金屬型重力鑄造鋁合金殼體及模具設(shè)計(jì)范文

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摘要:對(duì)某復(fù)雜鋁合金殼體零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定了采用金屬型重力鑄造工藝。首先進(jìn)行了機(jī)開模的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)該工藝存在厚大處易產(chǎn)生縮松、薄壁處易產(chǎn)生澆不足、遠(yuǎn)端易產(chǎn)生冷隔，且頂出和取件困難等問題，因此對(duì)鑄造工藝進(jìn)行了改進(jìn)并對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了部分問題。為徹底解決鑄件缺陷的問題，改進(jìn)方案設(shè)計(jì)手開模，鑄件水平放置，保證順序凝固，冒口設(shè)在側(cè)面，同時(shí)對(duì)熱節(jié)處設(shè)置補(bǔ)縮通道，并用覆膜砂芯代替抽芯，再次試制，可以得到外觀良好，內(nèi)在品質(zhì)符合要求的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞:鋁合金；金屬型重力；鑄造工藝；模具結(jié)構(gòu)

鋁合金結(jié)構(gòu)件常用的鑄造工藝有砂型鑄造、金屬型鑄造和低壓鑄造等。砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)和批量生產(chǎn)均能適應(yīng)，是常用的鑄造生產(chǎn)工藝，但砂型鑄造會(huì)出現(xiàn)氣孔、縮孔、縮松等鑄造缺陷［1］。除此之外，砂型鑄件還存在鑄件表面質(zhì)量差、成形精度低等問題［2］，且不太容易達(dá)到環(huán)保要求。與砂型鑄造相比，金屬型鑄造有力學(xué)性能高、尺寸精度高、表面粗糙度低、批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)［3］。低壓鑄造設(shè)備投入大，試制周期長(zhǎng)，前期準(zhǔn)備工作時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品適用性也不如金屬型重力鑄造強(qiáng)。因此，本課題采用金屬型重力鑄造生產(chǎn)某鋁合金殼體鑄件，以期為鋁合金殼體類鑄件的生產(chǎn)提供參考。

1產(chǎn)品零件的工藝分析

圖1是復(fù)雜殼體零件，外形尺寸為150mm×130mm×70mm，壁厚最厚處為30mm，最薄處為3mm，壁厚不均，零件上下平面有凸起的鑄字，部分鑄字高度不到4mm。產(chǎn)品材質(zhì)為Al－7Si－0．3Mg鋁合金，為安全結(jié)構(gòu)件。零件外觀要求均勻一致，不能有凸起或凹陷，內(nèi)部不允許有鑄造缺陷。此殼體鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較小，壁厚不均，外觀要求較高，且鑄造尺寸公差等級(jí)高，因砂型鑄造難以達(dá)到要求，也不適合采用低壓鑄造。綜合考慮，最終采用金屬型重力鑄造工藝成形。

2金屬型重力鑄造工藝與模具結(jié)構(gòu)

2．1初始工藝方案

對(duì)于體積收縮較大的合金，澆注位置應(yīng)盡量滿足順序凝固的原則。鑄件厚實(shí)部位一般應(yīng)置于澆注位置下方［4］。鋁合金體積收縮較大，且此零件熱節(jié)較分散，同時(shí)考慮后期切割清理操作等條件，在零件相對(duì)較厚的位置設(shè)置了澆冒口，見圖2，使其能夠建立順序凝固的條件。把薄壁部分放在內(nèi)澆道以下或置于鑄型的下部，以免出現(xiàn)澆不足、冷隔等缺陷［4］，但是受限于澆注機(jī)的結(jié)構(gòu)，將零件薄的筋片放到了側(cè)面，同時(shí)鑄字也位于側(cè)面。澆注機(jī)有底抽芯機(jī)構(gòu)，零件內(nèi)腔成形可由鐵芯形成。設(shè)計(jì)制作了機(jī)開模，模具工藝結(jié)構(gòu)見圖2。模具安裝到左右開傾轉(zhuǎn)澆注機(jī)上，零件立放，使兩面鑄字位于側(cè)面，頂部設(shè)置澆冒口，左右分型，側(cè)面抽芯，底部油缸抽芯，側(cè)模設(shè)置頂桿頂出，側(cè)面薄立筋處設(shè)置排氣塞。此工藝在試制過程中發(fā)現(xiàn)存在幾個(gè)問題：①下部厚大處易產(chǎn)生縮松；②側(cè)面細(xì)筋處極易產(chǎn)生澆不足缺陷；③遠(yuǎn)端壁厚3mm處易產(chǎn)生冷隔；④因頂桿和排氣塞的設(shè)置導(dǎo)致產(chǎn)品外觀有凸起或凹陷，頂桿印經(jīng)修磨并拋丸處理仍難以使鑄件達(dá)到外觀均勻一致的目的；⑤因起模斜度非常小，底部油缸抽活塊困難，鑄件易拉傷。針對(duì)存在的問題，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)：①針對(duì)鑄件下部厚大處易產(chǎn)生縮松的問題，在側(cè)模分型面處增加一處砂芯，并在側(cè)模上增加從冒口至下部厚大部位的補(bǔ)縮通道。解決了零件下部厚大處縮松問題，也避免了不能開模的問題；②通過調(diào)整鋁液充型速度和提高鋁液溫度后，鋁液的充型能力得以提高，因而薄筋處的成形有了明顯改善，遠(yuǎn)端冷隔問題也得到解決；③提高鑄型排氣能力可以解決鑄件澆不足的缺陷問題［5］；為此，在側(cè)模對(duì)應(yīng)立筋位置多開排氣孔，鑲裝排氣塞，解決了鑄件側(cè)面立筋成型不完整的問題；④鑄件外觀不均勻的問題，在調(diào)整頂桿和排氣塞后，未能夠徹底解決。⑤鑄件內(nèi)腔易拉傷的問題也沒有得到有效解決。

