金属型铸造铝合金铸件泄漏原因分析及应对措施.pdf

2017年第1期 铸造设备与工艺兰Q12至兰旦里Q型盟望垦!垦Q旦!里丛垦塑!垒堕旦婴g旦型Q垦Q生! 壁坠：兰Q!Z些!·应用研究‘ doi：10．16666／j．cnki．issnl004—6178．2017．01．017金属型铸造铝合金铸件泄漏原因分析及应对措施尹志鹏，。戚力君：(1．慈溪阿尔特新材料有限公司，浙江宁波315300；2．慈溪汇丽机电股份有限公司，浙江宁波315300)摘要：以生产新能源压缩机中间外壳为例，对薄壁、结构复杂的腔体结构铝合金铸件，在金属型铸造生产的铸件在机加工后装机试漏过程中出现的泄漏原因进行分析。找到问题的症结所在并采取相应的应对措施，通过试验改进，最终解决了该铝合金铸件出现的泄漏问题。关键词：金属型铸造；铝合金铸件；泄漏；缩松缺陷；铸造工艺中图分类号：7rG249．3 文献标识码：A 文章编号：1674—6694(2017)01一0055—03Leakage Ca吣e Analysis and Co衄terme嬲ures of Permanent MOld Al删玳蚰C嬲ting删劢i-pP愕1，缪“咖n2(1．∞i A￡rA咖删ed胍蹴蒯c0．，￡m，Mn妒o z研i唰315300，吼iM；2．C涮日u以E如ctr0榭c梳如以cD．，工丁n，M，l和o zMi觎g 315300，吼i加)Abstract：Taking the new energy compressor middle sheU as an example，the leakage reason of the complex thin—waU aluminumaUoy castings pIDduced by the pe瑚anent mold casting occuITed after the leak test process was analyzed．By taking con．espondingmeasures and the test impmvement，the leakage pmblem were solved．Key Words：metal casting，aluminum alloy casting，leakage，shrinkage defect，casting pmcess1金属型铸造铸件的状况1．1铸件结构特点铸件为有内腔结构的复杂薄壁有筋壳体铝合金铸件，铸件四角为部件装配部位，安装孔位多，为铸件的肥厚大部位，平均壁厚4 mm，铸件尺寸(￡×形×H)：285 mm×210咖×118 mm，铸件产品有气密性要求，机加工后进行氦气加压检测，不得有泄漏。铸件的形状结构见图1．铸件材料为zLl04，由于铸件壁厚过渡悬殊，生产难度大，生产初期铸件废品率高达65％以上，严重影响公司的供货。1．2产生缺陷部位从机加工后铸件试漏的情况来看，泄漏部位为图1中①所指示位置，此处为铸件前端两边角处，因此处有较多的安装孔位，故是整个铸件比较肥厚的部位。图2是图1从A-A处解剖的截面，圆圈处是产生铸造缺陷的部位。收稿日期：2016—10-ll作者简介：尹志鹏(1972一)，男，广西玉林人，高级工程师；主要从事铸造新材料、铸造工艺研发及铸造技术管理工作。。)正面①b)反面a)正面 b)反面图1铸件产品形状结构图图2铸件产品缺陷部位解剖断面图2铸造工艺的分析与确定根据中间外壳铸件薄壁、结构复杂这一结构特点，通过重力铸造和低压铸造方式工艺对比，确定·55·万方数据铸造设备与工艺 2017年第l期此铸件采取金属型低压铸造的方式进行铸件生产。中间外壳铸件所采用的低压铸造工艺流程如图3．图3 中间外壳铸件所采用的低压铸造工艺流程3铸件泄漏原因分析从图2剖面可以看出，铸造缺陷产生在铸件前端安装孑L位肥厚大处铸件热节部位。在生产过程中，铸件浇注凝固时若铸件产品补缩不充分，则极易在此肥厚大处铸件热节部位形成缩松缩孔。此外，铸件内腔砂芯发气量大，挥发出的气体也加大了此厚大部位形成缩松缩孔的倾向，这是铸件机加工后试漏过程中导致产品泄漏的原因所在。要彻底解决铸件肥厚大部位缩松缩孔铸造缺陷，必须从源头上减少砂芯的发气量，减少铸件厚大部位形成缩松缩孑L的倾向，同时改进铸件充型时肥厚大部位的填充及补缩状态，实现从铸件到补缩浇道的顺序凝固。4工艺改进方案4．1砂芯工艺及结构改进针对铸件内腔砂芯用覆膜砂发气量大的情况，对制芯用的砂芯覆膜砂进行了重新选择，采用50目。70目的低发气量易溃散覆膜砂来制作砂芯，避免了铸件成型时砂芯挥发出大量的气体对铸件质量造成的影响，同时对砂芯浸涂易挥发性的涂料，在使用前对砂芯进行烘干，并在砂芯芯头钻咖16 mm砂芯排气孔，方便浇注时砂芯挥发出的气体能从铸件顺畅排出，从源头上减少气体的来源，保证了铸件的质量。其次对砂芯充型有影响的角进行圆角尺35过渡，使铸件在浇注过程中的充型及补缩通道更顺畅，便于实现铸件的顺序凝固。图4为砂芯结构及工艺改进前、后的示意图。4．