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鋁鑄件鑄造方法選擇的原則及頂注工藝
異形鋁鑄件，其工藝個性較強(qiáng)，需根據(jù)其形狀結(jié)構(gòu)及使用要求來進(jìn)行工藝設(shè)計。由于形狀較為復(fù)雜，異形鋁鑄件在進(jìn)行工藝設(shè)計時，一是要確定鑄件的澆注位置，考慮如何起模、泥芯如何設(shè)置；二是要觀察鑄件的補(bǔ)縮通道是否足夠、冒口大小及位置是否合適；三是確定澆注系統(tǒng)的設(shè)置，要使鋁液能較平穩(wěn)地充型，又要有較快的充型速度以使較薄且方向急拐的隔板能夠澆到，還要使直澆道中不帶入裹攜性氣孔；四是要確保鑄件壁厚尺寸和預(yù)防變形。
鋁鑄件的重量和尺寸范圍都很寬，重量 輕的只有幾克， 重的可達(dá)到400噸，壁厚 薄的只有0.5毫米， 厚可超過1米，長度可由幾毫米到十幾米，可滿足不同工業(yè)部門的使用要求。一般對鋁鑄件的外觀質(zhì)量，可用比較樣塊來判斷鋁鑄件表面粗糙度；表面的細(xì)微裂紋可用著色法、磁粉法檢查。對鋁鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，可用音頻、超聲、渦流、X射線和γ射線等方法來檢查和判斷。
鋁鑄件質(zhì)量對機(jī)械產(chǎn)品的性能有很大影響。例如，機(jī)床鋁鑄件的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，直接影響機(jī)床的精度保持壽命；各類泵的葉輪、殼體以及液壓件內(nèi)腔的尺寸、型線的準(zhǔn)確性和表面粗糙度，直接影響泵和液壓系統(tǒng)的工作效率，能量消耗和氣蝕的發(fā)展等；內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋、缸套、活塞環(huán)、排氣管等鋁鑄件的強(qiáng)度和耐激冷激熱性，直接影響發(fā)動機(jī)的工作壽命。
鋁鑄件鑄造方法選擇的原則：鋁鑄件優(yōu)先采用砂型鑄造,主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短。當(dāng)濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。鋁鑄件鑄造方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng),低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法，因設(shè)備和模具的價格昂貴，所以只適合批量生產(chǎn)，鋁鑄件可以單件鑄造也可批量生產(chǎn)。
大型異形鋁鑄件通常采用砂型鑄造工藝方法，在有特殊要求時，有時也采用半金屬型鑄造工藝方法，這時澆注系統(tǒng)的設(shè)置會受到限制，有時還容易出現(xiàn)鋁液紊流現(xiàn)象，這需要采取其他方法加以補(bǔ)救。對于厚壁鑄件，在工藝確定后，采用計算機(jī)凝固模擬分析對工藝設(shè)計加以驗(yàn)證及優(yōu)化。由此可見，對于大型異形鋁鑄件，難以找到穩(wěn)定的工藝模式來進(jìn)行快捷的鑄造工藝設(shè)計。我們以大型異形鋁鑄件—管體、輪毅、支腿墊塊、螺旋槳等典型產(chǎn)品的鑄造工藝在此作介紹。
該類鑄件一般采用砂型鑄造。鑄件高度一般高于1m，體身分段間隔開孔，而兩端面難以設(shè)置泥芯芯頭。此類鑄件在工藝設(shè)計時要注意以下因素：一是由于管體兩端面難以設(shè)置芯頭，故一般采用砂型鑄造立澆工藝，壁厚較厚的一端朝上，以便于冒口補(bǔ)縮。二是由于無法在底部設(shè)置芯頭，可在管體側(cè)面做出間隔的懸臂芯頭，對分段泥芯進(jìn)行定位和支撐。三是該鑄件宜采用底注，使鋁液平穩(wěn)上升，切忌頂注，以防鋁水充型產(chǎn)生飛濺。四是外模在中段分模及分型，一方面便于分段下芯，另一方面在造型中可檢查型腔壁厚。此外，若管體壁厚過薄，導(dǎo)致補(bǔ)縮通道過窄時，還可在分型面處設(shè)置補(bǔ)縮包進(jìn)行分段補(bǔ)縮。
