CN108237204B - 一种铝合金前端框浇注系统及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金前端框浇注系统及制造方法，属于铸造工艺技术和热处理工艺领域。本发明解决了传统的铝合金前端框在浇注过程和热处理过程中变形量较大，尺寸精度很难达到要求的问题，同时克服了传统浇注系统及制造方法后期为了处理前端框变形而增大加工余量引起的材料浪费、生产成本大幅增加等问题。本发明制造方法包括以下步骤：1)制作木模；2)制作铸造砂型；3)铝合金预处理；4)铝合金熔炼；5)浇注；6)后期处理，得到铝合金前端框。本发明通过改进铝合金前端框的浇注系统以及铸造工艺，降低成本，防止铝合金前端框变形，改进热处理变形情况，提高铝合金前端框的成品率。

Description

一种铝合金前端框浇注系统及制造方法

技术领域

本发明属于铸造和热处理工艺技术领域，具体涉及一种铝合金前端框浇注系统及制造方法。

背景技术

热处理技术是机械制造技术的重要组成部化，是强化金属的重要措施和保证产品质量的关键因素。但一些零件经过热处理后易发生变形，容易导致零件的报费；少量零件可通过之后的校正后达到相关的技术要求，但产品的质量、性能等均会大幅下降。铝合金前端框属于薄壳体零件，受其结构限制，其热处理变形程度较大，尺寸精度很难达到要求。传统的前端框制造方法，在铸造过程中均会产生不同程度的铸造应力，在后续热处理的过程中，一方面铸造应力得到释放后，另一方面淬火和时效的过程中又会产生新的热应力，使前薄壁前端框产生不同程度的热处理变形，常规的处理方法中，均是采用增大加工余量，进行后续机加工的方式进行处理，但是此方法并没有从根本上改变前端框件的热处理变形问题，还会引起材料的浪费、增加会续人工成本，造成生产成本大幅增加。本发明通过改进铝合金前端框的浇注系统以及铸造工艺，降低铝合金前端框制造成本，改进热处理变形情况，提高铝合金前端框的成品率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中铝合金前端框在热处理过程中易于变形等问题，提供一种铝合金前端框浇注系统，具体技术方案如下：

一种铝合金前端框浇注系统，包括直浇道、上层交叉浇道、下层交叉浇道、若干立筒内浇道、下层横浇道、上层横浇道和铸件型腔；所述的下层横浇道和上层横浇道均为圆形浇道，所述的上层交叉浇道和下层交叉浇道均包括若干内横浇道，上层交叉浇道的内横浇道分布于同一平面，一端相交于中心点，另一端连接上层横浇道，且等角度分布，下层交叉浇道的内横浇道分布于同一平面，一端相交于中心点，另一端连接下层横浇道，且等角度分布，上层交叉浇道和下层交叉浇道同轴设置，所述直浇道连通上层交叉浇道的中心点和下层交叉浇道的中心点，所述的立筒内浇道连接上层横浇道和下层横浇道；所述的铸件型腔包括第一外圆浇道、第二外圆浇道、第三外圆浇道和若干外直浇道，所述第一外圆浇道、第二外圆浇道和第三外圆浇道从上到下顺次同轴设置，且尺寸相同，所述外直浇道和立筒内浇道分别连接铸件型腔的第一外圆浇道、第二外圆浇道和第三外圆浇道，且周向均匀分布。上层交叉浇道和下层交叉浇道均的内横浇道、下层横浇道、上层横浇道和立筒内浇道在金属液冷却凝固之后作为铝合金前端框的支撑部分。浇注后，第一外圆浇道、第二外圆浇道、第三外圆浇道和外直浇道形成所需的铝合金前端框。

优选的，所述上层交叉浇道和下层交叉浇道的内横浇道均为4条，形成上层十字浇道和下层十字浇道，相邻内横浇道呈90°夹角；所述的立筒内浇道和外直浇道分别为16条，立筒内浇道逐条正对外直浇道设置，且正对的立筒内浇道和外直浇道互相连通。

