CN108746552A - 一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，该薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法包括以下步骤：1)将铸型放置于上压力罐中，保温炉放置于下压力罐中，所述上压力罐与所述下压力罐均进行密封设置，所述铸型通过升液管与所述保温炉中的金属液相连通；2)将所述上压力罐与所述下压力罐同时进行抽真空；3)将所述下压力罐加压，当所述金属液充满铸型的型腔时，停止加压；4)将所述上压力罐和所述下压力罐同时进行加压，并均加压至凝固结晶压力后保压；5)当所述铸型的型腔形成的铸件完全凝固后，所述上压力罐和所述下压力罐同时卸压至常压，即得薄壁壳体铝合金铸件。该制备方法制备的薄壁壳体铝合金铸件的表面质量好且尺寸精度高。

Description

一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸件的技术领域，特别是涉及一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法。

背景技术

铸造铝合金是传统的金属材料，基于其较小的密度和较高的比强度，广泛地应用于机械、汽车、航空、航天等各行各业。其中，为了满足零件的轻量化、精密化及整体化的要求，薄壁化(一般壁厚小于4mm，局部可低于0.5mm)且高质量的铝合金铸件应运而生。

但是，薄壁壳体铝合金铸件的表面积大且平均壁厚小，拉普拉斯力极大的影响充型的行动条件和状态，成型困难，壁薄易变形，补缩通道易闭合，常出现浇不足、缩松及缩孔等缺陷，铸件质量较差，而且薄壁壳体铸件具有近无余量特征，尺寸控制难度较大。因此，薄壁壳体铝合金铸件采用传统的铸造工艺很难完整成形。

发明内容

基于此，有必要提供一种表面质量高且尺寸精度好的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法。

一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，包括以下步骤：

1)将铸型放置于上压力罐中，保温炉放置于下压力罐中，所述上压力罐与所述下压力罐均进行密封设置，所述铸型通过升液管与所述保温炉中的金属液相连通；

2)将所述上压力罐与所述下压力罐同时进行抽真空；

3)将所述下压力罐加压，且加压速度为0.5Kpa/s-15Kpa/s，当所述金属液充满铸型的型腔时，停止加压；

4)将所述上压力罐和所述下压力罐同时进行加压，并均加压至凝固结晶压力后保压，且所述上压力罐和所述下压力罐的加压速度均为20Kpa/s-30Kpa/s；

5)当所述铸型的型腔形成的铸件完全凝固后，所述上压力罐和所述下压力罐同时卸压至常压，即得薄壁壳体铝合金铸件。

在其中一个实施例中，所述步骤2)中的真空度为10Kpa-20Kpa。

在其中一个实施例中，所述步骤3)中的加压速度为1Kpa/s-10Kpa/s。

在其中一个实施例中，所述步骤3)中所述下压力罐与所述上压力罐的压力差为100Kpa-300Kpa。

在其中一个实施例中，所述步骤4)中，所述上压力罐和所述下压力罐的加压速度相同。

在其中一个实施例中，所述步骤4)中，所述凝固结晶压力为400Kpa-650Kpa。

在其中一个实施例中，所述保压时间为5min-20min。

在其中一个实施例中，所述上压力罐和所述下压力罐为一体设置，所述上压力罐和所述下压力罐之间设有中间隔板。

本发明的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法通过采用抽真空使模具中的背压降低，从而减小了充型时的阻力。且真空度越高，模具中的背压低，进而越容易建立有益于充型过程的压差。本发明在低压下充型，高压下凝固，明显减少缩孔和缩松缺陷的产生，可以获得组织致密的铸件。同时，通过调节密封罐压差，增强铸型的排气能力，大大减少了侵入性和析出性气孔数量。因此，本发明可以有效减少气孔缺陷的产生，提高铸件的密度，并可减轻或消除压铸件内部的气孔，显著提高压铸件的综合力学性能和表面质量。而且本发明通过真空负压的存在可以紧实型砂，使铸件强度以及尺寸精度均显著提高。本发明还通过控制充型速度和充型压力，有效提高充型过程平稳性和顺序性，从而降低紊流和夹渣，进一步提高铸件质量。

