂箱起模容易，无需拔模斜度（甚至可允许-1°的拔模斜度），砂处理工艺简单，旧砂基本全部回用，造型成本降低，少污染且劳动条件好，这些独特的优点，使其在国内外的工程机械配件、耐磨衬板件、汽车配件、浴盆、阀类件、铁路道岔和钢琴弦排件等领域得到广泛应用。与湿型铸造相比，V法铸型表面硬度可达95，壁移动很少，V法干砂保温时间长，所需冒口体积可减少5%~15%，因此V法铸造很适合生产铸铁和铸钢件。目前国内外V法铸造企业绝大多数均是生产铸铁和铸钢件，在V法铸造铝合金方面，国内外开展的研究很少，技术成熟度较低，且主要应用于V法造型重力铸造工艺。
反重力铸造是外力场充型工艺的一种，它是使坩埚中的金属在压力的作用下沿升液管自下而上克服重力及其他阻力充填铸型，并在压力下获得铸件的一种方法。反重力铸造充型平稳，压力和速度调节可控，铸件不易形成气孔、氧化夹杂等缺陷，铸件在压力下结晶，内部质量较好，反重力铸造技术已经广泛应用于国内外汽车、船舶、航空、航天、国防武器装备的优质铝、镁合金铸件，如汽车轮毂、发动机缸体缸盖、油底壳、传动箱体、导弹舱体等。但是，反重力铸造工艺同样存在一些缺点，因其属于底注式浇注系统，铸型内温度分布是上低下高，不利于铸件在重力作用下的补缩。反重力铸造目前均不能设置明冒口，其顶部多数采用冷铁，对于某些铸件上部厚大部位的补缩则只能设置暗冒口，而由于反重力温度分布是上低下高，因此其顶部暗冒口的补缩作用被极大削弱了。
对于航空、航天、轨道交通、船舶等领域的一些关键零部件，内部质量、尺寸精度和表面质量均要求较高，铸件往往呈现“上、下厚而中间薄”的结构。例如，轨道交通用某箱体铝铸件尺寸轮廓1310mm×1033mm×248mm，铸件上、下两端厚壁处壁厚25-30mm，而中间立壁厚度仅为8mm，内部质量要求达到I类铸件、尺寸精度达到CT6级、表面粗糙度不超过12.5，侧壁不允许拔模斜度。再如，某导弹舱体铝铸件是航空上的关键铸件，铸件轮廓尺寸1300mm×600mm×800mm，上下两端法兰厚度25mm，中间桶壁厚度6mm，铸件内部质量要求达到II类铸件，表面粗糙度不超过12.5。现在传统铸造工艺一般为树脂砂型重力铸造和树脂砂型低压铸造或差压铸造。由于重力铸造易产生氧化夹渣、气孔等铸造缺陷，铸件内部质量很难保证。低压铸造或差压铸造工艺较适合此类铸件的生产，但对于此类铸件，由于呈现“上、下厚而中间薄”的结构，不利于形成顺序凝固条件，而顶端的暗冒口的补缩效果很难达到技术条件要求。另外对于某箱体铝铸件，采用树脂砂造型，由于侧壁不允许拔模斜度，分型砂块多，严重影响铸件尺寸精度及造型操作。同时，采用树脂砂造型，树脂砂消耗量大，清理环境恶劣，且铸件表面粗糙度很难达到技术要求，由于冷铁的使用表面质量更差。
当今用于铝合金铸件V法造型反重力浇注技术在国内外没有发现公开出版物报道及使用，该工艺比树脂砂型反重力铸造和V法造型重力铸造有着技术上的创新和工艺先进性的重大突破，既保留了V法造型与反重力浇注的一些优点，又克服了反重力浇注中温度分布不利于铸件上部补缩的缺点，同时它又与常规的树脂砂型反重力铸造有一些不同之处，如反重力铸造目前均不能设置明冒口，而V法铸造又要求用明冒口，不能简单的套用常规反重力铸造工艺，否则很容易产生严重粘砂、塌箱、跑火等事故。因此研发一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法一直是国内外同行业急待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法，该方法有效克服现有技术所存在的上述缺陷，采用该方法可生产出内部质量好、尺寸精度高、表面质量优的铝合金铸件，尤其适用于呈现“上、下厚而中间薄”结构的铝铸件，同时具有清砂方便、劳动条件好、成本节约等优点。
本发明的目的是这样实现的：一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法，所述用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法如下：
（1）采用V法造型，树脂砂造芯，或者V法造芯，树脂砂造型或者造型和造芯均采用V法形成，而下箱和中箱采用V法或树脂砂造型；