优选的，所述上层交叉浇道和下层交叉浇道的内横浇道均为6条，相邻内横浇道呈60°夹角。支撑作用更佳，防铝合金前端框变形效果更好。

优选的，所述的直浇道下端设置有缓冲槽。缓冲槽的设计在于缓冲金属液和集渣作用。

优选的，所述的立筒内浇道上端高于铸件型腔。

优选的，所述的立筒内浇道上端为倒置圆台形的浇冒口。

优选的，所述的直浇道浇口为倒置的圆台形。

优选的，所述上层交叉浇道和下层交叉浇道的内横浇道横截面为倒置的等腰梯形。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述浇注系统的铝合金前端框制造方法，步骤如下：

1)采用木模制成所需浇注系统的形状；

2)采用酚醛树脂和70#石英砂混合制作砂型，待砂型硬化后，取出木模获得浇注系统；

3)将待熔炼的铝合金洗净，去除杂质与氧化皮，置于干燥箱中预热，去除水蒸气；

4)将熔炼炉加热后加入3)中的铝合金，继续加热，保温，使铝合金完全熔融后，继续升温，将Al-10wt.％Mg中间合金用已刷好氧化锆涂料的压勺压入熔融铝合金中，旋转喷吹除气后，静置；可根据所需铝合金前端框的性能配置相应的成分的合金。

5)熔炼过程完成后，将熔融合金通过直浇道注入浇注系统，熔融合金经过上层交叉浇道和下层交叉浇道，被缓冲槽缓冲及阻渣后分别流入上层横浇道和下层横浇道，再流经立筒内浇道进入铸件型腔；

6)炉冷至室温后，将得到的低压铸造铝合金前端框进行T6处理后，落砂，清理，得到热处理后的铝合金前端框。

优选的，砂型采用酚醛树脂为粘结剂，与70#石英砂按照1:100混合制作。

本发明的有益效果是：

传统浇注方式，浇注系统单一，熔融金属经直浇道后流经底部的十字浇道再经立筒内浇道进入铸件型腔，和本发明相比传统浇注系统没有上下两层十字浇道和上层横浇道和下层横浇道。传统的铝合金前端框浇注系统和铸造工艺所获得的产品力学性能较低，热处理后变形量较大，直径

的前端框，在平放进行热处理时，热处理变形量在13mm，而采用立式热处理时，其变形量在30mm。

本发明提供的铝合金前端框浇注系统及制造方法，改进了传统的浇注系统和工艺，在大大降低铝合金前端框变形量的同时简化了其制造工艺、提高了其综合力学性能，由于浇注系统中的有上下两层十字浇道和上层横浇道和下层横浇道在热处理的时候起支撑作用，热处理之后，直径

的前端框在平放进行热处理时，热处理变形量在4mm以内，而采用立式热处理时，其变形量在8mm以内。

附图说明

图1为本发明铝合金前端框浇注系统的结构示意图；

图2为本发明铝合金前端框浇注系统的主视图；

图3为本发明铝合金前端框浇注系统的俯视图。

图中：直浇道1、上层交叉浇道2、下层交叉浇道3、缓冲槽4、立筒内浇道5、第一外圆浇道6、第二外圆浇道7、外直浇道8、第三外圆浇道9、下层横浇道10、上层横浇道11。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例将传统的前端框浇注系统和制造工艺所得前端框和本实施例所获得的前端框进行对比。

实施例1

如图1-3所示的铝合金前端框浇注系统，包括直浇道1、上层交叉浇道2、下层交叉浇道3、若干立筒内浇道5、下层横浇道10、上层横浇道11和铸件型腔；下层横浇道10和上层横浇道11均为圆形浇道。上层交叉浇道2、下层交叉浇道3均采用十字浇道设计，均由4条内横浇道组成，上层十字浇道的4条内横浇道中，相邻两条形成90°夹角，下层十字浇道亦同。上层十字浇道与十字浇道同轴设置，上层十字浇道位于下层十字浇道上方，上层十字浇道和下层十字浇道的横截面为倒置的等腰梯形，上层十字浇道中的4条内横浇道一端内接上层横浇道11，下层十字浇道的4条内横浇道一端内接下层横浇道10，直浇道1连接上层十字浇道和下层十字浇道的中心。直浇道1浇口为倒置的圆台形，直浇道1下端设置有缓冲槽4。缓冲槽的设计在于缓冲金属液和集渣作用，立筒内浇道5连接上层横浇道11和下层横浇道10，且均匀分布，立筒内浇道5上端为倒置圆台形的浇冒口，且高于铸件型腔；

