CN108526396B - 一种大型铝合金壳体手工低成本铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，包括加工木模并平面在上且内腔朝下置于框中，用树脂砂填埋模具作为下砂型，并在模具壁厚处放置冷铁及倒角处放置激冷砂；在上砂型设顶注式浇注系统，冒口位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻多个出气孔；将树脂砂填入木模中，并预埋出气绳及吊钩，在壁厚处放置冷铁；将Al升温至730～740℃，添加的Cu并保温9～11min，然后升温至750～760℃加入Mn保温5～8min，最后降温至740～750℃加入Ti，经除渣并通氩气除气13～17min，得铝合金液；将铸型、砂芯配型与合箱，然后将铝合金液通过浇口杯浇入后冷却。本发明具有成本低、工装简单、合格率高的特点。
Description
技术领域
本发明属于有色金属铸造技术领域，具体涉及一种具有成本低、工装简单、合格率高的大型铝合金壳体手工低成本铸造方法。
背景技术
铸造是多种零件生产的主要方法，铸造几乎不受零件大小、壁厚限制，适用范围广，列如柴油机机体、汽缸盖等零部件。砂型铸造，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
现有技术中，铝合金壳体一般形状不规则、不易加工，所以大部分采用铸造的方式来实现。对于铝合金大型壳体铸件，由于手工生产技术难度较大，国内外主要采用机器造型，由于壳体平面朝下放置不仅可以平稳安放复杂的型芯，而且也便于测量尺寸，便于保证精度，因此目前基本都采用内腔朝上且平面在下的砂箱铸造方式。随着个性化、订单化的发展，单件乃至小批量生产的铸件需求越来也多，但由于采用机器造型工装多且复杂，整体工装成本较高，而且准备时间较长，难以适应短平快的需求。虽然采用手工造型及铸造的工装较为简单、准备时间短、成本较低，但对于大型铝合金壳体来说，采用现有技术中的内腔朝上且平面在下的铸造方式，由于底部较厚的平面凝固较慢，容易形成缩孔等缺陷。而采用内腔朝下且平面在上的铸造，虽然可以使整体实现由下向上顺序凝固，从而可以避免出现诸如缩孔等缺陷，却又很难消除裂纹和气孔，导致铸造难度较大，废品率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有具有成本低、工装简单、合格率高的大型铝合金壳体手工低成本铸造方法。
本发明的目的是这样实现的：包括造型、制芯、熔炼、浇铸步骤，具体步骤如下：
A、造型：按壳体铸造图加工出零件形状的木模，将木模平面在上且内腔向下放置于事先准备的框中，用混好的呋喃树脂砂填埋模具作为下砂型，并在模具局部厚大部位放置冷铁Ⅰ及倒角放置激冷砂；在上砂型设置顶注式浇注系统，冒口位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻多个出气孔，得到铸型；
B、制芯：将混好的呋喃树脂砂填入木模中，并预埋出气绳及吊钩，在局部厚大部位放置冷铁Ⅱ，得到砂芯；
C、熔炼：将至少93.3wt%的Al升温至730～740℃，添加4.5～5.6wt%的Cu并保温9～11min，然后升温至750～760℃加入0.4～1.1wt%的Mn保温5～8min，最后降温至740～750℃加入0.05～0.6wt%的Ti，经除渣并通入720℃氩气除气13～17min，得到铝合金液；
D、浇铸：按照要求将A步骤及B步骤得到的铸型、砂芯进行配型与合箱，然后将上述铝合金液通过浇口杯浇入后冷却。
本发明采用手工造型及铸造，既可以简化生产工装，从而降低工装成本和缩短准备时间，以满足单件及小批量生产；另外，本发明采用内腔朝下且平面在上的铸造，可以实现铸件整体由下向上的顺序凝固，从而避免出现诸如缩孔等缺陷；本发明从树脂砂配比、铝合金的冶炼工艺，以及在造型、制芯中对于厚大部分使用冷铁、倒角使用激冷砂等多个方面采取措施，从而减少、乃至消除内腔朝下且平面在上易产生裂纹和气孔的弊端，保证了铸件的质量，提高了合格率。因此，本发明具有投入成本低、工装和铸造方法简单、合格率高的特点，用来制备单件乃至小批量大型壳体铸件具有良好的前景。