（2）采用反重力浇注方式，金属隔板起密封和承载作用，金属液体在压力的作用下沿升液管自下而上反重力方向充填横浇道、内浇口、铸件、明冒口；
（3）铸件顶端设置明冒口，通过液位探测器控制金属液体充型高度到液位探测器时停止加压，使液态金属在此位置处于悬浮；
（4）对明冒口进行“点冒口”补充高温金属液体，以增强其补缩能力；
所述金属液体为铸造铝合金，所述铸件为铝合金铸件；所述液位探测器为采用金属导线与控制设备连接；所述浇注系统为开放式浇注系统，S直：S横：S内=1：1-2：1-2.5，且明冒口截面积之和大于等于内浇口截面积之和；所述明冒口高度为150mm-300mm；所述对明冒口进行“点冒口”补充的高温金属液体温度大于等于铸件的浇注温度；铸件反重力浇注过程中，V法铸型砂箱中保持抽真空状态，负压控制在0.04-0.06MPa。
本发明的要点在于用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法。其工作原理是，（1）创造性地采用明冒口充型悬浮浇注，即解决了反重力浇注目前不能采用明冒口的限制，又满足了V法铸型浇注必须使用明冒口的要求。（2）对反重力浇注进行“点冒口”，克服了反重力浇注中顶端冒口补缩能力差的缺陷，显著提高铸件内部质量，尤其适用于呈现“上、下厚而中间薄”结构的铝铸件。（3）采用V法造型反重力浇注的方式，充分发挥V法砂型尺寸精度高、表面质量好、清砂方便等优点以及反重力浇注充型平稳、铸件内部质量好等优点。（4）采用本技术发明生产出的铝铸件内部质量好、尺寸精度高、表面质量优，同时清砂方便、劳动条件好、成本节约。
一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法与现有技术相比，具有采用该方法可生产出内部质量好、尺寸精度高、表面质量优的铝合金铸件，适用于呈现“上、下厚而中间薄”结构的铝铸件，清砂方便、劳动条件好、成本节约等优点，将广泛的应用于铸造技术领域中。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是采用铝合金铸件V法造型反重力浇注方法工作示意图。
图2是实施例一箱体铝铸件浇注系统说明。
图3是实施例一箱体铝铸件分型说明。
图4是实施例二桶形铝铸件浇注系统说明。
具体实施方式
参照附图，一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法，所述用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法如下：
（1）采用V法造型8，树脂砂造芯10，或者V法造芯10，树脂砂造型8或者造型8和造芯10均采用V法形成，而下箱4和中箱5采用V法或树脂砂造型8；
（2）采用反重力浇注方式，金属隔板3起密封和承载作用，金属液体1在压力的作用下沿升液管2自下而上反重力方向充填横浇道6、内浇口7、铸件9、明冒口12；
（3）铸件9顶端设置明冒口12，通过液位探测器11控制金属液体1充型高度到液位探测器11时停止加压，使液态金属在此位置处于悬浮；
（4）对明冒口12进行“点冒口”补充高温金属液体，以增强其补缩能力。
所述金属液体1为铸造铝合金，所述铸件9为铝合金铸件，尤其适用于呈现“上、下厚而中间薄”结构的内部质量、尺寸精度和表面质量均要求较高的铝合金铸件9；所述液位探测器11为采用金属导线与控制设备连接，当充型高度达到液位探测器高度时，金属液体1触碰到金属导线一端，反重力控制设备控制停止加压。