PDF《铸造技术》

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0 7 铸造技术F0U NDRY TECHN0L0GY 铝合金消失模铸造三单 元浇注 系统的试验研究 吕晓光 ,冯小明 ,郭从 盛 ,徐 峰(1.陕西 理工 学 院实 习工 厂,陕西 汉中723003;

2 . 陕西 理工 学 院材料 科学 与工 程学 院,陕西 汉中723003)摘要:试验研究了消 失模 铸造中浇注系统截 面比对铝合金铸件质量的影响,确定了适 宜的浇注系统截面比.试验结果表明,消失模铸造铝舍金铸件 宜采用开放式浇注 系统 , 对三单元 浇注 系统 , 合适的截 面比是 : ∑F t :∑F * :∑F ^一1 .

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5 0 ) 关键词:消失模 铸造;

铝舍金;

浇注 系统 ;

铸件中圈分类号 : T G2

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6 文献标识码 : A 文章编号 :

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0 3 Thr e e Uni t e s Gat i n g Syst em of Al um i num Al l oy Ca s t i n g i n L o st F oa m C a s t i n g L V X i a o - g u a n g ,F E NG Xi a o - mi n g

2 , GU O C o n g - s h e n g

2 , X U F e n g

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1 . Fa c t o r y At t a c h e d t o a S c ho ol ,Sh a a n xi I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d Te c hn o l o g,Ha nz ho n g

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0 03, Chi n a;

2. S c ho o l of M a t e r i a l S c i e n c e a nd Eng i n e e r i ng,Sh a a n xi I ns t i t u t e of S c i e n c e a n d Te c hn o l o g,Ha nz ho n g

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0 0 3,Chi na ) Ab s t r a c t: E f f ec t s o f s e c t i o n - r a t i o o f t h e t h r e e g a t i n g s y s t em on t h e q u a l i t y o f aI u mi n u m a l l o y c as t i n g i n l o s t f o a m c a s t i n g wer e i n v es t i g a t ed.Th e p r o p er s e c t i o n - r a t i o o f t h e t h r e e g a t i n g s y s t em c a n be d et er mi n e d.Th e ex p er i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e aI u mi n u m al l o y c a s t i n g i n l o s t f o a m c as t i n g s h o u l d a d op t o p en - g a t i n g s y s t e m .F or g a t i n g s y s t e m w i t h t h r ee u n i t e s,i t s s e c t i on - r a t i o i s s u mma t i o n F d o wn g a t e :s u mma t i on F a c r o s s g a t e :s u mma t i o n F i n g a t e=

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5 0). Ke y w or ds: Lo s t f o a m c a s t i n g;

AI u mi n u m a l l o y;

Ga t i n g s y s t e m ;

Ca s t i n g 消失 模铸造 技术 是将 负 压技 术 与实 型铸 造 相结 合 的一种新 的铸 造技术,被誉为21世 纪的铸造技术『 】 ] . 然而,由于其成 形理 论不同于传 统 的砂 型铸 造,且对其浇注系统 的设 计缺乏 系统 的研究 和报道 , 在 实际生产 中也无可借鉴 的设计依据 .因此 , 为 了系统 研究 消失 模铸 造 浇注系统设 计的方法 , 为实际生 产提供 可借 鉴 的设 计依据,本文在前 期实验研 究 的基 础上_

2 ] , 以板 类 铝合 金铸件为对象 , 试验 研究 了三单 元浇 注 系统截 面 比对 铝合 金铸件质量 的影响 , 进 而确立 了适宜 的浇注系统截面 比.

1 试 验方 案 消失模 铸 造按 内浇 道在模样上的位置,可分为底注式 , 顶注 式 和侧 注 式浇 注 系统 .底注式浇 注 系统 内 浇道 设在 模样 的底 部,特点是浇注平稳,有利于排渣、排气 , 但不 利 于铸件 顺 序凝 固和 补缩 , 同 时对 铝液 温度 要求 较高,涂层 的高温透 气性 要好.顶 注式 浇注系统内浇 道设 在模 样 的上 部,有利于铸件的顺 序凝固和 补缩,但浇注不 平稳 , 采用顶注式 浇注 系统时,通常将冒口设 在 内浇道 附近 或将 内浇 道直 接 引入 冒口.侧 注式 浇注 系统 内浇 道设 在模样的侧 面,兼有底 注式 和顶注收稿日期 :

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0 5 : 修订日期 :

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0 6 作者简介: 吕晓光(

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5 0 一),陕西汉 中市 人,高级 工程师. 研 究方 向: 材料加工工艺与质量 控制.式的部 分特 点,浇注 时 比顶 注式 平稳 并易 排渣 , 金 属热 损 失少 , 顺 序凝 固和 补缩 条件 比底 注式 好,充型性 也较 好 .消失模 铸造内浇道开设的位 置取决于铸 件的大小、结构特 点 和合金 种类 .所以,本文 只 考察 三单 元浇 注 系统 截面比的变 化对 铝合 金铸 件质 量 的影 响 .铸件 选 择板类铸 件,其尺寸是 :

2 5 mmX

1 5

0 mmX

3 0

0 mm.

