铝合金重力铸造综述

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1、铝合金重力铸造综述目录铝合金重力铸造综述1. 概述： 42. 铝合金铸件金属型重力铸造工艺技术 52.1 铝合金铸件金属型铸造工艺设计52.1.1 铸件浇注位置 52.1.2 浇冒系统 52.1.3 砂芯的定位方式 62.1.4 模具工作温度 62.1.5 模具的结构设计 62.1.6 铝合金浇注温度、浇注速度 62.2 铝合金金属型设计及材料72.2.1 金属型设计及制造 72.2.2 金属型材料 72.3 铝合金重力铸造制芯工艺 72.3.1 热芯 82.3.2 壳芯 82.3.3 冷芯 93. 铝合金铸造工艺性能 103.1 流动性103.2 收缩性 103.2.1 体收缩 113.2.

2、2 线收缩 113.3 热裂性 113.4 气密性 123.5 铸造应力 123.5.1 热应力 123.5.2 相变应力 123.5.3 收缩应力 123.6 吸气性 124. 金属型重力铸造的优缺点 134.1 优点 134.2 缺点 135. 金属型铸件常见缺陷及预防 135.1 针孔 135.2 气孔 145.3 氧化夹渣 145.4 热裂145.5 疏松 146. 铝合金金属型铸造设备及自动化 156.1 金属型铸造设备 156.2 金属型铸造自动化生产线 156.3 主要重力铸造设备介绍 156.3.1 J34-6 水平重力铸造机 156.3.2 倾转式重力铸造机166.3.3 L

3、oramendi 制芯机 16 197. 铝合金铸件典型工艺介绍 197.1 铝合金薄壁件 197.1.1 复杂铝合金薄壁件的基本概念及特征 1 97.1.2 有色合金复杂薄壁件成型的基本要求207.2 TA1 铝缸盖铸造工艺探讨2 1参考文献 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

4、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

5、 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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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。2.1.4 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

12、。 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。2.1.5 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

13、却 装置， 避免烘烤模具或浇注过程中油缸过热而损坏。2.1.6 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

14、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 铝合 金金 属型 设计及 材料2.2.1 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

15、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。2.2.2 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3000060000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200260 C。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2