铸件型腔包括3条圆形浇道和若干外直浇道8，3条圆形浇道尺寸相同，且同轴设置，由上到下依次为第一外圆浇道6、第二外圆浇道7和第三外圆浇道9，外直浇道8连接铸件型腔的各圆形浇道，且外直浇道8和立筒内浇道5均为16条，均沿着三条圆形浇道的周向均布。为了使熔融合金能够顺畅、稳定地进入铸件型腔中，本实施例中将立筒内浇道5逐条正对外直浇道8设置，且正对的立筒内浇道5和外直浇道8互相连通。立筒内浇道5与外直浇道8相接一侧可设置较小的截面，以便于后续去除。浇注后去除浇注系统，第一外圆浇道6、第二外圆浇道7、第三外圆浇道9和外直浇道8便形成了所需的铝合金前端框。

基于上述前端框浇注系统，本实施例中，浇注系统设计成上下两层十字浇道和上下两层圆形横浇道连接，在进行热处理时，极大地承担了浇注系统的重力变型，因此在热处理的过程中，其变形程度大大降低。

本实施例采用上述浇注系统制造铝合金前端框的方法，步骤如下：

1)采用木模制成所需浇注系统的形状；

2)粘结剂采用酚醛树脂，与70#石英砂按照1:100混合制作砂型，待砂型硬化后，取出木模获得浇注系统；

3)将99.99％高纯Al、Al-10wt.％Mg中间合金、Al-50wt.％Cu、Al-10wt.％Sr、Al-12wt.％Si和Al-5wt.％Ti-1wt.％B用丙酮洗净，去除杂质与氧化皮，置于200℃干燥箱里预热3小时，去除水蒸气；

4)将电阻炉加热至300℃后加入的高纯Al、Al-50wt.％Cu、Al-10wt.％Sr、Al-12wt.％Si和Al-5wt.％Ti-1wt.％B，加热至720℃，保温10min，使铝合金完全熔融后，升温至740℃，将Al-10wt.％Mg中间合金用已刷好氧化锆涂料的压勺压入熔融Al合金中，熔炼成质量比为Al-7Si-0.8Cu-0.4Sr-0.1Ti-0.02B合金，旋转喷吹除气后，静置30min；

5)熔炼过程完成后，将熔融合金通过直浇道1注入浇注系统，熔融合金经过上层十字浇道和下层十字浇道，被缓冲槽缓冲及阻渣后分别流入上层横浇道11和下层横浇道10，再流经立筒内浇道5进入铸件型腔；

6)炉冷至室温后，将得到的低压铸造铝合金前端框进行T6处理后，去除浇注系统，得到热处理后的铝合金前端框。

在热处理过程中，分别针对前端框平放和立式放置的方式进行前端框变形量的测定。经过验证，使用该浇注系统制造铝合金前端框的浇注效果好，直径

的前端框在平放进行热处理时，热处理变形量为4mm以内，而采用立式热处理时，其变形量为8mm以内。

对比例1

采用传统浇注系统制造铝合金前端框，传统浇注系统单一，和实施例1相比传统浇注系统没有上层十字浇道和上层横浇道11和下层横浇道10。熔融金属经直浇道后流经底部的十字浇道再经立筒内浇道进入铸件型腔，

结合该传统浇注系统，采用实施例1相同的制造方法，得到直径

的前端框，在平放进行热处理时，热处理变形量为13mm，而采用立式热处理时，其变形量为30mm。

对比例2

在实施例1的浇注系统上进行改进，将上下十字浇道改为米字浇道，即原有上下层十字浇道相邻内横浇道夹角为90°，改进后的米字浇道相邻内横浇道夹角为60°，其余浇注系统保持不变，采用实施例1相同的制造方法，得到直径

的前端框，在平放进行热处理时，热处理变形量为3.5mm，而采用立式热处理时，其变形量为7mm。

对比结论：

通过传统的浇注系统获得的铝合金前端框在热处理之后，力学性能能达到要求，但是变形量较大，出现大量不合格产品，或者在加工的时候需要预留更大的加工余量，导致后期加工成本较高。

使用本发明的浇注系统和制造方法制备得到的前端框完整，铸件经过测量发现，其形变量大都在5mm范围内，也就是控制了形变量为±0.25％。得到的铝合金前端框合格率较高。而在本发明基础上继续增加上层交叉浇道2和下层交叉浇道3的内横浇道的数量，对热处理变形也有一定的作用，但其浇注系统变复杂后，对造型工艺要求更加复杂，浇注系统质量增加，可能增加企业生产成本。