2 试验过程2.1浇注系统的设计计算该 浇 注系 统时,首先借鉴砂 型铸 造 的计 算方法,采用水 力学 计算 公式 : E F内一 ― ― J c m ) . ・ t O .

3 1 ~ / HP 式中∑F 内―― 内浇道 截 面积 总和 ;

G ―― 流经 内浇 道的液体合金重量(铸件+浇注系 统),kg;

――流量 系数 , 计 算时 取0.35;

HP ―― 压头高度 , mm;

￡ ―― 浇 注时 间,s.浇注 时 间的选 择对于内浇 道的计算 是关键,快速浇注 是消 失模 铸造 工艺 的最 大 特点 .按 下式 计算 浇注时间[

3 ] : t =Kt ( +d - c) 维普资讯 http://www.cqvip.com F0UNDRY TDCH N0L0GY Vo I .

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0 7 式中Kf ―― 修正系数 , 计算 时取

0 .

8 5 . 内浇道确 定后 , 根 据设 计 的浇注 系统 截面比,计算 出直 浇道 、 内浇道 的截 面积 . ・ 冒 口设计 按模 数计 算,根据 模数 按文 献[4]提供 的 计算 公式 计算 和安 排布 置 冒口的位 置和 大小 .具 体工 艺方 案如 图1所示 . 直 浇道 横 浇道 冒口 T l l

0 l ;

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1 . 璺]图1试样浇注系统 不意图Fi g.1 Cas t i n g o f ga t i ng s ys t e m

2 .

2 泡沫 塑料模 样 的制作 试验 用 聚苯 乙烯 泡沫塑料 板材作模样,模样采用电热 丝切割,手工打磨的方法制作,模样密度为0.018g/cm. .

2 .

3 涂料及 涂敷 工艺在消失模 铸造 中,泡沫塑料模 样和浇注 系统的外表面须 涂挂涂 料,本试验选用 水 基棕 刚玉 涂料 , 基本 组成为耐火 料(棕刚玉40+高 铝矾土48+膨润土2): 硅 溶胶 : C MC (

4 0 水溶液)一6 0:3 0:1

0 , 另 加适 量 的活性 剂和消泡 剂 .涂 料采 用浸涂的方 法,涂料厚 度控 制在0.5~1.0mm. 涂料涂好后在40~

5 0℃烘干.2.3熔炼及 负压 浇注试验 材料为ZL1

0 2合金,在电阻坩锅炉中熔 化,690℃ 时采 用六 氯乙烷进行精炼处理,用钠盐进行变质处 理,浇注 温度 为700℃ . 消失 模铸 造在 浇注和冷却 期间,铸型必须 保持一定的负压 .试验时,砂箱负 压控 制在

0 .

0 4 MP a .在砂 箱 内保压 冷却 时 间为

8 mi n .

3 试验结果 及分 析3.1铸件 浇注 系统截 面 比对铸 件质 量 的影 响 在保 证浇注时间 、 压头、涂料厚度、真空度 和浇 注 温度 一定 的条 件下 , 将浇注成形的铸件 去 除掉 浇注系统和表面 清理 后,在机床 上进 行 逐层解 剖 观察 , 分 析铸 件 出现缺 陷 的类 型、分布特点.部 分实验结果如表1所示.可 以看 出,消失模 铸造 铝合 金铸 件时,浇注系统 截面比对 铸件质量有一定影响.对 于三单元浇注系统,宜采用 开放 式浇 注系 统,其适宜的浇注 系统 截面比是:∑F 直:∑ F 横:∑F内一

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1 .5 0) 表1实验结果Ta b.

