铝合金重力铸造综述.doc

铝合金重力铸造综述铝合金重力铸造综述1.1 概述：4铝合金铸件金属型重力铸造工艺技术5铝合金铸件金属型铸造工艺设计5铸件浇注位置5浇冒系统5砂芯的定位方式6模具工作温度6模具的结构设计6铝合金浇注温度、浇注速度6铝合金金属型设计及材料7金属型设计及制造7金属型材料7铝合金重力铸造制芯工艺7热芯8壳芯8冷芯9铝合金铸造工艺性能10流动性10收缩性10体收缩11线收缩11热裂性11气密性12铸造应力12热应力12相变应力12收缩应力12吸气性12金属型重力铸造的优缺点13优点131.2 缺点132. 金属型铸件常见缺陷及预防132.1 针孔132.2 气孔142.3 氧化夹渣142.4 热裂142.5 疏松143. 铝合金金属型铸造设备及自动化153.1 金属型铸造设备153.2 金属型铸造自动化生产线15主要重力铸造设备介绍153.2.1 J34-6水平重力铸造机153.2.2 倾转式重力铸造机164. Loramendi制芯机16〜19铝合金铸件典型工艺介绍194.1 铝合金薄壁件194.1.1 复杂铝合金薄壁件的基本概念及特征194.1.2 有色合金复杂薄壁件成型的基本要求204.2 TA1铝缸盖铸造工艺探讨21参考文献221、概述：从近几年全球工业发展来看，轿车工业是铸造工业的最大用户。

特别是在我们国家随着人民生活水平的日益提高，对轿车的需求量越来越大，这样就更充分的促进了铸造技术的进步目前，能源问题和环境问题日益突出，零件轻量化技术受到各国的重视，为了降低燃料消耗、减少环境污染，轿车铸件朝着轻量化、精确化、强韧化和复杂化方向发展美国新一代汽车研究计划的目标是在2003年汽车每100公里油耗要减少到3升汽车重量减轻10%可使燃烧效率提高7%,并减少10%的污染为了达到这一目标，要求整车重量减轻40%-50%，其中车体和车架的重量要求减轻50%，动力及传动系统减轻10%美国福特汽车公司新一代汽车中钢铁材料用料将大幅度减少，而铝及镁合金用量明显增加，铝合金将从129公斤增加到333公斤据专家预测，到2009年74%的汽车发动机缸体及98%的缸盖将用铝合金铸造铝合金铸件产量从1995年的640万吨增长到1999年的790万吨，，预计到2014年将提升到1200万吨的水平在近些年内，铝铸件将按每年150万吨的速度递增以汽车工业为代表的交通运输业为铝铸件的消耗大户，大量的铝铸件已经扩展到汽车发动机的生产方面中国在汽车生产方面的势头强劲，铝铸件的需求量正处在激增状态而汽车发动机上的主要铝合金零部件都采用的重力铸造工艺进行生产，如铝缸盖、进气歧管等。

近年来，中国从国外大量引进新材料、先进的设备、先进的工艺，中国的铝铸件的增长已名列前矛重力铸造是指金属液靠自身重力作用下浇入模型获得铸件的工艺方法广义的重力铸造包括砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型铸造铝合金铸件金属型重力铸铸造造方法由于其生产率高、劳动环境清洁、铸件表面光洁和内部组织致密等优点而被广泛应用尤其是汽车发动机部件，日、美、英、德和意等工业发达国家很多采用金属型重力浇注方法生产汽车发动机铝缸体、铝缸盖、进气歧管和铝活塞等近几年，我国许多厂家也引进先进金属型设备或自制设备生产汽车发动机缸盖、进气管和活塞等铝铸件金属型铸铝技术也广泛应用于航空、航天、高压电器、电力机械以及仪器仪表等行业铝合金铸件重力铸造与其他一些铸造方法（压铸、低压铸造和砂型铸造等）相比主要具有如下几方面的优势：a、几何尺寸和金相组织等综合质量好b、较低压及高压铸造工艺灵活，可生产较复杂铸件c、更有利于大批量生产，实现高度自动化和简化维修；在同等生产规模下，与高、低压铸造相比，铸造设备和金属型等工装的一次性投资更低但金属型重力铸造也存在出品率低、薄壁复杂铸件浇注困难、铸件组织密度相对压力铸造较低等缺点。

