與鋼鐵材料相比較，鋁合金的質(zhì)量密度小，越來越受到人們的青睞，特別是在汽車、飛機、輪船上，其用量越來越大。常用的鋁合金鑄件一般為幾kg到幾拾kg，目前有大型化趨勢。由于鋁合金在高溫下易氧化，其鑄造特性也不同于黑色金屬，大型鋁合金鑄件的鑄造工藝有待于進一步開發(fā)。筆者以大型鋁合金曲面鑄件為例，說明厚大型鋁鑄件的工藝設(shè)計。
一、大型鋁合金曲面鑄件的結(jié)構(gòu)特點及工藝難點
曲面鑄件輪廓尺寸為2622mmX1200mmX300mm，較小壁厚32mm，筋厚40mm，四周法蘭厚94mm，材質(zhì)為ZL114 A合金，凈重1100kg，其形狀和鑄造工藝。該鑄件下部有28個φ120mm的圓柱形柱腳，柱腳位于井字形筋的交結(jié)點上。該曲面鑄件的顯著特點是結(jié)構(gòu)厚大，鑄造工藝的一個技術(shù)難點是解決厚大部位容易出現(xiàn)的縮松、縮孔問題。澆注該曲面鑄件約需1500kg鋁液，大量鋁液在由澆包經(jīng)澆口杯進入鑄型的過程中，會產(chǎn)生大量的二次氧化渣，如何去除氧化渣是第二個技術(shù)難點。在澆注過程中，曲面鑄件上部設(shè)置多個大型補縮明冒口，大型鋁冒口的切割是第三個技術(shù)難點。曲面鑄件在長度方向上為非對稱結(jié)構(gòu)，在鑄件凝固時，變形應(yīng)力很大，如何防止變形是第四個技術(shù)難點。另外，這種鑄件澆注后的浮箱力也很大，防止浮箱、漲箱也是不可忽視的問題。
二、鑄造工藝設(shè)計
 由于大型曲面鑄件型體較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故采用強度較高的呋喃改性酚醛樹脂砂制造型芯，采用組芯造型。鑄型分上下兩型，中間有36塊砂芯，砂芯通過氣眼向下型排氣。
(φ120mm)，這些部位不允許有縮松、縮孔缺陷，內(nèi)部組織要求致密，故在工藝設(shè)計時，將其放在下部，曲面在上造型。在澆注時，將鑄型遠離直澆道的一頭墊起15°，以確保鋁液充型平穩(wěn)和排氣。
1.澆注系統(tǒng)
擴張式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點是金屬液在橫澆道和內(nèi)澆道中的流速較慢，充型平穩(wěn)，不易產(chǎn)生紊流，可以防止夾渣和吸氣。
2.冒口與冷鐵
由于曲面鑄件下部有28個φ120mm的高度不等的圓柱形柱腳，要保證鑄件從上到下組織致密，無縮松，縮孔缺陷，只在曲面鑄件上部設(shè)冒口，下部設(shè)外冷鐵是不夠的，不能解決中間段的補縮問題。因此，在圓柱體的中段要設(shè)置與鑄件材質(zhì)相同的內(nèi)冷鐵，即用φ30mm的ZL114 A鋁棒作內(nèi)冷鐵，從柱腳高的2/3高度向下放置。作為內(nèi)冷鐵的鋁棒，在使用前需經(jīng)噴砂和烘干處理，在組型時固定于下型上，以防在澆注時浮起。
對于壁厚超過32mm的曲面部位，為了防止出現(xiàn)軸向縮松，在每個井字形筋中間曲面下部的方形砂芯上端設(shè)置1塊外冷鐵，與頂冒口配合可以建立局部冷鐵一冒口的順序凝固。頂冒口為明冒口，在鑄件四周厚94mm的法蘭上設(shè)計長方形截面冒口，在井字形筋的交點上設(shè)計圓形截面冒口，冒口模數(shù)設(shè)計為冒口根部模數(shù)的1.2~1.5倍，而冒口根部模數(shù)為鑄件該處熱節(jié)模數(shù)的1.2~1.5倍。42個冒口一律采用保溫冒口。
冒口的切割是生產(chǎn)中的一大難題，因為在用火焰切割的過程中會產(chǎn)生大量的氧化渣，切割難度很大。故在工藝設(shè)計時采用了易割冒口措施，即在冒口根部放置一過濾網(wǎng)，冒口和過濾網(wǎng)四周用樹脂砂封固，在清理時只要用一重物撞擊冒口，即可將其清除。
3.合金的熔煉與凈化
澆注合金為ZL114 A鋁合金，采用1.5t的大型熔鋁爐熔煉，并用CaCh和氫氣聯(lián)合精煉技術(shù)處理，用三元變質(zhì)劑作變質(zhì)處理后，于735℃出爐澆注。
由于高溫鋁液與空氣接觸極易氧化而形成Y-Al2O3氧化渣，其密度為3.47g/cm3，單純靠澆注系統(tǒng)的重力分離法是很難去除的。何況在澆注時，高溫鋁液與空氣直接接觸并卷入大量氣體，都可以使鋁液形成二次氧化渣。為了確保鑄件的力學(xué)性能，在高溫鋁液進入型腔之前，必須進行過濾凈化處理。因此，在工藝設(shè)計時，壓鑄鋁件在直澆道與橫澆道交接處放置泡沫陶瓷過濾片。為了在過濾片處不影響金屬液流量，將直澆道與橫澆道交接處的澆道截面積擴大為原橫澆道面積的8倍，單個過濾片的有效過濾面積同樣也為原橫澆道面積的8倍。
4鑄型的緊固
在大型鑄件，特別是具有大平面鑄件的鑄造過程電浮箱力和脹箱力是不容忽視的，否則輕者跑火，重則使鑄件報廢。
鑄型的上型重約2t，所以要有大于10.7t重的壓箱力才能保證不出現(xiàn)浮箱。實際上由于有明冒口的作用，所需壓箱力要小于10.7t。為了提高明冒口的補縮效果，澆注后需要用溫度較高的鋁液點澆冒口。如果壓箱物太多，會影響點澆冒口操作。因此，研究設(shè)計了如下解決浮箱問題的措施。即，芯骨采用100#槽鋼焊接成具有足夠強度的骨架，制芯合型后，在鑄型四周挖開10處，使其露出部分芯骨，將上下型芯骨焊接成一體。這樣，即使不圍箱，不壓箱，也可以保證在澆注過程中不浮箱，不脹箱。澆注3天后打箱，使應(yīng)力緩慢釋放，可以防止變形。
用上述鑄造工藝澆注了6件ZL114 A曲面鑄件，經(jīng)過清理、劃線、局部探傷檢查和機械加工，全部符合設(shè)計和使用要求，在裝機運行中未發(fā)現(xiàn)任何缺陷，說明工藝設(shè)計合理、適用。在大型鋁合金曲面鑄件的鑄造過程中，①采用泡沫陶瓷過濾片去除澆注過程中產(chǎn)生的二次氧化渣，解決了大型鋁合金鑄件的夾渣問題；②采取內(nèi)冷鐵、外冷鐵及冒口的合理配合使用的措施，解決了厚大鋁鑄件縮松、縮孔問題；③采用易割冒口措施，縮短了清鏟時間，提高了生產(chǎn)效率，為大型鋁鑄件生產(chǎn)積累了經(jīng)驗。
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