CN114273638A

CN114273638A - 一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法

Info

Publication number: CN114273638A
Application number: CN202011038692.0A
Authority: CN
Inventors: 陈荣石; 闫宏; 吴军伟; 刘清; 侯丹辉; 韩恩厚
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开了一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，属于有色金属零件铸造方法领域。该方法通过蜡模制作和挂砂、烧结，获得高表面质量和尺寸精度高的内部复杂结构的型壳，通过内刷涂料防止镁熔体与其反应氧化，保证表面质量；再设计浇注方案结合型壳保温措施、防氧化措施和过滤装置，合理控制低压铸造充型时间和结晶压力等关键工艺参数，保证了熔体在上升和充型过程的平稳流动、防氧化，以及压力条件下充型到位和凝固过程的补缩，既保证了铸件内部冶金品质，又实现了复杂薄壁结构，并且同时具备了良好的表面质量和尺寸精度。采用本铸造方法，不仅提高了镁合金铸件冶金质量和成品率，而且节省了材料，提高了铸件工艺出品率，提高了经济效益。

Description

一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法

技术领域

本发明涉及有色金属零件铸造方法技术领域，具体涉及一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法。

背景技术

镁合金具有比重小、比强度高、阻尼高、高导热性以及减震性好、易于回收等优点，镁合金铸件产品已经在汽车、航空航天和3C等工业领域得到了广泛的应用。

壳体类铸件用于电动工具外壳、机械设备和航空航天发动机附件机匣及减速器机匣的一类重要铸件。壳体类零件一般壁厚较薄，结构复杂，铸造冷却速度快、充型困难，铸造过程易产生冷隔和缩松等铸造缺陷。目前，壳体类铸件多采用潮模砂或树脂砂型重力或反重力低压铸造技术。砂型重力铸造是用型砂中掺入膨润土或树脂、固化剂等造型材料，制作砂型铸型，然后利用金属液自身重力作用使其流入充满砂型铸型，成形零件。砂型重力铸造工艺简单，适用范围很广，但是存在诸多不足。比如，铸件尺寸精度较低、表面粗糙，需预留足够的机械加工余量；二是砂型铸造成型复杂结构零件的造型、下芯工艺操作过程非常复杂，且尺寸不稳定可靠，废品率高，尤其是壳体内的腔体、孔、油路等结构更是困难。

镁合金化学活性高，易与空气接触氧化燃烧。重力铸造时，熔体在敞开环境下流动和充型，氧化燃烧严重，并且仅靠自身重力作用充型，熔体流动速度难以控制，流动不平稳，极易产生氧化夹渣和外来夹杂物，进入铸件内部；其次，镁合金热容量小、导热快，充型时熔体与砂型浇道和铸型接触时，温降快，流动性变差，若温度控制不好，会产生冷隔和欠铸；再次，镁合金凝固温度区间宽、体收缩率大，仅靠重力充型和凝固无法有效补缩，极易形成宏观缩孔和微观缩松等铸造缺陷，即使设置较大的冒口也难以完全消除疏松缺陷。上述原因导致壳体类镁合金铸件冶金品质差，产品合格率低，工艺出品率低，材料浪费大。由此可见，镁合金铸造充型过程的防氧化、熔体平稳流动以及顺序凝固和有效补缩是制备高品质镁合金薄壁壳体类铸件的关键。需要基于上述关键，发展镁合金薄壁壳体专用铸造技术，解决镁合金薄壁壳体件铸造成形困难、铸造缺陷多的技术问题。

发明内容

本发明目的是针对现有镁合金薄壁壳体铸件铸造成形技术存在的不足之处，提供一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，解决镁合金薄壁壳体零件氧化夹渣、冷隔、缩松缩孔铸造缺陷多的难题，提高铸造冶金品质，提升合格率、工艺出品率，缩短生产周期。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，包括如下步骤：