附图说明
图1为实施例中预铸造的铝合金壳体结构示意图；
图2为图1之铸造工艺图；
图3为图2之仰视结构示意图；
图4为图3之B-B向剖切结构示意图；
图中：1-激冷砂，2-冷铁Ⅰ，3-冒口，4-出气绳，5-横浇道，6-内浇口，7-冷铁Ⅱ，8-浇口杯，9-直浇道，10-出气孔，11-上砂型，12-下砂型，13-砂芯。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1至4所示，本发明包括造型、制芯、熔炼、浇铸步骤，具体步骤如下：
A、造型：按壳体铸造图加工出零件形状的木模，将木模平面在上且内腔向下放置于事先准备的框中，用混好的呋喃树脂砂填埋模具作为下砂型，并在模具局部厚大部位放置冷铁Ⅰ2及倒角放置激冷砂1；在上砂型设置顶注式浇注系统，冒口3位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻多个出气孔10，得到铸型；
B、制芯：将混好的呋喃树脂砂填入木模中，并预埋出气绳4及吊钩，在局部厚大部位放置冷铁Ⅱ7，得到砂芯；
C、熔炼：将至少93.3wt%的Al升温至730～740℃，添加4.5～5.6wt%的Cu并保温9～11min，然后升温至750～760℃加入0.4～1.1wt%的Mn保温5～8min，最后降温至740～750℃加入0.05～0.6wt%的Ti，经除渣并通入720℃氩气除气13～17min，得到铝合金液；
D、浇铸：按照要求将A步骤及B步骤得到的铸型、砂芯进行配型与合箱，然后将上述铝合金液通过浇口杯8浇入后冷却。
所述大型铝合金壳体为开口底部设置为平面且整体壁厚在10～50mm，长：1000mm×宽：850mm×高：400mm的薄壁铝合金铸造壳体。
所述A步骤和/或B步骤中的呋喃树脂砂中配比按重量份为：砂：添加物=100：2.8～3.2，其中添加物中按重量份环氧树脂：磷酸=2～4：0.5～1。
所述呋喃树脂砂是将40～60目的砂粒度中按上述比例分别加入环氧树脂及磷酸，在碗式混砂机上混40～60s得到，所述A步骤中铸型固化至少12h方可脱模去框。
所述A步骤中的木模表面涂刷1～3mm的环氧树脂，所述环氧树脂中加入40～90wt％的815B固化剂。
所述A步骤及B步骤中的上砂型、砂芯工作表面分别均匀涂刷锆英粉醇基涂料，然后点燃干燥固化。
所述D步骤中将砂芯组装在下砂型中由芯头定位，所述A步骤中横浇道5、内浇口6设置于下砂型中，直浇道9、冒口3、部分横浇道5设置于上砂型，所述直浇道9设置于铸件一侧。
所述A步骤中的激冷砂配比按重量份为：铁丸：砂=1：3，所述铁丸的直径5mm。
所述A步骤中在上砂型顶部均匀钻15～25个出气孔10。
所述激冷砂中的砂为碳素砂、铬镁砂、铬砂、镁砂、锆砂中的一种或任意几种的混合。
所述B步骤中先在芯盒内放好冷铁Ⅱ7，在芯盒底部铺8～12mm混好的呋喃树脂砂，然后放置出气绳4，最后将树脂砂填满芯盒捣实。
所述D步骤中铝合金液按720～750℃进行浇注，浇注时间30～40s。
所述D步骤中下砂型的工作表面用酒精喷灯烘烤18～22min然后合模，浇口杯预热至100℃然后再放置于直浇道9。
实施例1
铸造的铝合金壳体腔体底部设有平面，壳体长：1000mm×宽：850mm×高：400mm，壁厚在10～50mm，材料为铝铜合金。