用于測量裝置上的量規(guī)管體，材質(zhì)為ZL104，該鑄件高為1260mm，筒體長為890mm，筒體壁厚為40mm。考慮到花頭上4格花瓣上孔外壁厚為60~100mm，故在砂型鑄造立澆工藝中，把花頭放在上端，在其上設(shè)置4個冒口。由于花頭壁厚較大，補(bǔ)縮通道沒有問題，故只需觀察下端的筒體，其高度/壁厚=21.8,補(bǔ)縮通道尚可，不需進(jìn)行分段補(bǔ)縮。鑄件兩端面均為十字筋結(jié)構(gòu)，不能設(shè)置芯頭?，F(xiàn)將主體泥芯分為3段，且每段均在側(cè)面做出懸臂芯頭。用一組直澆道進(jìn)行底注，并在筒體上分型面處接入，以改善鑄件的溫度梯度和鋁液的流程，干型干芯。該產(chǎn)品毛坯質(zhì)量為350kg，工藝出品率為72%。
該類鑄件一般采用砂型鑄造。輪毅形狀像一個底部凸起，帶有隔板的分格果盤。此類鑄件在工藝設(shè)計時要注意以下因素：一是大平面容易產(chǎn)生氧化夾雜及氣孔，應(yīng)采用底注方式，使鋁液盡可能地平穩(wěn)充型。二是鋁鑄件澆注時，過粗的(大于φ30mm)直澆道極易產(chǎn)生裹攜性氣孔，故對于大型鋁鑄件可采用一組或兩組直澆道進(jìn)行澆注，每組直澆道由幾根較細(xì)的直澆道組成。三是由于鑄件上隔板較多且薄，澆注系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)盡量保證隔板的充型。四是如果鑄件壁厚較厚，采用計算機(jī)凝固模擬技術(shù)，對冒口及冷鐵的設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
用于大型特種風(fēng)機(jī)的輪毅，材質(zhì)為ZL104，該鑄件外徑為φ1676mm，高度為320mm，盤底凸起平面厚度為30mm，外圓壁厚為63mm,隔板壁厚為20mm，盤內(nèi)等分為13格空腔，中間部位鑲鑄鑄
鐵軸套。采用盤底朝上的砂型鑄造底注工藝，每格空腔都由1個泥芯形成(包括隔板圓孔和盤底圓孔)。澆注系統(tǒng)采用底注形式，且沿圓周均勻分布，以使鋁液能平穩(wěn)均衡地上升，盡量減少氧化夾雜，并較快地充滿隔板。
由于外圓周壁厚達(dá)63mm，因此是厚壁鋁鑄件。在鑄件外圓頂部圓周上，均勻地設(shè)置8個腰圓冒口，經(jīng)計算機(jī)凝固模擬分析，可以不設(shè)置冷鐵。需鑲鑄的鑄鐵軸套要烘干后下入型腔，軸套工作溫度為90℃-120℃，鋁液澆入型腔后將軸套鑲鑄，干型干芯。該產(chǎn)品毛坯質(zhì)量為510kg，工藝出品率為78%。
該類鑄件一般要承受很大的載荷，且質(zhì)量不能太大以便搬運(yùn)，故產(chǎn)品一般要求采用金屬型鑄造工藝，但在實(shí)際生產(chǎn)中，澆、冒系統(tǒng)仍在砂型中形成。由于澆、冒系統(tǒng)一般設(shè)置在鑄件上方面墊塊類鑄件由于要承受載荷，內(nèi)部有較多的隔板，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這樣金屬液在頂注的情況下，型腔內(nèi)會產(chǎn)生嚴(yán)重的紊流現(xiàn)象，氧化夾雜較為嚴(yán)重。該類鑄件在工藝設(shè)計中要注意以下因素：一是鑄件上平面要留有較大的加工余量以便盡可能去除浮在頂部的氧化夾雜。二是對于隔板較多的大型鋁鑄件，要避免產(chǎn)生澆不足缺陷，鑄件本身的排氣是十分重要的。三是在采用金屬型鑄造頂注工藝時，在不便于設(shè)置足夠冒口的情況下，可以在關(guān)鍵部位設(shè)置漏斗形澆道，隨著澆道中液面不斷下陷，進(jìn)行多次補(bǔ)澆以達(dá)到充分補(bǔ)縮的效果。
用于鐵路起重機(jī)的支腿墊塊，材質(zhì)為ZL104。該鑄件大端外徑為φ850mm，小端外徑為φ540mm，高度為208mm，小端平面厚度為15mm,隔板壁厚為12mm。在剛開始試生產(chǎn)時，按照通常情況，采用砂型鑄造工藝，大端朝下，外層泥芯形成16個扇形空腔，內(nèi)層泥芯形成含十字筋板的圓柱形空腔。小端上設(shè)置腰圓冒口3個。一組直澆道澆注，濕型干芯，產(chǎn)品首制成功，無鑄造缺陷。該產(chǎn)品毛坯質(zhì)量為87kg，工藝出品率為73%。
鋁鑄件澆注時，過粗的直澆道極易產(chǎn)生裹攜性氣孔，故對于大型鋁鑄件可采用一組或兩組直澆道進(jìn)行澆注，每組直澆道由幾根較細(xì)的直澆道組成。
對于隔板較多的大型鋁鑄件，要避免產(chǎn)生澆不足缺陷，鑄件本身的排氣也是十分重要的。
在采用半金屬型鑄造頂注工藝時，在不便于設(shè)置足夠冒口的情況下，可以在關(guān)鍵部位設(shè)置漏斗形澆道，隨著澆道液面不斷下陷，進(jìn)行多次補(bǔ)澆，以達(dá)到充分補(bǔ)縮的效果。
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