本发明制备的铸件的力学性能显著提高，与传统技术制备的铸件力学性能相比，其抗拉强度可提高10％～50％，延伸率可提高25％～50％。

此外，本发明还通过控制成型压力，确保铝合金液通过凝固枝晶间的狭窄通道向补缩区流动的驱动力，补缩效果良好，晶粒得到细化、组织更为致密。制备得到的铸件的质量显著提高。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，包括以下步骤：

1)将铸型放置于上压力罐中，保温炉放置于下压力罐中，该上压力罐与该下压力罐均进行密封设置，该铸型通过升液管与该保温炉中的金属液相连通。

2)将该上压力罐与该下压力罐同时进行抽真空。

3)将该下压力罐加压，且加压速度为0.5Kpa/s-15Kpa/s，当该金属液充满铸型的型腔时，停止加压。可选地，上压力罐的压力保持不变，下压力罐压力匀速上升。

4)将该上压力罐和该下压力罐同时进行加压，并均加压至凝固结晶压力后保压，且该上压力罐和该下压力罐的加压速度均为20Kpa/s-30Kpa/s。可选地，通过控制上压力罐和下压力罐的加压速度，以保持上压力罐和下压力罐的压力差恒定。进一步可选地，保压时控制上压力罐和下压力罐的压力保持稳定，压差恒定，使型腔内的金属液在压力下凝固。

5)当该铸型的型腔形成的铸件完全凝固后，该上压力罐和该下压力罐同时卸压至常压，即得薄壁壳体铝合金铸件。

真空度是影响铸件充型能力的重要参数，它是整个真空差压铸造工艺的基础。真空度的大小不仅影响铸型中剩余压力，而且也影响充型动力的建立。真空度对充型的影响主要表现在以下三方面：一是减小铸件型腔中的背压，从而减少充型时的阻力，充型能力越强；二是真空度越大，越易建立较大的充型压差，有利于金属液的充型；三是真空度较高时，可有效避免金属液的氧化和产生氧化夹杂，从而避免由于氧化物存在导致表面张力大大提高而影响对铸件薄壁部位的充填。

真空度的大小和铸件的复杂程度、最小壁厚和铸型种类有关。铸件越复杂、壁越薄，真空度要越高。石膏型和熔模精铸型的真空度要比金属型和砂型高，且必须设置通气孔。一般情况下，平均壁厚大于6mm的铸件，真空度控制在20～30KPa；平均壁厚为2mm～6mm的铸件，真空度控制在10KPa～20KPa；平均壁厚小于2mm的铸件，真空度控制在10KPa以下。具体地，该步骤2)中的真空度为10Kpa～20Kpa。

充型速度反映了充型过程中金属液的上升情况，对铸件质量有直接影响。金属液在充型过程中必须呈层流运动，使液流平稳，即保证获得“正向充填”。充型速度大小的控制主要通过控制加压速度，即控制充型流量的大小。要保证

获得“正向充填”，必须保证充型速度小于临界充型速度，临界充型速度大小一般是通过试验来确定的。一般情况下，充型速度大小的选择和铸件的壁厚有很大关系，铸件壁越厚，充型速度要越小，否则容易产生“反向充填”，影响铸件的质量；铸件壁越薄，充型速度可以选择大一些。实际生产中采用的充型速度一般也是通过试验来确定的。在一个实施例中，该步骤3)中的通过输入空气提高压力，且加压速度为1Kpa/s-10Kpa/s。

充型压差的大小与铸件高度、铸件形状等因数有关。具体地址，该步骤3)中该下压力罐与该上压力罐的压力差为100Kpa-300Kpa。

升压速度反映了当型腔被金属液充满以后，气体压力由充型压力增加到凝固压力的快慢程度。升压速度也应根据铸型种类和铸件结构选定。一般情况下，金属型的升压速度一般为0.2～0.3大气压/秒左右；石膏型和熔模精铸型的升压速度一般为0.1～0.2大气压/秒左右；干砂型的升压速度一般为0.05～0.1大气压/秒左右；湿砂型应取较低值。铸件壁厚大小对升压速度的要求也不一样，壁越薄，升压速度要越快。在一个实施例中，该步骤4)中，该上压力罐和该下压力罐的加压速度相同。