1、按壳体铸造图加工出零件形状的木模，将木模平面在上且内腔向下放置于事先做好的铁框中，将40目的350kg铬镁砂与7kg环氧树脂、3.5kg磷酸在碗式混砂机上混40s得到呋喃树脂砂；按图2至4所示在模具局部厚大部位放置冷铁Ⅰ2及倒角放置激冷砂1，用前述混好的呋喃树脂砂填埋模具造下砂型；在上砂型设置顶注式浇注系统，冒口3位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻15个出气孔10；铸型固化12h脱模去铁框，得到铸型。
2、在芯盒内按图2至4所示放好冷铁Ⅱ7，将40目的170kg铬镁砂与3.5kg环氧树脂、1.7kg磷酸在碗式混砂机上混40s得到呋喃树脂砂；先在芯盒底部铺10mm混好的前述呋喃树脂砂，然后按图3放置出4根气绳4及吊钩，最后将树脂砂填满芯盒捣实，得到砂芯。
3、将80kg的Al熔化后升温至730℃，添加4.1kg的Cu并保温10min，然后升温至760℃加入1kg的Mn并保温8min，最后在740℃加入0.4kg的Ti，铝铜合金液经除渣、通入720℃氩气除气15min，得到铝铜合金液。
4、下砂型的工作表面用酒精喷灯烘烤18min然后合模，浇口杯8预热至100℃然后放置于直浇道，将上述铸型、砂芯进行配型与合箱，然后将上述铝铜合金液在750℃通过浇口杯8进行浇注，浇注时间40s后冷却，经检查得到合格的铝合金壳体铸件。
实施例2
铸造的铝合金壳体同实施例1。
1、按壳体铸造图加工出零件形状的木模，然后在木模表面涂刷加入60wt％ 815B固化剂的环氧树脂2mm，将木模平面在上且内腔向下放置于事先做好的铁框中，将60目的380kg碳素砂与7.6kg环氧树脂、3.8kg磷酸在碗式混砂机上混60s得到呋喃树脂砂；按图2至4所示在模具局部厚大部位放置冷铁Ⅰ2及倒角放置激冷砂1，用前述混好的呋喃树脂砂填埋模具造下砂型；在上砂型设置顶注式浇注系统，冒口3位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻25个出气孔10；铸型固化14h脱模去铁框，得到铸型。
2、在芯盒内按2至4所示放好冷铁Ⅱ7，将60目的170kg碳素砂与3.5kg环氧树脂、1.7kg磷酸在碗式混砂机上混60s得到呋喃树脂砂；先在芯盒底部铺12mm混好的前述呋喃树脂砂，然后按图3放置出4根气绳及吊钩，最后将树脂砂填满芯盒捣实，得到砂芯。
3、将100kg的Al熔化后升温至740℃，添加5.2kg的Cu并保温11min，然后升温至750℃加入1.2kg的Mn并保温7min，最后在750℃加入0.4kg的Ti及铝铜合金回炉料13kg，铝铜合金液经除渣、通入720℃氩气除气17min，得到铝铜合金液。
4、下砂型的工作表面用酒精喷灯烘烤20min然后合模，浇口杯8预热至100℃然后放置于直浇道，将上述铸型、砂芯进行配型与合箱，然后将上述铝铜合金液在730℃通过浇口杯8进行浇注，浇注时间38s后冷却，经检查得到合格的铝合金壳体铸件。
实施例3
铸造的铝合金壳体同实施例1。
1、按壳体铸造图加工出零件形状的木模，将木模平面在上且内腔向下放置于事先做好的铁框中，将50目的360kg铬砂与6.8kg环氧树脂、3.3kg磷酸在碗式混砂机上混50s得到呋喃树脂砂；按2至4所示在模具局部厚大部位放置冷铁及倒角放置激冷砂，用前述混好的呋喃树脂砂填埋模具造下砂型；在上砂型设置顶注式浇注系统，冒口3位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻20个出气孔10；铸型固化13h脱模去铁框，得到铸型。
2、在芯盒内按2至4所示放好冷铁Ⅱ7，将50目的180kg铬砂与4.8kg环氧树脂、0.9kg磷酸在碗式混砂机上混50s得到呋喃树脂砂；先在芯盒底部铺8mm混好的前述呋喃树脂砂，然后按图3放置出气绳及吊钩，最后将树脂砂填满芯盒捣实，得到砂芯。
3、将90kg的Al熔化后升温至735℃，添加4.3kg的Cu并保温9min，然后升温至755℃加入0.5kg的Mn并保温5min，最后在745℃加入0.2kg的Ti，铝铜合金液经除渣、通入720℃氩气除气13min，得到铝铜合金液。
