大型薄壁件摇枕铸件开发及工艺优化
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摘 要：通过某型摇枕的试制，分析了砂型重力铸造中大型薄壁件产品产生缩松、裂纹、冷隔等缺陷的原因，针对平均壁厚为8mm而壁厚差较大的大型铸件，在铸造工艺上促使铸件顺序凝固，采用多浇道，高温快速充型的方式，保证铸件浇注质量，提高铸件品质。
关键词：低压铸造;大型薄壁;壁厚不均;缩松
一、产品介绍
我公司采用低压铸造方法生产一种大型铝合金铸件，该铸件材质为AlSi7Mg，合金成分见下表。该铸件轮廓尺寸1579mm×525mm×252mm，总体重量为47kg。最薄壁厚8mm，最厚壁厚60mm，壁厚不一，存在多处热节。且铸件造型复杂，四周相较于产品表面呈凹字型，最深空腔深200mm。结构图件图1。
二、铸造工艺设计
考虑到产品的结构尺寸及外观轮廓，采用平做平浇的方式进行生产。上、下分型，外轮廓采用泥芯拼接成型。
（一）浇注系统设计
铸件属于大型薄壁件，热节分散，长度较长。采用多浇道，大流量的浇注方式。铸件设置7个内浇道，1个直浇道，直浇道贯穿铸件首尾，形成有温度梯度的温度场。为了保证产品内部质量，壁厚较厚的位置采用激冷措施，放置冷铁，浇注前涂刷激冷涂料。工艺结构图如图2所示。
铸型上下分析，因外部轮廓采用泥芯拼接而成，因此在设计时需充分考虑泥芯定位的问题，为了防止泥芯偏离，芯头间隙取0.5mm，泥头定位采用多点定位的方式，加大芯头定位深度。
（二）制芯与造型
根据产品结构特征，各不易脱模的位置需制作成泥芯进行拼接，为了满足产品的重量要求，产品轮廓面优选不放置拔模斜度，为了满足该要求，制作泥芯的芯盒采用活块组装而成。对于深度较深的泥芯，为了方便后续清砂和避免夹砂，采用铬铁矿砂进行造型，其余采用碱酚醛树脂砂进行造型。因泥芯较大，泥芯壁厚不足50mm，需在制作泥芯时放置芯骨，放置泥芯断裂。泥芯分布如图3所示。
产品结构呈羊角型，为了防止产品变形，在开口处设置防变形拉筋，拉筋厚度为30mm，热处理完后去除。如图4所示。
（三）合箱
因铸件壁厚较薄，易因偏芯、错箱等缺陷报废，合箱时需严格控制质量。先下浇道处泥芯，下芯前，浇口处放置过滤网。再下外轮廓的泥芯，泥芯与泥芯之间的结合处采用涂料泥进行填补。下芯时着重注意壁厚，检查泥芯定位及型腔内的散砂，保证合箱后分型面密合和上下箱位置正确。
（四）凝固模拟
采用华铸CAE软件对该工艺方案进行模拟，模拟结果见图5。
浇注温度为737℃，浇注及凝固时间2465s，因此，为了避免铸件出现应力裂纹，浇注完后7h后进行开箱处理。
三、铸件缺陷分析
采用上述铸造工艺，进行了样件试制，经开箱，脱模、落砂后，发现样件存在裂纹及缩松缺陷。
（一）裂纹缺陷
铸件中间2处浇道对应上方出现一处明显裂纹，裂纹呈断口比较整齐，深度约合1～2mm，长度在8mm左右，表面有金属液二次覆盖的迹象，判断是由于充型压力不够或二次加压造成产品出现冷隔，但没有完全覆盖造成裂纹缺陷。（图6）
通过分析，该铸件在浇注时，压力曲线在5s钟左右的时间出现了一个明显的下滑迹象后又再次升压。当出现二次增压时，因铸件壁厚较薄，先进入的铝液会有一个短暂的凝固过程，后进入的铝液在增大压力时，会有一个喷射过程，无法完全融入，造成裂纹缺陷。
（二）缩松缺陷
铸件圆台处出现一处缩松缺陷，该处位置壁厚为40mm，四周壁厚为8～15mm，属于明显的单独热节，最后凝固位置没有铝液补缩造成缩松缺陷。（图7）
四、改进措施
（一）改善铝液质量
严选原材料，选择干净无杂质的回炉料。控制回炉料与新料的比例，控制熔炼及转水的时间，缩短熔炼时间。将精炼时间由原来的20min提高到25min。
（二）改善压铸环境
开工前对低压铸造机各进出气阀门进行检查，保证产品在升液过程中压力温度，进一步提升产品在浇注过程中充型的平穩性。
（三）改善工艺方案
对于单独热节处放置冷铁，修改内浇口大小，保证铝液充型的前提下降低浇口截面积。
（四）提升充型压力
采用快、慢、快、慢的充型方式。升液管阶段快速充满升液管，直浇道和横浇道部位慢速充型，放置铝液喷射产生二次氧化，产品前部快速充型，保证产品完整性，最后阶段慢速充型，给气体排出预留时间。
五、结语
大型薄壁件的浇注工艺主要需考虑产品的充型完好性，其次辅以局部冷却措施解决热节处缩松问题。通过适当提升铝液质量，浇注温度，提升浇注速度，充型压力和延长冷却时间，最终得到满足要求的大型薄壁铸件。
参考文献：
[1]姜喜涛.低压铸造铝合金进气歧管工艺及模具设计[J].特种铸造及有色合金，2013，33（9）：820-823.
[2]白清华.低压铸造大型壁厚不均铸件缩松的解决.特种铸造及有色合金，2008年年会专刊.
[3]李弘英，赵成志.铸造工艺设计[M].北京.
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