2、铝合金铸件金属型重力铸造工艺技术2.1铝合金铸件金属型铸造工艺设计：金属型铸造工艺设计关键是铸件浇注位置的确定、浇冒口系统的设计、砂芯的定位方式和模具工作温度的控制和调节，以及模具的结构设计，铝合金浇注温度、浇注速度等2.1.1 铸件浇注位置：它直接关系到金属型型芯和分型面的数量、金属液导入位置、排气的通畅程度以及金属型结构的复杂程度等应指出，确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸件的凝固，实现顺序凝固的铸件，可消除缩松、缩孔，保证铸件的致密性，提高铸件的质量，降低废品率因此，铸件浇注位置是铸造工艺设计首先考虑的重要环节2.1.2 浇冒系统：铸件浇冒系统设计决定铸件内、外质量浇注系统的设计要求：（a）所确定的内浇道位置、形状应符合铸件的凝固原则或补缩方法b）使铝液流动平稳，避免严重紊流防止卷入、吸收气体和使铝液过度氧化c）铝液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷砂芯d）保证型内铝液液面有足够的上升速度，以免形成夹砂、冷隔等铸造缺陷浇冒系统应具有挡渣、排气和补缩功能，同时应保证铸件合理的凝固、冷却温度场正确、合理的浇冒系统要根据铸件不同的结构，合理的计算直浇道、横浇道、内浇道间的截面积比，通过计算机模拟可直观地预测铸件凝固过程温度场，显示铸件可能产生缩松（孔）的危险部位，从而指导工艺设计，并通过调整浇冒系统结构和尺寸、金属型结构、控制冷却速度或调整涂料层厚度等手段调节温度场、消除铸造缺陷。

如采用底注式浇注的汽车发动机铝缸盖的毛坯，尽管采取在上部设置几乎超过铸件重量的大冒口和底部强制通水冷却的工艺措施也难以调整合理的顺序凝固的温度场，难以消除底部内浇口周围过热而造成的缩松缺陷通过试验，将铝液从缸盖顶部冒口处直接注入，铝液经过陶瓷过滤网净化后进入型腔，这种顶注式的铸造方式保证了铸件合理的冷却梯度，即自下而上的顺序凝固方式，使铸件上部的冒口真正的起到了对铸件补缩的作用，消除了缩松缺陷，缸盖成品率显著提高英国Foseco公司曾对两种浇注方法做过详细的研究和对比试验工件，并称后者为DYPUR法该法使型简化、紧凑，节省铝液，铸件成品率高采用该法即使由于铝液有较高落差造成的少量夹杂缺陷，对铸件的力学性能和气密性影响也不大当然，浇冒系统的开设位置、结构和尺寸大小除考虑铸件凝固温度场外，还需兼顾型复杂程度，金属液充型是否平稳，是否具有挡渣和排气等功能2.1.3 砂芯的定位方式：砂芯的定位是指主要的芯头部分，对芯头的要求主要是固定砂芯，使砂芯在模具中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时铝液对砂芯的浮力使之不被损坏；芯头应能及时排出浇注时所产生的气体至模具外面同时要考虑下芯方便，芯头应有适当的间隙和拔模斜度。

模具工作温度：模具各部分的温度差异对铸件冷却的温度场有着重要的作用对于铸件局部厚大的部位，在模具的相应位置设置水冷和风冷系统，是为了保证该区域保持正常的工作温度，提高生产效率，同时消除过热，保证正常的冷却温度场此外，对于局部厚大热节部位还可镶嵌热导率高或蓄热量大的金属嵌块或调节涂料层厚度和涂料种类以保证铸件形成合理的冷却温度梯度，消除局部缩松（孔）缺陷模具的结构设计：（a）模具各部分之间的限位要合理b）砂芯的定位要尽量设计在固定模块上，以保证铸件尺寸的精度c）要在芯头的适当位置加抽气、排烟系统，以使浇注过程中砂芯所产生的气体很好的排出；在不影响铸件形状的情况下，可做部分敞开式芯头定位d）在模具的适当位置设置冷却系统，以满足铸件的凝固要求e）根据模具材料的要求计入缩尺和配合间隙e）一般模具上抽模块用的油缸要加冷却装置，避免烘烤模具或浇注过程中油缸过热而损坏铝合金浇注温度、浇注速度：浇注温度对铸件质量有很大的影响浇注温度低，金属液黏度大，流动性差，充满铸件型腔比较困难，铸件容易产生冷隔、浇不足、气孔、夹渣等缺陷浇注温度太高，金属液液态收缩增大，含气量较多，因而铸件易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、气孔、粘砂、裂纹及严重氧化等铸件缺陷。

