專(zhuān)利名稱(chēng)：大型復(fù)雜薄壁鋁合金艙體構(gòu)件整體精密鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造技術(shù)，具體說(shuō)是涉及大型復(fù)雜薄壁鋁合金艙體構(gòu)件整體精密鑄造方法。
背景技術(shù)：
大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件采用鑄造方法整體成形的優(yōu)越性是任何其它加工方法不可比擬的，但是其生產(chǎn)狀況是，產(chǎn)品的強(qiáng)度基本達(dá)到要求，問(wèn)題主要出在內(nèi)部質(zhì)量上鋁合金容易出現(xiàn)氣孔、縮松，使得打壓時(shí)發(fā)生滲漏；鑄件一次合格率較低，造成生產(chǎn)力低下和高成本。 因此開(kāi)發(fā)大型復(fù)雜薄壁鋁合金構(gòu)件整體精密鑄造技術(shù)成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種大型復(fù)雜薄壁鋁合金艙體構(gòu)件整體精密鑄造方法，該方法是將在鑄造生產(chǎn)中廣泛使用的比較成熟的擠壓鑄造(半固態(tài)鑄造)技術(shù)與差壓鑄造技術(shù)有機(jī)地結(jié)合為一體，其原理是金屬液在差壓 (0. 2-1. OMpa)狀態(tài)下，以較大流量平穩(wěn)地精確充填壓鑄型腔，充型過(guò)程可控且平穩(wěn)；鑄件的凝固過(guò)程一直在高壓(2-6Mpa)作用下進(jìn)行，可消除針孔、顯微縮松和裂紋等缺陷，顯著提高鑄件的力學(xué)性能及表面質(zhì)量。具體說(shuō)本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明的方法所述方法是通過(guò)將擠壓鑄造技術(shù)與差壓鑄造技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括下述步驟
a、金屬液在差壓0.2-1. 0 Mpa狀態(tài)下充型，鑄件的凝固保持在2_6Mpa的壓力條件下進(jìn)
行；
b、金屬液的充填采用底注形式，橫澆道連接的是一個(gè)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道，而環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道上部直接與環(huán)形型腔連接；澆注時(shí)，金屬液通過(guò)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道直接進(jìn)入環(huán)形型腔后，自下而上進(jìn)行充填，并吸取縫隙式澆注系統(tǒng)橫向補(bǔ)縮的優(yōu)點(diǎn)在鑄件相應(yīng)部位設(shè)置工藝筋并配合使用冷鐵，實(shí)現(xiàn)鑄件平穩(wěn)逐層充型和順序凝固；
C、鑄型砂箱設(shè)計(jì)為若干節(jié)，另有一節(jié)頂蓋，一個(gè)鑄鐵造型平臺(tái)，一個(gè)鑄鐵底箱用于制造澆注系統(tǒng)鑄型；且將每節(jié)砂箱上下表面均加工成平面，以減少合型時(shí)各節(jié)鑄型之間的縫隙； 每節(jié)砂箱均有定位銷(xiāo)孔，鑄型裝配時(shí)，采用一根長(zhǎng)的定位銷(xiāo)自上而下插在多節(jié)砂箱的定位銷(xiāo)孔中，以保證砂箱之間的裝配與定位精度；最底部砂箱與底箱之間的裝配面均加工有定位子口以保證裝配定位；
d、鑄型模樣相應(yīng)分為若干節(jié)，每節(jié)模樣的高度與相應(yīng)的砂箱高度相同，模樣之間采用定位子口定位；造型時(shí)，砂箱和模樣均靠底部定位子口在造型平臺(tái)定位，以保證模樣與砂箱之間的相對(duì)位置；模樣外表面加工時(shí)，將各節(jié)模樣毛坯組裝在一起，進(jìn)行整體加工，保證模樣的尺寸精度和表面質(zhì)量；
e、芯盒分為4節(jié)，每節(jié)芯盒均采用對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)，各節(jié)芯盒之間靠定位子口進(jìn)行定位，在徑
3向位置則靠定位銷(xiāo)保證；制備砂芯時(shí)，芯盒與鑄鐵底箱之間靠定位子口進(jìn)行定位；為了制芯后打開(kāi)芯盒方便，各加強(qiáng)筋模樣以及各突臺(tái)模樣與芯盒內(nèi)表面之間采用活動(dòng)鑲嵌方式裝配；