4、下砂型的工作表面用酒精喷灯烘烤22min然后合模，浇口杯8预热至100℃然后放置于直浇道，将上述铸型、砂芯进行配型与合箱，然后将上述铝铜合金液在720℃通过浇口杯8进行浇注，浇注时间30s后冷却，经检查得到合格的铝合金壳体铸件。
Claims (9)
1.一种大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于包括造型、制芯、熔炼、浇铸步骤，具体步骤如下：
A、造型：按壳体铸造图加工出零件形状的木模，将木模平面在上且内腔向下放置于事先准备的框中，用混好的呋喃树脂砂填埋模具作为下砂型，并在模具局部厚大部位放置冷铁Ⅰ（2）及倒角放置激冷砂（1）；在上砂型设置顶注式浇注系统，冒口（3）位于上砂型厚大部位，在上砂型顶部均匀钻多个出气孔（10），得到铸型；
B、制芯：将混好的呋喃树脂砂填入木模中，并预埋出气绳（4）及吊钩，在局部厚大部位放置冷铁Ⅱ（7），得到砂芯；
C、熔炼：将至少93.3wt%的Al升温至730~740℃，添加4.5~5.6wt%的Cu并保温9~11min，然后升温至750~760℃加入0.4~1.1wt%的Mn保温5~8min，最后降温至740~750℃加入0.05~0.6wt%的Ti，经除渣并通入720℃氩气除气13~17min，得到铝合金液；
D、浇铸：按照要求将A步骤及B步骤得到的铸型、砂芯进行配型与合箱，然后将上述铝合金液通过浇口杯（8）浇入后冷却。
2.根据权利要求1所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述A步骤和/或B步骤中呋喃树脂砂的配比按重量份为：砂:添加物=100:2.8~3.2，其中添加物按重量份配比为环氧树脂:磷酸=2~4:0.5~1。
3.根据权利要求2所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述呋喃树脂砂是在40~60目的砂中按重量份配比环氧树脂:磷酸=2~4:0.5~1的比例分别加入环氧树脂、磷酸，在碗式混砂机上混40~60s得到，所述A步骤中铸型固化至少12h脱模去框。
4.根据权利要求2所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述A步骤及B步骤中的上砂型、砂芯工作表面分别均匀涂刷锆英粉醇基涂料，然后点燃干燥固化。
5.根据权利要求2所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述D步骤中将砂芯组装在下砂型中由芯头定位，所述A步骤中横浇道（5）、内浇口（6）设置于下砂型中，直浇道（9）、冒口（3）、部分横浇道（5）设置于上砂型，所述直浇道（9）设置于铸件一侧。
6.根据权利要求1至5任意一项所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述A步骤中的激冷砂配比按重量份为：铁丸:砂=1:3，所述铁丸的直径5mm。
7.根据权利要求6所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述B步骤中先在芯盒内放好冷铁Ⅱ（7），在芯盒底部铺8~12mm混好的呋喃树脂砂，然后放置出气绳（4），最后将树脂砂填满芯盒捣实。
8.根据权利要求6所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述D步骤中铝合金液按720~750℃进行浇注，浇注时间30~40s。
9.根据权利要求6所述大型铝合金壳体手工低成本铸造方法，其特征在于所述D步骤中下砂型的工作表面用酒精喷灯烘烤18~22min然后合模，浇口杯预热至100℃然后再放置于直浇道。
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