1 Re s ul t s o f t e s t i ng 序号 F ^/ F 曩/ F F ^ / mm F m / mm F / mm 解剖后质量 备注 有大量气渣孔 、 夹渣 有少量气渣孔 、 夹渣 有 少量 针孔、夹渣有少量 针孔、夹渣无气孔 渣孔 、 针孔 无气渣孔 、 针孔 无气渣孔 、 针孔 无气渣孔 、 针孔 有少量气渣孔 、 夹渣 无气渣孔 、 针孔 无气渣孔 、 针孔 无气渣孔 、 针孔 有少量气渣孔 、 夹渣有少量气渣孔 、 夹渣有少量气渣孔 、 夹渣有大量 气渣孔 、 夹渣有大量 气渣孔 、 夹渣 质量好质量好质量好质量好质量好质量好质量好消失模 铸造 铝合 金铸 件产 生 的主要 缺陷 是气 孔和夹渣 , 如图 2所示 .产 生上 述缺 陷 的主要 原 因是 引: 浇 注系 统或 内浇 道结 构不 合理时,容易使气体和残 渣裹挟在 铝液 中,而形成 气孔和夹渣;

浇注温度太低,不能使气 体和 残渣充 分 排除 , 上浮在铸 件表 面,也容易 形成 气孔 和夹 渣.66666667722323 M如2221111OOOO2341111111¨..22111111111111¨._:

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0 7 吕晓光等 : 铝合金消失模铸造三单元 浇注系统 的试 验研究 图2铝合金铸件缺陷Fi g .2 De f e c t of al um i nu m a l l oy c a s t i ng 为 了防止 铝合 金 铸造 产生缺陷,铝合金在铸造过程中应保 证铝 液充 型 平稳 , 一般是在 浇注系统设计时通过 控制 浇 注系统 各单 元的截面比来 实现 .因为,在其它工艺 条件 相 同时 , 浇注系统截面比实 际上 确定着铝液 的充 型速 度,而充型 速度和铸件 缺 陷之 间存 在着密切的关 系 .对 于任何 给定 的铸 件都 存在 着一 定 的临 界充 型速 度 区间[

4 ] . 当充 型速 度低 于 临界充 型速 度的下限时 , 铸件 易产 生塌砂 、 浇 不足 .当充 型速度 高 于临 界 充型速 度 的上 限时 , 不 仅模 样 的热 分解产物没有足够的时间从铝 液一 模 样一 涂料界面排 除,而且液态金属前沿 的流 动也 不平 稳,这时,铸件 易产 生气 孔缺 陷 .因 此,当采用 封 闭式 浇注系统 , 特别是封闭比比较 大时,易导 致铝 液充 型速 度 超过 临界 充型速度的上限,铝液充型时容 易产 生紊 流;

当浇 注系统 截 面开放 比太 大时,易导致铝 液 充型速 度低 于临 界充 型速 度 的下 限 .这 些都容易产 生铸 造缺 陷,所以,浇注 系统 截面比应 在一 定范围内,可保证 充 型速 度 能使 铝 液在 铸型内的上 升速度等于或 接 近泡沫 塑料模 样 的汽 化速 度.3.2验证性 实验 结果 根据 上述 实验 结果 , 在 实验 室进 行 了生产 验证 . l r l r l r l r l r l r T l r l r 铸件的材料 为ZL102合 金,采用 三单 元浇注系统 , 其截面比是:∑F直:∑ F 横:∑ F内一

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4 0 .浇注的铸 件如图3所 示 .经 机械 加工检验 , 铸件无针 孔 夹渣 等缺 陷,组织致 密.(a)圆盘铸 件(b)型板铸件 图3实际浇注铸件图Fi g.

3 Ca st i n g o f t e s t i n g

4 结论消失模 铸造 铝合金铸 件宜采用开放式浇注系统 , 对 三单 元浇注系统,其截面比是:∑F直:∑ F横:∑F内一

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5 0 ) . 参考文献 [

1 ] 吴国华 , 罗吉荣. 消失模铸造 铝液充 型速度研究 E J ] . 特种 铸 造及有色合金 ,

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0 0 , (

1 ) :

2 6 . E

2 ] 冯 小明 , 王绪然 , 郭从盛 , 等. 消 失模铸造 铝合金浇 注系统 的实验 研究 E J ] . 特种铸造及有 色合金 ,

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0 5 , (

1 2 ) ;

7 5

1 . [

3 3 黄天佑 , 黄乃瑜 , 吕志 刚, 等. 消失模铸 造技 术E M] , 北京:机械工业出版社,2005.E4]魏兵,袁森,张卫华 , 等. 铸件 均衡凝 固技术及其 应用 [ M] , 北京 : 机械工业 出版社 ,

1 9

9 8 . [

5 ] 刘 子利 .消失模铸造 充型过 程的研 究进展 及展 望[ J ] . 铸造.2000,

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5 . 铸造技术杂志社 招聘铸铸造 技术 杂志社 因业 务 发展 需要 , 招聘 铸造业 编辑1人 . 主 要工作 职责:负责 编辑 , 组 织压 铸方 面 的文稿 , 广告 和技 术服 务.;

要求:铸造或材料成形与控制专业本科以上学历,在压铸行业从事生产科研工作,中级以上职称,年!龄、 地域不限, 精力充沛, 身体健康, 乐观豁达, 开拓进取. ? 联 系地址 :

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