本發(fā)明中所述砂芯采用SiC砂制備而成；選用呋喃樹(shù)脂砂改性的聚氨酯砂做為大型鋁合金薄壁鑄件用優(yōu)化改性樹(shù)脂砂；通過(guò)調(diào)整呋喃樹(shù)脂砂與聚氨酯砂的比例，可以控制改性樹(shù)脂砂具有不同的性能。本發(fā)明中所述砂芯采用中空砂芯技術(shù)制造制芯前，首先制造若干個(gè)環(huán)形樹(shù)脂砂芯；制芯時(shí)，將環(huán)形樹(shù)脂砂芯放在芯盒中心，然后向環(huán)形樹(shù)脂砂芯與芯盒之間的空隙充填混制好的芯砂并緊實(shí)；隨著制芯高度的增加，不斷放入預(yù)制的環(huán)形樹(shù)脂砂芯和增高芯盒直至制芯完畢；芯砂固化后，自上而下打開(kāi)芯盒，固化的樹(shù)脂砂將預(yù)制的環(huán)形樹(shù)脂砂芯包在其中，形成了一個(gè)具有高強(qiáng)度的整體砂芯。本發(fā)明中采用鋯英粉涂料做整體砂芯涂料；涂料刷完后點(diǎn)燃進(jìn)行干燥，用8#砂紙打磨涂料表層，直至接近砂粒處，保證整體砂芯表層的砂粒間隙填滿涂料而又不會(huì)磨掉砂粒；采用梯度性能分布的整體砂芯技術(shù)。本發(fā)明的有益效果如下
1、底箱澆注系統(tǒng)部分鑄型采用呋喃樹(shù)脂砂制造，鑄型高溫強(qiáng)度高；
2、底部三層鑄型以及相應(yīng)高度的砂芯采用改性聚氨酯砂制造，整體砂芯(鑄型)具有較高的高溫強(qiáng)度和潰散性；
3、上部四層鑄型以及相應(yīng)高度的砂芯采用聚氨酯砂制造，保證整體砂芯(鑄型)具有良好的潰散性。4、制造大型薄壁鋁、鎂合金優(yōu)質(zhì)鑄件的整體精密鑄造方法適用于具有各種尺寸結(jié)構(gòu)的薄壁鋁、鎂合金構(gòu)件。5、采用本發(fā)明制造的各種尺寸結(jié)構(gòu)的薄壁鋁、鎂合金鑄件，其尺寸精度可達(dá) CT3-CT4，鑄件非加工表面粗糙度Ra < 6. 3 μ m，鑄件內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到一級(jí)優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件標(biāo)準(zhǔn)，具有高的氣密性。


附圖為改性樹(shù)脂砂混砂工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述
本發(fā)明的方法所述方法是通過(guò)將擠壓鑄造技術(shù)與差壓鑄造技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括下述步驟
a、金屬液在差壓0.2-1. 0 Mpa狀態(tài)下充型，鑄件的凝固保持在2_6Mpa的壓力條件下進(jìn)
行；
b、利用ViewCast軟件對(duì)大型薄壁鋁合金筒體鑄件差壓鑄造充型及凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬和鑄造工藝設(shè)計(jì)；金屬液的充填采用底注形式，橫澆道連接的是一個(gè)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道，而環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道上部直接與環(huán)形型腔連接；澆注時(shí)，金屬液通過(guò)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道直接進(jìn)入環(huán)形型腔后，自下而上進(jìn)行充填，并吸取縫隙式澆注系統(tǒng)橫向補(bǔ)縮的優(yōu)點(diǎn)在鑄件相應(yīng)部位設(shè)置工藝筋并配合使用冷鐵，實(shí)現(xiàn)鑄件平穩(wěn)逐層充型和順序凝固；這樣通過(guò)控制直澆道、橫澆道及內(nèi)澆道的形狀和尺寸，就可以控制金屬液的充填方式、金屬液的溫度分布以及澆注系統(tǒng)中的金屬液的凝固順序，從而獲得無(wú)內(nèi)部缺陷的優(yōu)質(zhì)鑄件。C、鑄型砂箱設(shè)計(jì)為7節(jié)，另有一節(jié)頂蓋，一個(gè)鑄鐵造型平臺(tái)，一個(gè)鑄鐵底箱用于制造澆注系統(tǒng)鑄型；由于鑄型高度很高，造型后，如何控制砂箱之間以及砂箱與底箱之間的裝配及定位精度，是制造高尺寸精度鑄型的關(guān)鍵。且將每節(jié)砂箱上下表面均加工成平面，以減少合型時(shí)各節(jié)鑄型之間的縫隙；每節(jié)砂箱均有定位銷(xiāo)孔，鑄型裝配時(shí)，采用一根長(zhǎng)的定位銷(xiāo)自上而下插在7節(jié)砂箱的定位銷(xiāo)孔中，以保證7節(jié)砂箱之間的裝配與定位精度；最底部砂箱與底箱之間的裝配面均加工有定位子口以保證裝配定位；
d、鑄型模樣相應(yīng)分為7節(jié)，每節(jié)模樣的高度與相應(yīng)的砂箱高度相同，模樣之間采用定位子口定位；造型時(shí)，砂箱和模樣均靠底部定位子口在造型平臺(tái)定位，以保證模樣與砂箱之間的相對(duì)位置；模樣外表面加工時(shí)，將各節(jié)模樣毛坯組裝在一起，進(jìn)行整體加工，保證模樣的尺寸精度和表面質(zhì)量；
