薄壁铝合金铸件铸造工艺设计及优化

赵磊 李金津

四川九洲电器集团有限责任公司 四川绵阳 621000

薄壁铝合金外壳铸件在实际生产当中往往会存在缩孔、缩松和夹杂等缺陷，不能够满足所需要的压力渗透要求。所以要对铸件进行金属型铸造工艺设计，并且采用相应的工艺手段进行优化，期望制定出较为合理的铸造方案，以改善铸造时铝合金紊流、温度场不均匀和防止缩孔、缩松等严重的缺陷，提高铸件的综合性能，从而提高装备的安全性和可靠性。铸件选用的铸造材料为ZL101A，产品最大外形尺寸长600mm，宽548mm，高201mm，而整体壁厚只有5mm，重量为5.6Kg，这是中型薄壁类铝合金铸件，铸件要求质地均匀，毛坯面要无孔洞、裂痕等缺陷，这样才能够使加工后的设备整体结构不变形。

1 铸造工艺存在的问题

金属型铸造又称硬模铸造或永久性铸件，这种工艺是将熔化好的铝合金浇入金属制作的模具中在重力或加压状态下凝固获得铸件的方法，铝合金金属型铸造大多数采用的是金属芯，也可以采用砂芯和革新的方法来铸造。在实际的铸造过程当中，由于金属型铸造它本身存在缺陷，需要采取工艺措施进行优化。金属铸型导热系数大、充型能力差以及金属本身是无透气性的，所以必须要采用相应的措施才能够有效的排气，而且金属型的铸型它是无退让性，铝合金在凝固时有产生裂痕和变形的风险，这些问题无疑给工艺和技术带来了新的挑战。就拿排气、排渣性能来说，许多铝合金铸件在凝固后，毛坯零件的表面容易形成大量的渣气孔，而且偶尔我们会发现有单个孔径超过10mm的空洞。铝合金铸件在其形成的过程当中是熔融金属和金属铸型相互作用的一个过程，当将大量的高温铝合金液注入铸型后，铝合金液与铸型之间发生激烈的热交换，金属铸型比砂模铸型具备更优良的激冷效果，可以获得更致密的铸造表面，但也容易造成过快凝固，内部气体不能有效排除，为了能够获得优质的铝合金铸件就必须要严格的去设计和控制铸造工艺[1]。

2 薄壁铝合金铸件铸造工艺设计

2.1 改善浇注系统

铝合金铸件在实际生产过程当中，压力渗透试验中废品率较高，报废的原因主要是内部缩孔、缩松和氧化夹渣，造成铸件不够致密，所以根据铸件的结构特征和生产批量要求，制定了采用金属型的铸造方案，内部型芯采用树脂砂芯。为了改善铸件温度分布，提高排气效率，零件采用侧注式浇注系统，直浇道倾斜30°布置，整个浇注过程30S完成，冒口设计在顶端，浇注前把模具烘烤至170℃。这样设计出来的浇注系统，能够有效避免缩孔、缩松、氧化夹渣等情况。

2.2 改善排气系统

薄壁铝合金进行浇注时，由于其壁厚相对均匀，所以有利于铝液充型凝固，建立自上而下由高到低的温度梯度，在浇注过程当中，采用了倾斜式测注系统，铝液从底部进入型腔，型腔中的气体随铝液从浇注系统上升而不断的排出，能够顺利的让铝液充型。实践表明，型腔内设计的排气槽可以达到较好的排气效果，且排气槽越多越有利于型腔排气，排气槽的宽20mm，深为0.5mm，各槽的间隔为20mm，共设计6个排气槽；如果排气不畅的话，就会导致型腔当中的气体不能随铝液上升至液面，而是被挤压到铸件的内部以及内表面形成气孔。

2.3 增加拉筋工艺

由于金属的协调度小，而造成的铸件表面拉伤的痕迹，严重的时候就会成为拉伤面，为了避免薄壁铝合金铸件产生变形和拉伤裂纹，增加拉筋工艺。，首先是分析零件各部位尺寸、壁厚及壁厚的变化，找到应力集中点，设置合适的拉筋，拉筋要小于5mm，以免产生新的应力集中点。还要求研磨模具表面，提高表面光洁度，减少零件拉伤。在使用涂料的时候要使用量薄而均匀的涂料，不能够直接弄干涂料，这样也会减少一定程度上零件拉伤。在实际的浇注过程当中，需要避免局部过热或要减少内应力[2]。

2.4 改进模具

改进模具要从模具的材料和结构选择上来进行改进。首先，对于模具的材料通常应该选择优质模具钢H13或3Cr2W8V，以保持模具的刚度和尺寸精度，外模整体结构应该为六面整体拼接结构，上下底板中间有一根支撑柱连接，前后左右侧板用沉头螺钉，两两固定以保证模具的整体结构性，分型面配备销钉和导向柱，而为了消除铸件四周的平衡，在结构设计上保证足够的工艺圆角。为了保证外模的强度，避免配件变形，要确保整体模具的厚度，在模板背面对模具设计出相应的减重槽进行工艺减重，并且能够平衡模具受热区间。为使配件全部满足要求，要在CNC数控机床上直接用三维造型图进行配件的编程和加工，所有的加工定位螺纹孔由数控机床一次性的加工完成；模具型腔加工粗糙要求达到Ra3.2以上，加工过程中一般得分为粗加工和精加工，粗加工之后必须去除应力热处理，热处理工艺为200±5℃保温时间4个小时，随炉冷却[3]。

3 结语

简而言之，为了优化薄壁铝合金铸件铸造工艺。首先，应该完善浇注系统，根据铸件结构选择适当的工艺，建立平稳浇注系统，有效排渣排气，还要采取工艺措施控制铸件变形收缩，防止开裂。其次，要控制选择模具材料和加工工艺，提高表面光洁度和加工精度，消除内应力。这样可以有效地保持模具的稳定性，提高模具的使用寿命。