2金属型铸造工艺改进通过铸造仿真模拟软件对原铸造工艺进行仿真模拟，发现出现铸造缺陷部位由于肥厚，原浇注补缩通道过小，无法实现从铸件到浇注系统的顺序·56·a)改进前砂芯结构刁i总图 I))改进后砂芯结构不憋图图4砂芯结构示意图凝固。故此，在原有的铸造工艺的基础上增大浇道的尺寸，浇道浇口由原西38 mm增大到咖48 mm，并加厚浇道部位涂料厚度，由原来o．2 mm增大到o．35 mH卜0．4 mm来提高浇道的保温性能，使铝合金液在充型后保持补缩通道的流动性，提高浇注系统浇道对铸件肥厚大部位的补缩能力，实现铸件的顺序凝固。4．3浇注工艺改进在保证铸件充型不出现浇不足及冷隔的前提下，将铝合金液的浇注温度由728℃～745℃降到720℃。730℃，提高模具的预热温度，将模具的预热温度由原来的260℃提高到320℃，避免铸件充型后出现急剧降温，同时确保铸件能实现顺序凝固，满足铸件肥厚部位的补缩要求，充型结束后适当增加保压压力及延长保压时间，增加铸件肥厚部位的补缩，避免了铸件在肥厚大部位出现缩孔缩松，从而使铸件的质量得到了有效的保证。5工艺改进结果通过上述一系列改进措施的实施，铸件质量有了明显的提高，铸件毛坯生产过程中对原出现铸造缩松缩孔部位进行了解剖观察及x光探测，均未发现有铸造缺陷。图5a)为铸件工艺及铸件结构优化改进后的解剖截面图，图5b)为铸件解剖截面X光微观探测图。铸件经过小、中批量的多次生产验证，机加工后试漏检验的合格率由原来不足40％提高到95％以上，彻底消除了铸件肥厚部位铸造缺陷，铸件质量的稳定性得到了有效的保证。6结束语金属型铸造模具浇注系统结构及铸件的浇注工艺对铸件质量的影响至关重要，这就要求在铸件产品开发前期对铸件的铸造工艺及模具浇注系统的结构进行必要的铸造仿真模拟(有条件的话)，并茎蛩万方数据2017年第l期 J r志鹏．戚力君：金属型铸造铝合金铸件泄漏原因分析及应对措施铡『造设备与工艺。t)铸件解剖截面罔 11)铸件x光探测罔图5改进工艺后铸件示意图在试制及生产中通过对铸件的结构及铸件的铸造缺陷进行分析，选择合适的浇注系统并保证铸件浇道补缩通道通畅，制定出合理的铸造工艺参数，通过试产及验证，不断改进和完善，这是解决铸件铸造缺陷问题获得高质量铸件行之有效的方法。参考文献：[1]李弘英，赵成志．铸造工艺设计[M]．北京：机械工业出版社，2009．[2]尹志鹏，赵远征，王渤．铝合金缸盖渗漏原因分析及应对措施[J]．特种铸造及有色合金，2014，34(10)：1109一11lO．[3]卢功辉．金属型重力铸造铝合金，油底壳裂纹成因分析及对策[J]．铸造技术，2011(12)：635—637．(上接第46)页铸造方式制造调质球墨铸铁活塞环是完全可能的。2)调质球墨铸铁在切片后、热定型之前的变形量仅0．05 mm，远小于高强度球墨铸铁在等温淬火后的近1 mm的变形量。调质球墨铸铁活塞环的“漏光”单项成品率能在高强度球墨铸铁活塞环的基础上提高约5％，这对提高活塞环全程成品率将十分有利。3)调质球墨铸铁的研制可降低活塞环制造成本，比较高强度球墨铸铁省略一道热处理工序和三道机械加工工序。据实际测算，在满足材料使用性能的前提下，同样生产一道9英寸活塞环，调质球墨铸铁活塞环可节省制造成本6．5％以上。参考文献：[1]厉庭华，吴元正，阚正军．大缸径发动机用球铁活塞环毛坯的离心铸造[J]内燃机车与配件．2014(2)：17—20．[2]张伯明．铸造手册：铸铁[M]．北京：机械工业出版社，2003．[3]张泽磊，杨刚，杨屹．离心铸造研究现状[J]．铸铁技术，2010，33(11)：1517一1521．[4]张伯明．铸造手册：铸铁[M]．北京：机械工业出版社，2003．(上接第48页)厚大断面铸件尤为关键。如果原铁水中硫含量过高，不但会消耗过多的球化剂，并且容易产生球化衰退现象，导致球化不良缺陷的产生。因此采用低硫生铁进行原铁水的熔炼，确保原铁水中S质量分数在0．02％以下。3验证结果通过采取以上措施后，对该系列大断面曲轴进行了生产验证。经过一个季度的验证生产，改进效果十分明显，曲轴表面局部球化不良缺陷得到了有效的解决。截止目前160曲轴共生产856支，未出现球化不良缺陷。效的减少或避免该缺陷的发生。1)通过浇注系统的优化，提高铁液在易出现球化不良缺陷处的流动性，增加铁液的排气能力，降低缺陷出现的概率；2)严格控制涂料及原铁水中硫含量是确保球铁生产的一个重要因素；硫作为最主要的反球化元素是产生球化不良缺陷的主要原因；3)适当提高铁水中的残余镁量，可以提高其衰退能力。参考文献：[1]陈国祯，等编．铸件缺陷和对策手册[M]．北京：机械工业出版社，1996．4结论 [3]球墨铸铁表层球化不良是常见的铸造缺陷，尤 …其是对于厚大断面球墨铸铁。通过以下措施可以有王泽华．球铁铸件表层出现球化石墨衰退的原因及对策[J]．机车车辆工艺，1990(1)：5—7．王利江，顾玉章．球墨铸铁件的表层缺陷[J]．现代铸铁，1988(2)：63—64．修坤，毕勇，王建东．球墨铸铁件表层衰退的微观组织特征及防止措施研究[G]，／2015中国铸造活动周论文集，2015．·57·万方数据