所述浇注系统为开放式浇注系统，S直：S横：S内=1：1-2：1-2.5，且明冒口12截面积之和大于等于内浇口7截面积之和；选择开放式浇注系统，有利于铸件9充型平稳且不产生飞溅，否则极容易引起V法薄膜烧失，导致塌箱；采用或部分采用了V法铸型，当冒口截面积过小时，极容易引起塌箱，根据多次实际生产，选择明冒口12截面积之和大于等于内浇口7截面积之和，不易引起塌箱；所述明冒口12高度为150mm-300mm；常规铝合金铸件9重力铸造采用的明冒口12高度一般为80mm-200mm，但是过低的明冒口12高度在V法造型8反重力浇注过程中，由于铝液向上充型的惯性作用，控制不当时容易引起铝液飞出冒口，引起事故，根据多次实际生产，根据铸件9高度及充型速度情况，选择明冒口12高度为150mm-300mm；所述对明冒口12进行“点冒口”补充的高温金属液体1温度大于等于铸件9的浇注温度；对于“点冒口”补充的金属温度过低，不能起到应有的补缩效果，经过生产实践，选取温度大于等于浇注温度的金属液体1进行“点冒口”，可达到良好补缩效果；铸件9反重力浇注过程中，V法铸型砂箱中保持抽真空状态，负压控制在0.04-0.06MPa；负压过小，易引起塌箱，负压过大，铝液钻入V法型砂中，铸件9表面粗糙，经生产实践，负压控制在0.04-0.06MPa较合适。所述“上、下厚而中间薄”结构的铝铸件9，由于中间壁薄，不能形成整体顺序凝固条件，只能采用上、下两端均进行补缩的方案；所述反重力浇注，可实现由铸件9中下部分的由下向上的补缩，同时顶端明冒口12“点冒口”补浇高温铝液，可在铸件9中上部分依靠重力实现由上向下的补缩。
实施例一
以某箱体铝铸件9的V法造型8低压浇注为例，见图2和图3所示。
（1）模型准备：铸件9外皮采用V法模型，把模型放在具有中空及抽气孔结构的负压箱上，模型具有箱体铝铸件9外形并带有抽气孔，当真空作用时，这些孔有助于使薄膜紧贴在模型上。铸件9砂芯采用铝芯盒结构模型。
（2）加热薄膜：将EVA薄膜放置在烤膜器下快速加热，加热温度80-120℃，EVA薄膜出现镜面下垂300mm-500mm即可。
（3）覆膜：将加热出现镜面下垂的EVA薄膜覆盖在具有零件外形并带有抽气孔的模型上，真空泵抽气（真空度0.03-0.05MPa）使EVA薄膜紧密贴在模型上。将1#冒口（若干）用胶带纸固定在2#模型上。
（4）喷涂料：将涂料均匀的喷涂在EVA薄膜上，用热风机将涂料烘干。
（5）安放冷铁：在侧壁厚大凸台及顶端冒口之间放置3#冷铁若干，冷铁面上开槽。
（6）放置V法专用砂箱：V法砂箱四壁带有密闭的空腔，砂箱内部设有抽气孔和过滤装置。将V法专用砂箱放置在覆有薄膜的模型上。
（7）加砂震实：向砂箱内填入70/140目的干砂，开启震实台，使砂紧实到较高的密度，紧实后刮去多余砂子，使砂子与砂箱平齐。
（8）覆背膜：在砂箱顶部放置背膜，对砂箱进行抽真空处理，真空度0.03-0.05MPa。
（9）起膜：起模时，去除负压箱真空后，采用震实台上的顶杆进行起膜，用行车进行吊运。去除冒口模型。将冒口与模型之间的薄膜刮开。
（10）造芯10：采用50/100目干砂混合呋喃树脂及固化剂，填充铝芯盒，树脂砂冷硬后去掉铝芯盒，对砂芯进行喷涂料。
（11）造中箱5和下箱4：采用50/100目干砂混合呋喃树脂及固化剂，打制中箱5和下箱4，中箱5沿箱体法兰一圈对应位置设置多个4#内浇口7，4#内浇口7底部设置5#横浇道6，下箱4形成与升液管2口对应的直浇道。其中明冒口12截面积之和（30598mm2）＞内浇口7截面积之和（6378mm2）。
（12）合箱：采用砂箱进行定位，依次放置下箱4、中箱5、砂芯和上箱。
（13）浇注：采用铝硅合金356.0，浇注温度710℃，充型速度40mm/s。上箱冒口设置为明冒口12，冒口高度220mm，在冒口中根部放置液位探测器11导线，进行低压充型控制，使铝液充型到达冒口根部时停止加压，处于悬浮状态。合金液体高度处于悬浮后，用浇包中高温铝液（710-720℃）对明冒口12进行“点冒口”或称补浇冒口。浇注过程中砂箱中保持抽真空状态，浇注时负压控制在0.04-0.06MPa。
（14）脱箱落砂：待铝液凝固后，保持抽真空状态将整个铸型及其中的铸件吊运至落砂位置，停止抽真空，型内压力将近大气压时，外形砂子自行溃散。将铸件9及砂芯等送至清铲专用落砂砂震实台上进行去除芯砂及下箱4落砂。
经检测，铸件9尺寸公差达到1000±1mm（原砂型铸造尺寸公差1000±2mm），铸件9表面粗糙度达到12.5（原砂型铸造表面粗糙度≥25），内部质量达到I类铸件水平（原重力铸造存在氧化夹渣、气孔、缩松等缺陷）。每件铸件生产节约用砂约0.9吨，节约树脂和固化剂约10L，清理工作节约工时约8小时。
实施例二
以某桶形铝铸件9的V法造型8低压浇注为例，见图4所示。