e、芯盒分為4節(jié)，每節(jié)芯盒均采用對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)，各節(jié)芯盒之間靠定位子口進(jìn)行定位，在徑向位置則靠定位銷(xiāo)保證；芯盒內(nèi)表面精確加工，以保證所制造的砂芯表面質(zhì)量和尺寸精度； 制備砂芯時(shí)，芯盒與鑄鐵底箱之間靠定位子口進(jìn)行定位；為了制芯后打開(kāi)芯盒方便，各加強(qiáng)筋模樣以及各突臺(tái)模樣與芯盒內(nèi)表面之間采用活動(dòng)鑲嵌方式裝配；
本發(fā)明中所述砂芯采用SiC砂制備而成；選用呋喃樹(shù)脂砂改性的聚氨酯砂做為大型鋁合金薄壁鑄件用優(yōu)化改性樹(shù)脂砂；通過(guò)調(diào)整呋喃樹(shù)脂砂與聚氨酯砂的比例，可以控制改性樹(shù)脂砂具有不同的性能，以滿足生產(chǎn)需要。本發(fā)明中所述砂芯采用中空砂芯技術(shù)制造制芯前，首先制造若干個(gè)環(huán)形樹(shù)脂砂芯；制芯時(shí)，將環(huán)形樹(shù)脂砂芯放在芯盒中心，然后向環(huán)形樹(shù)脂砂芯與芯盒之間的空隙(45mm 寬)充填混制好的芯砂并緊實(shí)；隨著制芯高度的增加，不斷放入預(yù)制的環(huán)形樹(shù)脂砂芯和增高芯盒直至制芯完畢；芯砂固化后，自上而下打開(kāi)芯盒，固化的樹(shù)脂砂將預(yù)制的環(huán)形樹(shù)脂砂芯包在其中，形成了一個(gè)具有高強(qiáng)度的整體砂芯；采用鋯英粉涂料做整體砂芯(鑄型)涂料；由于砂芯表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用噴涂時(shí)，容易造成局部涂料堆積，影響砂芯的尺寸精度，因此均采用手工刷涂料，涂料刷完后點(diǎn)燃進(jìn)行干燥，用8#砂紙打磨涂料表層，直至接近砂粒處，保證整體砂芯(鑄型)表層的砂粒間隙填滿涂料而又不會(huì)磨掉砂粒。一方面消除刷痕，提高鑄件表面光潔度，另一方面可以保證整體砂芯(鑄型)的尺寸精度符合設(shè)計(jì)要求；采用梯度性能分布的整體砂芯(鑄型)技術(shù)。采用梯度性能分布整體砂芯(鑄型)技術(shù)，可以滿足金屬液對(duì)整體砂芯(鑄型)不同部位的高溫強(qiáng)度及潰散性的不同要求。采用本發(fā)明的方法制造出的大型鋁合金復(fù)雜薄壁艙體鑄件具體技術(shù)數(shù)據(jù)如下 1.大型鋁合金(A357)復(fù)雜薄壁艙體鑄件
艙體尺寸為F500-600mm，高為1200-1500mm，壁厚為4_5mm。鑄件尺寸精度可達(dá) CT3-CT4，鑄件非加工表面粗糙度Ra < 6. 3 μ m，鑄件內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到一級(jí)優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件標(biāo)準(zhǔn)，合金力學(xué)性能(鑄件切取試樣，T6) Ob^ 340Mpa, δ彡5%。2.大型鋁合金(ZL114、ZL115)復(fù)雜薄壁艙體鑄件
艙體尺寸為F800-1000mm，高為1500-2000mm，厚度5_8mm。鑄件尺寸精度可達(dá)CT3-CT4，鑄件非加工表面粗糙度RaS 6. 3μπι，鑄件內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到一級(jí)優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件標(biāo)準(zhǔn)，合金力學(xué)性能(鑄件切取試樣，T6) Ob^ 340Mpa, δ彡5%。
權(quán)利要求
1.一種大型復(fù)雜薄壁鋁合金艙體構(gòu)件整體精密鑄造方法，其特征在于所述方法是通過(guò)將擠壓鑄造技術(shù)與差壓鑄造技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括下述步驟a、金屬液在差壓0.2-1.0 