CN108273959A - 一种铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺 - Google Patents

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刘志祥
邱哲生
李家奇
孙彦华
鲁俐
谭国寅
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Abstract

本发明公开了一种铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，旨在提供一种成品质量好的铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺。其步骤如下：(一)、制作砂模；(二)、铝合金熔炼及排气出渣处理；(三)、浇铸成型。本发明通过实验人员反复多次的研究实验及数据的系统整理，经过优化各种铝合金浇注工艺，解决了铝合金大型铸件缺陷较多的问题，特别是薄壁件浇注不满、有气孔、夹沙、表面成型不好等多种问题。

Description

一种铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺
技术领域
本发明涉及铝合金的铸造技术领域，尤其是涉及一种铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺。
背景技术
目前，关于铝合金铸件的成型技术发展迅速，工艺也相对成熟，如挤压成型、轧制、低压铸造、重力铸造等，一般大型薄壁铸件采用的金属模压铸成型，其压制成型的零件表面质量好，内部组织结构均匀，是理想的薄壁件浇注工艺。但其开模成本较高，如果没有形成规模生产的话其铸造成本较高，而现实生产中在规模生产前，往往需要进行试验性生产，确定浇注工艺，因此小批量生产往往通过砂模进行铸造。
砂模铝铜合金金属铸件存在着共性缺点就是流动性差，表面成型质量较差，铸件不能过大，特别是厚度在5mm~15mm的大型薄壁件，其浇注成型难度更是成倍增加，浇注不满或浇界分层缺陷在薄壁浇注中时有发生，其浇铸成品率一般低于90%。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种致密性好，成品率高的铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其包括以下步骤：
步骤（一）、砂模制造
首先把木模上盖放入预制好的木箱内，然后把粗石英砂、呋喃树脂、磺酸按一定比例在混砂机内搅拌混匀制成型砂，接着把型砂放入木箱内捣实刮平制成上模砂模；用制上模砂模一样的方法步骤制出下模砂模、模芯砂模及直浇道砂模；当型砂固定成型后，即可进行脱箱脱木模处理；脱模完成后对砂模进行烘干除气处理；完成以上步骤后即对型腔表面进行涂膜工艺；涂膜工艺具体是：把氧化锆和酒精按一定比例调和成糊状，用毛刷或喷枪涂膜型腔表面并点燃固化，重复2~3次方可；接着把已经制好的砂模按定位要求和顺序组合起来并放在斜面托盘上，形成整体；
步骤（二）、铝合金熔炼配料
首先把称好重量的纯铝锭放入中频炉中融化，待温度达760度后投放铜、锰、钛三种合金元素，其中铜元素添加量为合金总重的4.80~5.00%，锰元素为0.85~0.90%，钛元素为0.20~0.30%，加温搅拌后通入高纯度氩气让铝合金溶体不断翻滚从而把铝业中的气体带走，达到除气效果，除气约5~10分钟；最后把铝液上悬浮的渣清除，满足设计温度后转中间浇包中保温静置10分钟，铝液转入中间浇包时当温度降到720~730度时开始浇铸，按3.0kgAl/s~4.0kgAl/s流速进行浇注；
步骤（三）、铸件铸造
把配置好的铝液注入浇口杯中，铝液通过浇口杯和直浇道的重力压差流入横浇道及型腔内，直至冒口处有铝液冒出方可停止浇注，待铸件温度降到常温后即可敲碎砂模取出铸件。
优选的是，所述步骤（一）中，呋喃树脂比例为粗石英砂重的3%，磺酸比例为粗石英砂重的1.5%。
优选的是，所述步骤（一）中，粗石英砂、呋喃树脂、磺酸在混砂机内搅拌的时间为50秒。
优选的是，所述步骤（一）中，型砂固定成型的时间为5h。
优选的是，所述步骤（一）中，烘干除气处理在电阻炉内加热除气，或者用喷灯烘烤砂模表面除气，温度控制在150度以内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用斜面浇注，解决了大型磨薄件浇注不满的常见缺陷。常规大型薄壁浇注件由于局部位置浇注面积大，往往会因为铝液流动时间过长而提前凝固，产生薄壁处浇注不满、交界处分层等问题，而本工艺所所采用的模型倾斜浇注，则大大减小了铝液在型腔内单位时间的浇注面积，避免因为铝液流动时间过长而提前凝固。
2、直浇道长度足够能确保浇注过程中腔体冲型饱满，砂模浇注一般不能施加压力，仅靠铝液自身的重力使型腔充满，所以直浇道的高度选取非常关键，本工艺选的直浇道高度为500mm，能保证铸件的晶粒组织和机械性能均匀。
3、采用大颗粒型砂并进行表面特殊处理，能保证型砂有良好通气性的同时得到较高的表面质量。型砂颗粒度的选取是砂模浇注的关键工艺，沙粒较细，其零件表面成型质量较好，但透气性较差，往往会因排气不畅使铸件产生气孔缺陷。本工艺采用的是沙粒为的粗大沙粒，经过多次重复对比试验得到该沙粒在铝合金浇注中，其排气相对顺畅；由于砂粒较粗，本工艺还对型砂表面进行了特殊的涂膜处理，该膜是用高温化学性质非常稳定的氧化锆配上一定比例的酒精调制而成，多次涂抹并点火烘烤后成膜，其表面粗糙度能达到Ra6.3以内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明具体浇铸的结构示意图。