（1）模型准备：铸件9外皮采用V法模型，把模型放在具有中空及抽气孔结构的负压箱上，模型具有桶铝铸件外形并带有抽气孔，当真空作用时，这些孔有助于使薄膜紧贴在模型上。铸件9砂芯采用铝芯盒结构模型。
（2）加热薄膜：将EVA薄膜放置在烤膜器下快速加热，加热温度80-110℃，EVA薄膜出现镜面下垂300mm～500mm即可。
（3）覆膜：将加热出现镜面下垂的EVA薄膜覆盖在具有零件外形并带有抽气孔的模型上，真空泵抽气（真空度0.03-0.05MPa）使EVA薄膜紧密贴在模型上。将1’冒口（4个）用胶带纸固定在2’模型上。
（4）喷涂料：将涂料均匀的喷涂在EVA薄膜上，用热风机将涂料烘干。
（5）安放冷铁：在模型法兰顶端，两冒口中间位置放置3’冷铁4块，冷铁面上开槽。
（6）放置V法专用砂箱：V法砂箱四壁带有密闭的空腔，砂箱内部设有抽气孔和过滤装置。将V法专用砂箱放置在覆有薄膜的模型上。
（7）加砂震实：向砂箱内填入70/140目的干砂，开启震实台，使砂紧实到较高的密度，紧实后刮去多余砂子，使砂子与砂箱平齐。
（8）覆背膜：在砂箱顶部放置背膜，对砂箱进行抽真空处理，真空度0.03-0.05MPa。
（9）起膜：起模时，去除负压箱真空后，采用震实台上的顶杆进行起膜，用行车进行吊运。去除冒口模型。将冒口与模型之间的薄膜刮开。
（10）造芯10：采用50/100目干砂混合派普树脂，填充铝芯盒，树脂砂冷硬后去掉铝芯盒，对砂芯进行喷涂料。
（11）造中箱5和下箱4：采用50/100目干砂混合呋喃树脂及固化剂，打制中箱5和下箱4，结构与实施例一类似，中箱5沿桶下法兰一圈对应位置设置4个4’内浇口7，4’内浇口7底部设置5’横浇道6，下箱4形成与升液管2口对应的直浇道。其中明冒口12截面积之和（1963mm2）＞内浇口7截面积之和（1256mm2）。
（12）合箱：采用砂箱进行定位，依次放置下箱4、中箱5、砂芯和上箱。
（13）浇注：采用ZL114A铝合金，浇注温度720℃，充型速度50mm/s。上箱冒口设置为明冒口12，冒口高度250mm，在冒口中根部放置液位探测器11线缆，进行低压充型控制，使铝液充型到达冒口根部时停止加压，处于悬浮状态。合金液体高度处于悬浮后，用浇包中高温铝液（720-730℃）对明冒口12进行“点冒口”或称补浇冒口。浇注过程中砂箱中保持抽真空状态，浇注时负压控制在0.04-0.06MPa。
（14）脱箱落砂：待铝液凝固后，保持抽真空状态将整个铸型及其中的铸件9吊运至落砂位置，停止抽真空，型内压力将近大气压时，外形砂子自行溃散。将铸件9及砂芯等送至清铲专用落砂砂震实台上进行去除芯砂及下箱落砂。
经检测，铸件9尺寸公差达到CT6，铸件9表面粗糙度达到12.5，内部质量达到I类铸件水平。

Claims (1)

1.一种用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法，其特征在于：所述用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法如下：
（1）采用V法造型，树脂砂造芯，或者V法造芯，树脂砂造型或者造型和造芯均采用V法形成，而下箱和中箱采用V法或树脂砂造型；
（2）采用反重力浇注方式，金属隔板起密封和承载作用，金属液体在压力的作用下沿升液管自下而上反重力方向充填横浇道、内浇口、铸件、明冒口；
（3）铸件顶端设置明冒口，通过液位探测器控制金属液体充型高度到液位探测器时停止加压，使液态金属在此位置处于悬浮；
（4）对明冒口进行“点冒口”补充高温金属液体，以增强其补缩能力；
所述金属液体为铸造铝合金，所述铸件为铝合金铸件；所述液位探测器为采用金属导线与控制设备连接；
用于铝合金铸件V法造型反重力浇注的方法的浇注系统为开放式浇注系统，S直：S横：S内=1：1-2：1-2.5，且明冒口截面积之和大于等于内浇口截面积之和；所述明冒口高度为150mm-300mm；所述对明冒口进行“点冒口”补充的高温金属液体温度大于等于铸件的浇注温度；铸件反重力浇注过程中，V法铸型砂箱中保持抽真空状态，负压控制在0.04-0.06MPa。
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