2．2優(yōu)化工藝方案

針對(duì)鑄件頂桿印和拉傷問題，經(jīng)過討論分析，改用金屬型重力鑄造手開模，可以使模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更靈活。將冒口設(shè)在了鑄件側(cè)面。對(duì)零件其他熱節(jié)分散位置也設(shè)置了補(bǔ)縮通道，保證零件所有熱節(jié)能夠得到有效補(bǔ)縮，避免了縮松產(chǎn)生。將鑄件水平放置，使薄壁筋片位于下部。原底抽芯處采用覆膜砂芯成形，覆膜砂芯由上下模孔銷進(jìn)行定位支撐，澆冒口設(shè)置位置不變，整個(gè)模具結(jié)構(gòu)未設(shè)頂桿，只在上模個(gè)別位置設(shè)置了排氣塞，在零件筋片難成形處和開模困難位置設(shè)置活塊，模具活塊分型位置盡量選擇筋片中間位置，并在活塊上開設(shè)排氣槽，以增加鋁液的充型能力，防止?jié)膊蛔惝a(chǎn)生。鑄字分別位于零件的兩個(gè)面上，在模具設(shè)計(jì)中，使其中一面位于模具下部，另一面處于模具上部活塊處，活塊背部中間部位去空。具體結(jié)構(gòu)見圖3。相較于初始工藝，優(yōu)化工藝優(yōu)點(diǎn)有：①薄壁筋位于下部，有利于其成形，防止?jié)膊蛔悖虎谠壮樾咎幉捎酶材Ｉ靶境尚危慵?nèi)部的覆膜砂芯部分只需在后期清理時(shí)去除砂芯即可，避免了開模抽芯，從而解決了初始工藝底抽芯開模困難、易拉傷、3mm薄壁處不易成形的問題；③模具結(jié)構(gòu)整體采用抽活塊，活塊分型位置設(shè)置在筋片中間，未設(shè)置頂桿，使鑄件外觀有很大改善，達(dá)到了對(duì)鑄件的外觀要求；④有鑄字的模具上部活塊背部中間去空，可以減輕模具上部活塊的吸熱，保證模具有較高的溫度，從而有利于鑄字成形。

3結(jié)語

（1）初始方案采用機(jī)開模，受澆注機(jī)限制，須在模具上設(shè)置頂桿來頂出鑄件。而優(yōu)化方案采用手開模，采用抽活塊的分型方式，未設(shè)置頂桿，鑄件也能夠順利取出，從而使得鑄件外觀品質(zhì)明顯改善。（2）此復(fù)雜殼體內(nèi)腔起模斜度小，開模時(shí)鑄件對(duì)鐵芯有較大的抱緊力，初始方案不易開模，且易拉傷。優(yōu)化方案采用覆膜砂芯代替抽芯，開模時(shí)，原鐵芯處較大的抱緊力消失，鑄件出模順利，而且覆膜砂芯的外觀質(zhì)量也比較高，可以滿足要求。（3）采用優(yōu)化方案的鑄件成形飽滿，外觀質(zhì)量得到了明顯的提升，內(nèi)在品質(zhì)也符合要求，模具操作方便。

參考文獻(xiàn)

［1］劉連．砂型鑄造剎車盤的工藝優(yōu)化［J］．機(jī)電工程技術(shù)，2018，47（2）：123－125．

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［3］姜不居，呂志剛．鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)（第5卷）：特種鑄造［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2010．

［4］李傳栻，李魁盛．鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)（第4卷）：鑄造工藝及造型材料［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2012．

［5］日本鑄造工學(xué)會(huì)．鑄造缺陷及對(duì)策［M］．張俊善，尹大偉譯．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．

作者：柏立敬 王振良 單位：河北歐瑞特鋁合金有限公司技術(shù)部