图中：浇口杯1，冒口2，直浇道3，上模砂模4，模芯砂模5，下模砂模6，斜面托盘7。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
（一）砂模制造
首先把木模上盖放入预制好的木箱内，然后把粗石英砂、呋喃树脂、磺酸按一定比例在混砂机内搅拌50秒后放入木箱内捣实刮平制成图1所示上模砂模（呋喃树脂比例为粗石英砂重3%，磺酸比例为粗石英砂重1.5%）。用制上模砂模一样的方法步骤制出图1所示的下模砂模、模芯砂模及直浇道砂模；当型砂固定成型（约5h左右）后，即可进行脱箱脱木模处理，就是把造腔体形状的木模从砂模中取出，该过程是一个精细耐心的过程，一不小心在脱模过程中就会损坏型腔。脱模完成后对砂模进行烘干除气处理，就是把砂模中含有的水汽排除，可在电阻炉内加热除气，也可以用喷灯烘烤砂模表面，烘烤温度控制在150度以内。完成以上步骤后即可对型腔表面进行涂膜工艺，即把氧化锆和酒精按3:2比例调和成糊状，酒精浓度不能低于95%，用毛刷或喷枪涂膜型腔表面并点燃固化，重复2-3次方可。接着把已经制好的砂模按定位要求和顺序组合起来并放在预制好的15度斜面托盘上，形成图1所示整体。浇口杯在浇铸前许加热烘烤，保证其上面没有水分。
(二)铝合金熔炼配料
首先把称好重量的纯铝锭放入中频炉中融化，待温度达到730~760度后投放铜、锰、钛三种合金元素，其中铜元素添加量为合金总重的5%，锰元素为0.85%，钛元素为0.25%，加温搅拌后通入高纯度氩气让铝合金溶体不断翻滚从而把铝业中的气体带走，达到除气效果，除气约5分钟；最后把铝液上悬浮的渣清除，满足设计温度后转中间浇包中保温静置10分钟。
(三)铸件铸造
把配置好的铝液注入浇口杯中，当温度降到720~730度时开始浇注，按3.0kgAl/s~4.0kgAl/s流速进行浇注。铝液通过浇口杯和直浇道的重力压差流入横浇道及型腔内，直至冒口处有铝液冒出方可停止浇注。
本发明通过实验人员反复多次的研究实验及数据的系统整理，经过优化各种铝合金浇注工艺，解决了铝合金大型铸件特别是薄壁件浇注不满、有气孔、夹沙、表面成型不好等多种问题。使用本工艺，铝合金铸件废品率由6-16%降到5-10%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤（一）、砂模制造
首先把木模上盖放入预制好的木箱内，然后把粗石英砂、呋喃树脂、磺酸按一定比例在混砂机内搅拌混匀制成型砂，接着把型砂放入木箱内捣实刮平制成上模砂模；用制上模砂模一样的方法步骤制出下模砂模、模芯砂模及直浇道砂模；当型砂固定成型后，即可进行脱箱脱木模处理；脱模完成后对砂模进行烘干除气处理；完成以上步骤后即对型腔表面进行涂膜工艺；涂膜工艺具体是：把氧化锆和酒精按一定比例调和成糊状，用毛刷或喷枪涂膜型腔表面并点燃固化，重复2~3次方可；接着把已经制好的砂模按定位要求和顺序组合起来并放在斜面托盘上，形成整体；
步骤（二）、铝合金熔炼配料
首先把称好重量的纯铝锭放入中频炉中融化，待温度达760度后投放铜、锰、钛三种合金元素，其中铜元素添加量为合金总重的4.80~5.00%，锰元素为0.85~0.90%，钛元素为0.20~0.30%，加温搅拌后通入高纯度氩气让铝合金溶体不断翻滚从而把铝业中的气体带走，达到除气效果，除气约5~10分钟；最后把铝液上悬浮的渣清除，满足设计温度后转中间浇包中保温静置10分钟，铝液转入中间浇包时当温度降到720~730度时开始浇铸，按3.0kgAl/s~4.0kgAl/s流速进行浇注；
步骤（三）、铸件铸造
把配置好的铝液注入浇口杯中，铝液通过浇口杯和直浇道的重力压差流入横浇道及型腔内，直至冒口处有铝液冒出方可停止浇注，待铸件温度降到常温后即可敲碎砂模取出铸件。
2.根据权利要求1所述铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，呋喃树脂比例为粗石英砂重的3%，磺酸比例为粗石英砂重的1.5%。
3.根据权利要求1所述铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，粗石英砂、呋喃树脂、磺酸在混砂机内搅拌的时间为50秒。
4.根据权利要求1所述铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，型砂固定成型的时间为5h。
5.根据权利要求1所述铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，氧化锆和酒精的比例为3:2，酒精浓度不低于95%。
6.根据权利要求1所述铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，烘干除气处理在电阻炉内加热除气，或者用喷灯烘烤砂模表面除气，温度控制在150度以内。
7.根据权利要求1所述铝合金大型薄壁件砂模铸造工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，所述斜面托盘的倾斜度为15度。
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