适宜的浇注温度要根据合金的成分和铸件的重量、壁厚、复杂程度等因素综合考虑确定浇注速度是指浇注时充型的时间长短较高的浇注速度，可使金属液迅速充满型腔，减少氧化，铸件各部分温度均衡，有利于同时凝固但过高的浇注速度，易引起冲砂，型腔内的气体不能及时排出，易产生气孔等较低的浇注温度，增大铸件各部分的温差，有利于定向凝固，实现冒口补缩，消除铸件缩孔等但金属液与空气接触时间过长，氧化加重，温度降低，易产生夹渣、粘砂、冷隔、浇不足等缺陷因此在生产中要根据铸件的结构和技术要求，适当的选折浇注温度和浇注时间，也可借助于计算机模拟技术先确定相应的范围作为指导，尽而在工艺调试过程中进行调整，获取正确的数据2.2.1 2.2铝合金金属型设计及材料金属型设计及制造好的金属型设计和制造技术是满足工艺设计、适应大批量、高质量铸件生产的关键金属型设计主要包括金属型结构、排气系统、锁紧机构，冷却系统、连接机构以及铸件顶出机构合理的铸造工艺和金属型设计只有通过先进的金属型加工制造技术来体现金属型材料适宜制造金属型的材料应具有足够的高温强度、一定的热稳定性和热疲劳强度以及足够的强韧性国内一般用铸铁、模具钢作为铝合金金属型模具材料，平均寿命30000〜60000次左右；目前我们一般采用美国钢铁学会（AISI）分类的H-13，相当于国内4CrMoVSi钢。

这种钢具有较高的热强度和硬度，还具有较高的耐磨性和韧性，用它作模具，其铸件尺寸稳定、模具寿命长当然，模具的寿命除与材质有关外，还与模具结构、铸造合金的材料、操作和管理等因素有关2.3铝合金重力铸造制芯工艺铝合金重力铸造主要有砂型和金属型两种形式，批量大的铸件主要已金属型为主金属型重力铸造所使用的砂芯主要有热芯、壳芯和冷芯三种类型2.3.1 热芯：热芯盒制芯工艺是在原砂中加入适量的树脂与固化剂，经过混砂剂充分混合后，通过热芯制芯机射入热芯盒中，在煤气或电加热的情况下，树脂由线型结构交联成体型结构而固化热心盒制芯工艺：(a)芯盒温度：砂芯的硬化温度取决于所选的树脂和固化剂，同时也与砂芯的大小和形状有关一般芯盒温度控制在200〜260C温度低硬化慢，温度过高又会造成砂芯表面焦化小砂芯芯盒温度可取200〜220C,较大砂芯芯盒温度可取220〜250C温度的选择恰当与否可通过砂芯表面颜色及出芯时的结壳厚度来判断b)射砂时间：一般为0.5〜1sc)硬化时间：硬化时间主要取决于砂芯的截面大小，小砂芯一般在30s内，中等砂芯在60s左右，截面厚至50mm的大砂芯也不应超过120s由于砂芯被顶出芯盒后可利用余热继续固化，，因此硬化时间可控制在砂芯可完整顶出不变形，冷却后内部无未硬化的芯砂即可。

一般经验控制砂芯硬化厚度达砂芯厚度的一半既可出芯，但是有的厚大砂芯需要硬化厚度达到其尺寸的70%当砂芯硬化不佳时可适当延长硬化时间而不是提高芯盒温度d)射砂压力：射砂压力0.3〜0.6Mpa，树脂砂流动性好可选用较低的射砂压力，反之则应选用较高的射砂压力，以保证砂芯的紧实度和强度射砂压力越高，射头及芯盒的磨损也随之加剧e)砂芯存放期：热芯盒砂芯易受潮，制好的砂芯不宜久放，最好不要超过15天热芯的优点：热芯盒砂芯制备简单、硬化快、生产效率高、常温强度高、浇注后溃散性好，同时由于生产的砂芯是在芯盒中硬化成形的，能保持从芯盒中取出时的形态，故能保持较高的尺寸精度热芯的缺点：砂芯厚度受限制，特别是截面尺寸有突变时，易出现某些截面硬化过度，而另一些截面硬化不足的现象，因而砂芯破损率大因为芯盒需加热到一定的温度，所以制作芯盒的材质最好要选取耐热不易变形的模具钢，制作工艺相对较复杂另外，与冷芯盒相比能耗较大2.3.2 壳芯：壳芯是由覆膜砂通过壳芯机射入加热的芯盒中制作。