Mpa狀態(tài)下充型，鑄件的凝固保持在2-6Mpa的壓力條件下進(jìn)行；b、金屬液的充填采用底注形式，橫澆道連接的是一個(gè)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道，而環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道上部直接與環(huán)形型腔連接；澆注時(shí)，金屬液通過(guò)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道直接進(jìn)入環(huán)形型腔后，自下而上進(jìn)行充填，并吸取縫隙式澆注系統(tǒng)橫向補(bǔ)縮的優(yōu)點(diǎn)在鑄件相應(yīng)部位設(shè)置工藝筋并配合使用冷鐵，實(shí)現(xiàn)鑄件平穩(wěn)逐層充型和順序凝固；C、鑄型砂箱設(shè)計(jì)為若干節(jié)，另有一節(jié)頂蓋，一個(gè)鑄鐵造型平臺(tái)，一個(gè)鑄鐵底箱用于制造澆注系統(tǒng)鑄型；且將每節(jié)砂箱上下表面均加工成平面，以減少合型時(shí)各節(jié)鑄型之間的縫隙； 每節(jié)砂箱均有定位銷(xiāo)孔，鑄型裝配時(shí)，采用一根長(zhǎng)的定位銷(xiāo)自上而下插在多節(jié)砂箱的定位銷(xiāo)孔中，以保證砂箱之間的裝配與定位精度；最底部砂箱與底箱之間的裝配面均加工有定位子口以保證裝配定位；d、鑄型模樣相應(yīng)分為若干節(jié)，每節(jié)模樣的高度與相應(yīng)的砂箱高度相同，模樣之間采用定位子口定位；造型時(shí)，砂箱和模樣均靠底部定位子口在造型平臺(tái)定位，以保證模樣與砂箱之間的相對(duì)位置；模樣外表面加工時(shí)，將各節(jié)模樣毛坯組裝在一起，進(jìn)行整體加工，保證模樣的尺寸精度和表面質(zhì)量；e、芯盒分為4節(jié)，每節(jié)芯盒均采用對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)，各節(jié)芯盒之間靠定位子口進(jìn)行定位，在徑向位置則靠定位銷(xiāo)保證；制備砂芯時(shí)，芯盒與鑄鐵底箱之間靠定位子口進(jìn)行定位；為了制芯后打開(kāi)芯盒方便，各加強(qiáng)筋模樣以及各突臺(tái)模樣與芯盒內(nèi)表面之間采用活動(dòng)鑲嵌方式裝配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述砂芯采用SiC砂制備而成；選用呋喃樹(shù)脂砂改性的聚氨酯砂做為大型鋁合金薄壁鑄件用優(yōu)化改性樹(shù)脂砂；通過(guò)調(diào)整呋喃樹(shù)脂砂與聚氨酯砂的比例，可以控制改性樹(shù)脂砂具有不同的性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述砂芯采用中空砂芯技術(shù)制造制芯前，首先制造若干個(gè)環(huán)形樹(shù)脂砂芯；制芯時(shí)，將環(huán)形樹(shù)脂砂芯放在芯盒中心，然后向環(huán)形樹(shù)脂砂芯與芯盒之間的空隙充填混制好的芯砂并緊實(shí)；隨著制芯高度的增加，不斷放入預(yù)制的環(huán)形樹(shù)脂砂芯和增高芯盒直至制芯完畢；芯砂固化后，自上而下打開(kāi)芯盒，固化的樹(shù)脂砂將預(yù)制的環(huán)形樹(shù)脂砂芯包在其中，形成了一個(gè)具有高強(qiáng)度的整體砂芯；采用鋯英粉涂料做整體砂芯涂料；涂料刷完后點(diǎn)燃進(jìn)行干燥，用8#砂紙打磨涂料表層，直至接近砂粒處，保證整體砂芯表層的砂粒間隙填滿涂料而又不會(huì)磨掉砂粒。
全文摘要
一種大型復(fù)雜薄壁鋁合金艙體構(gòu)件整體精密鑄造方法，其特征在于所述方法是通過(guò)將擠壓鑄造技術(shù)與差壓鑄造技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括下述步驟a、金屬液在差壓0.2-1.0Mpa狀態(tài)下充型，鑄件的凝固保持在2-6Mpa的壓力條件下進(jìn)行；b、金屬液的充填采用底注形式，橫澆道連接的是一個(gè)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道，而環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道上部直接與環(huán)形型腔連接；澆注時(shí)，金屬液通過(guò)環(huán)形縫隙式內(nèi)澆道直接進(jìn)入環(huán)形型腔后，自下而上進(jìn)行充填，并吸取縫隙式澆注系統(tǒng)橫向補(bǔ)縮的優(yōu)點(diǎn)在鑄件相應(yīng)部位設(shè)置工藝筋并配合使用冷鐵，實(shí)現(xiàn)鑄件平穩(wěn)逐層充型和順序凝固。
文檔編號(hào)B22C9/10GK102166639SQ20111007398
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月26日
發(fā)明者南紅艷, 歷長(zhǎng)云, 王有超, 王海燕, 王狂飛, 米國(guó)發(fā) 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)