(1)蜡型制作：根据零件图纸设计、制作蜡模和浇注系统，将蜡型和浇注系统进行组焊，并检查、矫形和修补；

(2)型壳制作及阻燃处理：在蜡模表面挂砂，脱蜡和烘干，制作型壳，并在型壳内表面做阻燃处理；

(3)型壳预热：将型壳装入保温装置并固定，放入电阻炉中预热；

(4)镁合金熔炼：镁合金在保护性气氛或熔剂保护下熔炼；

(5)型壳与低压铸造机组装：将步骤(3)预热后的型壳与低压铸造机升液管连接，型壳与升液管之间放置过滤网并密封，并进行防氧化保护处理；

(6)低压铸造：将步骤(4)熔炼后得到的镁合金熔体通过低压铸造机压入型壳，浇注温度为660～820℃，优选温度为680-780℃，形成精密铸件。

步骤(2)中，所述阻燃处理过程为：采用浓度为3～10wt.％的硼酸水溶液注入型壳内腔并保持1-2分钟后排出，重复三次后，在300～500℃烘干。

步骤(2)中，所述型壳制作的过程具体为：在蜡型表面刷一层混合涂料(混合涂料是由320目刚玉粉与硅溶胶按重量比3：1混合而成)，紧接着挂一层100目刚玉粉，每挂一次刚玉粉后晾干；反复挂2～8层刚玉粉，然后将所得型壳晾干12小时以上，然后采用蒸汽或水煮方式脱蜡，最后将型壳在800～1000℃焙烧5小时以上并随炉冷却。

步骤(3)中，所述型壳的预热温度为200～400℃，预热时间为2～6小时。

步骤(5)中，所述防氧化保护措施为：在升液管内部喷涂氮化硼涂料，往型壳内部吹撒硫磺粉，低压铸造机内放置硫磺粉并充保护气体。

步骤(6)所述的低压铸造过程中，充型速度为10～180mm/s，优选充型速度为30-80mm/s，充型时间为1～50s(优选5-20s)，结晶增压压力为5～200KPa(优选为20-50KPa)，保压时间为5～600s(优选为100-300s)。

与现有技术相比，本发明的特点及其有益效果是：

本发明是基于镁合金铸造缺陷形成原理及缺陷的形成阶段，提出了一种能够在密闭条件下流动充型、在压力条件下凝固补缩的低压熔模精密铸造工艺方案；该工艺通过蜡模制作和挂砂、烧结，获得高表面质量和高尺寸精度内部复杂结构的型壳，确保铸件尺寸精度和表面粗糙度；通过型壳内刷阻燃涂料，配合硫磺和惰性气体保护，防止镁熔体与型壳内壁及空气反应氧化，产生氧化夹渣；通过型壳保温装置，保证镁熔体在一定的温度充型，维持好的流动性，避免了冷隔和欠铸缺陷产生；调控低压铸造充型时间和结晶压力等关键工艺参数，控制流速，使熔体在上升和充型过程平稳流动，调控压力使熔体完全充满型腔，并在特定压力条件下凝固，提供额外补缩压力，抑制了缩松缩孔倾向。采用本铸造方法有效解决了镁合金壳体薄壁铸件铸造缺陷多、尺寸精度差、表面粗糙的技术难题，既保证了铸件内部冶金品质，又实现了复杂薄壁结构，并且同时具备了良好表面质量和尺寸精度，提高了产品质量和成品率，节省了材料，提高了经济效益。

附图说明

图1为低压精密铸造镁合金薄壁壳体铸件外观形貌及X射线检测结果；其中：(a)实施例1铸件外观；(b)实施例2铸件外观；(c)实施例1铸件内部；(d)实施例1铸件侧壁X射线检测结果；(e)实施例1铸件侧壁X射线检测结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：

实施例1：

本实施例制备的某镁合金筒形薄壁件轮廓尺寸为

壁厚为3～10mm，并带有通孔和管路等内部结构。具体的制备工艺步骤如下：

(1)利用UG软件设计零件铸件图，根据零件铸件图，设计制作铝制蜡模模具，采用中温蜡，压制蜡型和浇道，将浇道与蜡模组焊，对组焊后的模组进行检查、矫形、修补；

(2)在蜡模表面，刷一层320目刚玉粉与硅溶胶重量比3：1的混合涂料，紧接着挂一层100目刚玉粉，每挂一次，晾干；刚玉粉反复挂4层，型壳晾干12小时，然后在160℃、5个大气压进行蒸汽脱蜡，将型壳在900℃焙烧5小时后随炉冷却；在型壳顶部及易积气的拐角等部位钻

的排气孔，用5wt.％的硼酸水溶液灌洗冲洗型壳内部，反复3次，然后放入炉中在300℃烘干3小时；

(3)将型壳放入预热铁筒内，接口用刚玉硅溶胶复合涂料密封，然后填入树脂砂将型壳固定，将其放入电阻炉中，在350℃加热3小时，备用；

(4)在低压坩埚炉内熔炼镁合金，熔炼时用Ar惰性气体和镁合金熔剂进行保护和精炼；

(5)待镁合金精炼结束，用铝箔盛装硫磺粉置于低压铸造机内靠近内壁处，合上低压铸造机上盖，放入预热至300℃的升液管，将预热的装有型壳的铁筒取出，用惰性Ar气向型壳内冲撒硫磺，然后将型壳与升液管连接，中间放置过滤网，升液管和上盖、升液管和铁筒内的型壳接口用石棉密封，四周用铁板做防护，上部放置压铁。