凝固结晶压力为铸件结晶凝固提供一个高压的条件，金属在较高的压力下结晶，可使晶粒细化，组织致密，性能提高。凝固结晶压力的大小应根据铸件结构特点、铸型种类并通过生产实践来确定。铸件结构越复杂，凝固结晶压力要求越大。铸型种类不一样，凝固结晶压力要求也不一样：砂型的凝固结晶压力一般为3～4大气压；石膏型和熔模精铸型的凝固结晶压力一般为3～5大气压；金属型的凝固结晶压力一般为4～6大气压。具体地，该步骤4)中，该凝固结晶压力为400Kpa-650Kpa。

当压力升到结晶凝固压力以后，保持一定的时间，直到铸件完全凝固结束的时间称为保压时间。保压时间的精确控制是保证获得优质铸件的重要工艺因素。若保压时间过短，金属没有完全凝固，过早卸压，铸件得不到充分补缩，甚至不能成形；保压时间太长，升液管容易堵塞，浇口残留过多，清理困难。一般以铸件完全凝固所需要的时间来参考。保压时间的长短与铸件的壁厚、合

金种类、铸型性质以及结晶凝固压力有关，铸件壁越厚、合金的结晶温度范围越宽，保压时间要越长；采用的结晶压力越大，保压时间可以短一些。在其中一个实施例中，该保压时间为5min-20min。

本发明中的铸造设备的主体部分包括上压力罐、下压力罐、中间隔板、升液管和底座，其中下压力罐用于放置保温炉，保温炉中盛有金属液，上压力罐放置铸型，铸型与金属液通过升液管相连通，中间隔板位于上压力罐与下压力罐之间，底座设于下压力罐的底部。具体地，该上压力罐和该下压力罐为一体设置，该上压力罐和该下压力罐之间设有中间隔板。

本发明的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法通过采用抽真空使模具中的背压降低，从而减小了充型时的阻力。且真空度越高，模具中的背压低，进而越容易建立有益于充型过程的压差。本发明在低压下充型，高压下凝固，明显减少缩孔和缩松缺陷的产生，可以获得组织致密的铸件。同时，通过调节密封罐压差，增强铸型的排气能力，大大减少了侵入性和析出性气孔数量。因此，本发明可以有效减少气孔缺陷的产生，提高铸件的密度，并可减轻或消除压铸件内部的气孔，显著提高压铸件的综合力学性能和表面质量。而且本发明通过真空负压的存在可以紧实型砂，使铸件强度以及尺寸精度均显著提高。本发明还通过控制充型速度和充型压力，有效提高充型过程平稳性和顺序性，从而降低紊流和夹渣，进一步提高铸件质量。

本发明制备的铸件的力学性能得到提高，与传统技术制备的铸件力学性能相比，其抗拉强度可提高10％～50％，延伸率可提高25％～50％。

此外，本发明还通过控制成型压力，确保铝合金液通过凝固枝晶间的狭窄通道向补缩区流动的驱动力，补缩效果良好，晶粒得到细化、组织更为致密。制备得到的铸件的质量显著提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将铸型放置于上压力罐中，保温炉放置于下压力罐中，所述上压力罐与所述下压力罐均进行密封设置，所述铸型通过升液管与所述保温炉中的金属液相连通；

2)将所述上压力罐与所述下压力罐同时进行抽真空；

3)将所述下压力罐加压，且加压速度为0.5Kpa/s-15Kpa/s，当所述金属液充满铸型的型腔时，停止加压；

4)将所述上压力罐和所述下压力罐同时进行加压，并均加压至凝固结晶压力后保压，且所述上压力罐和所述下压力罐的加压速度均为20Kpa/s-30Kpa/s；

5)当所述铸型的型腔形成的铸件完全凝固后，所述上压力罐和所述下压力罐同时卸压至常压，即得薄壁壳体铝合金铸件。

2.根据权利要求1所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述步骤2)中的真空度为10Kpa-20Kpa。

3.根据权利要求1所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述步骤3)中的加压速度为1Kpa/s-10Kpa/s。

4.根据权利要求1所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述步骤3)中所述下压力罐与所述上压力罐的压力差为100Kpa-300Kpa。

5.根据权利要求1所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述上压力罐和所述下压力罐的加压速度相同。

6.根据权利要求1所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述凝固结晶压力为400Kpa-650Kpa。

7.根据权利要求1所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述保压时间为5min-20min。

8.根据权利要求1-8任一项所述的薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述上压力罐和所述下压力罐为一体设置，所述上压力罐和所述下压力罐之间设有中间隔板。