由以上对比实施例可以看出，传统前端框浇注系统虽然简单，但是合格率较低，极大的浪费了资源。通过本发明前端框浇注系统和制造方法得到的铝合金前端框在保证合格率的情况下，大大简化了其加工工艺。本发明能从根本上节约资源的消耗，减少生产过程中不必要的浪费。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如实施例中的砂型、合金组分、工艺参数均可根据制造工艺需要进行调整。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用铝合金前端框浇注系统的铝合金前端框制造方法，其特征在于，所述铝合金前端框浇注系统包括直浇道（1）、上层交叉浇道（2）、下层交叉浇道（3）、若干立筒内浇道（5）、下层横浇道（10）、上层横浇道（11）和铸件型腔；

所述的下层横浇道（10）和上层横浇道（11）均为圆形浇道，所述的上层交叉浇道（2）和下层交叉浇道（3）均包括若干内横浇道；上层交叉浇道（2）的内横浇道分布于同一平面，一端相交于中心点，另一端连接上层横浇道（11），且等角度分布；下层交叉浇道（3）的内横浇道分布于同一平面，一端相交于中心点，另一端连接下层横浇道（10），且等角度分布；上层交叉浇道（2）和下层交叉浇道（3）同轴设置，所述直浇道（1）连通上层交叉浇道（2）的中心点和下层交叉浇道（3）的中心点，所述的立筒内浇道（5）连接上层横浇道（11）和下层横浇道（10）；

所述的铸件型腔包括第一外圆浇道（6）、第二外圆浇道（7）、第三外圆浇道（9）和若干外直浇道（8），所述第一外圆浇道（6）、第二外圆浇道（7）和第三外圆浇道（9）从上到下顺次同轴设置，且尺寸相同，所述外直浇道（8）和立筒内浇道（5）均分别连接铸件型腔的第一外圆浇道（6）、第二外圆浇道（7）和第三外圆浇道（9），且周向均匀分布；

所述上层交叉浇道（2）和下层交叉浇道（3）的内横浇道均为4条，形成上层十字浇道和下层十字浇道；所述的立筒内浇道（5）和外直浇道（8）分别为16条，立筒内浇道（5）逐条正对外直浇道（8）设置，且正对的立筒内浇道（5）和外直浇道（8）互相连通；

所述的直浇道（1）下端设置有缓冲槽（4）；

所述铝合金前端框制造方法步骤如下：

1）采用木模制成所需浇注系统的形状；

2）制作砂型，待砂型硬化后，取出木模获得浇注系统；

3）将待熔炼的铝合金洗净，去除杂质与氧化皮，置于干燥箱中预热，去除水蒸气；

4）将熔炼炉加热后加入3）中的铝合金，继续加热，保温，使铝合金完全熔融后，继续升温，将Al-10wt.%Mg中间合金用已刷好氧化锆涂料的压勺压入熔融铝合金中，旋转喷吹除气后，静置；

5）熔炼过程完成后，将熔融合金通过直浇道（1）注入浇注系统，被缓冲槽缓冲及阻渣后，熔融合金经过上层交叉浇道（2）和下层交叉浇道（3）分别流入上层横浇道（11）和下层横浇道（10），再流经立筒内浇道（5）进入铸件型腔；

6）炉冷至室温后，将得到的低压铸造铝合金前端框进行T6处理后，落砂，清理，得到热处理后的铝合金前端框。

2.如权利要求1所述的铝合金前端框制造方法，其特征在于，所述的立筒内浇道（5）上端高于铸件型腔。

3.如权利要求1所述的铝合金前端框制造方法，其特征在于，所述的立筒内浇道（5）上端为倒置圆台形的浇冒口；所述上层交叉浇道（2）和下层交叉浇道（3）的内横浇道均为6条，相邻内横浇道呈60°夹角。

4.如权利要求1所述的铝合金前端框制造方法，其特征在于，所述的直浇道（1）浇口为倒置的圆台形。

5.如权利要求1所述的铝合金前端框制造方法，其特征在于，所述上层交叉浇道（2）和下层交叉浇道（3）的内横浇道横截面为倒置的等腰梯形。

6.如权利要求1所述的铝合金前端框制造方法，其特征在于：砂型采用酚醛树脂为粘结剂，与70#石英砂按照1:100混合制作。

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