(6)待精炼保温时间结束后，断电，熔体降温至740℃时进行低压铸造，升液压力为13KPa,升液速度50mm/s，升液时间7s,充型速度为30mm/s,充型压力27Kpa,充型时间15s,结壳增压压力2KPa,结壳时间2s,结晶增压压力23Kpa,增压时间5s,结晶保压时间300s。低压铸造结束后，取出铸件。

实施例2：

(2)在蜡模表面，刷一层320目刚玉粉与硅溶胶重量比3：1的混合涂料，紧接着挂一层100目刚玉粉，每挂一次，晾干，刚玉粉反复挂4层，型壳晾干12小时，然后在160℃、5个大气压进行蒸汽脱蜡，将型壳在900℃焙烧5小时后随炉冷却；在型壳顶部及易积气的拐角等部位钻

(3)将型壳放入预热铁筒内，接口用刚玉硅溶胶复合涂料密封，然后填入树脂砂将型壳固定，将其放入电阻炉中，在320℃加热3小时，备用；

(4)在低压坩埚炉内熔炼镁合金，用Ar惰性气体和熔剂进行保护和精炼；

(5)待镁合金精炼结束，用铝箔盛装硫磺粉置于低压炉周边，盒上低压铸造机上盖，放入预热至350℃的升液管，将预热的装有型壳的铁筒取出，用惰性Ar气向其内冲撒硫磺，然后将型壳与升液管连接，中间放置过滤网，升液管和低压铸造机上盖、升液管和铁筒内的型壳接口用石棉密封，四周用铁板做防护，上部放置压铁。

(6)待精炼保温时间结束后，断电，熔体降温至740℃时进行低压铸造，升液压力为13KPa,升液速度50mm/s，升液时间6s,充型速度为70mm/s,充型压力29Kpa,充型时间7s,结壳增压压力2KPa,结壳时间2s,结晶增压压力33Kpa,增压时间3s,结晶保压时间200s。低压铸造结束后，取出铸件。

对实施例1-2制备的薄壁壳体件进行外观形貌、宏微观组织、X光和尺寸检测，发现铸件充型完整，表面光洁、呈金属光泽，无欠铸、冷隔、裂纹、夹杂等宏微观铸造缺陷，尺寸精度符合铸件毛坯要求，如图1所示。解决了镁合金壳体薄壁铸件铸造缺陷多、尺寸精度差、表面粗糙的技术难题，既保证了铸件内部冶金品质，又实现了复杂薄壁结构，并且同时具备了良好表面质量和尺寸精度，提高了产品质量和成品率，节省了材料，提高了经济效益。

Claims

1.一种镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)蜡型制作：根据零件图纸设计，制作蜡模和浇注系统，将蜡型和浇注系统进行组焊，并检查、矫形和修补；

(2)型壳制作及阻燃处理：在蜡模表面挂砂、脱蜡和烘干，制作型壳，并在型壳内表面做阻燃处理；

(4)镁合金熔炼：镁合金在保护性气氛或熔剂保护下熔炼；

(6)低压铸造：将步骤(4)熔炼后得到的镁合金熔体通过低压铸造机压入型壳，浇注温度为660～820℃，形成精密铸件。

2.按照权利要求1所述的镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，其特征在于：步骤(2)中，所述阻燃处理过程为：采用浓度为3～10wt.％的硼酸水溶液注入型壳内腔并保持1-2分钟后排出，反复灌洗三次以上，在300～500℃烘干。

3.按照权利要求1所述的镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，其特征在于：步骤(2)中，所述型壳制作的过程具体为：在蜡型表面刷一层320目刚玉粉与硅溶胶按重量比3：1的混合涂料，紧接着挂一层100目刚玉粉，每挂一次刚玉粉后晾干；反复挂2～8次刚玉粉，然后将所得型壳晾干12小时以上，再采用蒸汽或水煮方式脱蜡，最后将型壳在800～1000℃焙烧5小时以上并随炉冷却。

4.按照权利要求1所述的镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，其特征在于：步骤(3)中，所述型壳的预热温度为200～400℃，预热时间为2～6小时。

5.按照权利要求1所述的镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，其特征在于：步骤(5)中，所述防氧化保护措施为：在升液管内部喷涂氮化硼涂料，往型壳内部吹撒硫磺粉，低压铸造机内放置硫磺粉并充保护气体。

6.按照权利要求1所述的镁合金薄壁壳体件的低压精密铸造方法，其特征在于：步骤(6)所述的低压铸造过程中，充型速度为10～180mm/s，充型时间为1～50s，结晶增压压力为5～200KPa，保压时间为5～600s。