zl205a合金鑄造工藝的研究

由該產品用骨架鑄造，材料為zl205a，重量約45kg，注射重量150kg，最大輪廓尺寸為1400mm90mm300mm，焊接壁厚8.13mm，內腔結構復雜。2400mm300mm的兩側壁面被單株加工，加工后壁的厚度尺寸的誤差僅為1m。hb5880-91嘉靖件件，100%和100%研磨hbz60-81。1鑄造工藝的缺陷試制前分析,生產此鑄件的難點有以下幾處。(1)ZL205A合金雖綜合力學性能很好,但鑄造性能相對較差,結晶溫度范圍寬,流動性差,易發生縮松、縮裂、針孔等缺陷,普通重力鑄造必須使用大尺寸的冒口,或給冒口加壓、保溫,增加冒口的補縮能力,否則難以保證鑄件的內部質量。(2)鑄件內腔空間大,結構復雜,呈狹長狀。窗口很少且尺寸小,分布著許多復雜交錯的隔板和加強筋,對制芯、落砂、鑄件排氣及后續的測量檢驗都造成了極大的不便。(3)鑄件整體呈扁平狀,兩側壁都類似于1400mm×300mm的大平板,這種大平面在凝固及熱處理過程中都難免會產生變形,要保證如此大平面范圍內的厚度公差達到±1mm,對手工砂型鑄造來說實屬不易。(4)整體壁厚不均勻,有兩處特別厚大的部位,熱節比較集中。(5)內腔均是非加工面,尺寸精度及表面粗糙度要求高,窗口小,不易落砂,所以對砂芯的強度、抗變形能力及潰散性等綜合性能要求較高。2砂芯的加固設計綜合考慮車間的設備情況及技術水平,確定采用砂型低壓鑄造工藝。(1)采用樹脂砂組芯造型方法,加入鋼制框架芯骨提高砂芯抗變形能力。(2)使用金屬芯盒制芯,以保證其尺寸精度及尺寸穩定性,其余砂芯使用木制芯盒制作。砂芯組合如圖1所示。(3)做出砂芯尺寸檢查記錄表,制芯工在砂芯表面噴涂涂料后,用200目的細砂紙對砂芯表面進行打磨,使砂芯表面達到比較高的光潔度;砂芯制成后在畫線平臺上進行畫線檢測,將檢測結果填入表內,如果某處尺寸偏差≥0.3mm,則必須在該部位重新噴涂及打磨,直到符合表格要求為止。(4)由于ZL205A合金結晶溫度寬,易發生分散的表面縮松,所以在兩側的大平面上放置薄的貼面冷鐵,形成半金屬型澆注形式,增加過冷度防止其產生表面縮松;在冷鐵表面做出間隔20mm的排氣槽避免憋氣,在頂部的厚大部位放置鋼冷鐵,其余部位扎出氣眼,在保證鑄件內部質量的前提下盡量加強頂芯排氣,避免頂部出現氣孔缺陷。(5)采用底注加縫隙式混合澆注系統,以使鋁液平穩的充填型腔,避免產生卷氣、飛濺現象和氧化皮夾渣缺陷。因為采用低壓澆注機注鑄時升液管是始終埋在鋁液液面以下的,經由澆注系統進入型腔的氧化皮或夾渣都非常少,所以在設計澆注系統時更多的考慮補縮和充型平穩,而不需要過多的考慮澆注系統的擋渣作用。由于ZL205A易產生銅及鈦元素偏析,所以采用對稱式澆注形式,這也使零件的內應力分布比較均勻,降低變形量。在芯盒中刻出定位槽,對補縮立柱進行準確定位,嚴格控制其補縮距離,并保證其正對鑄件側壁和隔板連接處形成的熱節,用低壓澆注機進行澆注。鑄件及澆注系統如圖2所示。3內腔組織缺陷試生產3件后進行了X光、熒光、剖開劃線等檢驗工序,發現了以下幾個問題。①鑄件前端形似鼻梁部位(圖1中II#及IV#腔的右上角)出現兩處較大的氣孔缺陷;②在鑄件頂面(VI#及VII#腔頂部)有1～2個氣孔缺陷;③側壁的非加工面有多處局部壁厚超厚,且超厚部位表面粗糙度過高;④內腔窗口附近有毛刺極難打磨平整;⑤高度方向上的內腔尺寸偏小;⑥砂芯有時會產生0.5mm左右的變形。3.1鑄造缺陷產生原因(1)鼻梁部位及鑄件頂面氣孔缺陷的產生,是由于充型速度過快及鑄件內腔的砂芯排氣不暢兩個因素綜合作用所造成的。工藝方面,為了保證鑄件內部質量及尺寸精度而不得不將窗口少的平面置為頂面,這樣一來,一旦澆注速度過快,則型腔內本身所含的氣體,以及芯砂遇高溫鋁液而產生的氣體就很可能會來不及排出而留在型腔里,因此產生氣孔缺陷。(2)局部壁厚超厚及毛刺的產生是由于制芯時操作不當,使得砂芯局部緊實度不夠,在加熱、加壓的情況下,該部位產生凹陷或鋁液鉆入芯砂間隙造成。工藝上為了保證內腔尺寸精度而將整個內腔用一個砂芯做出,由此提高了制芯操作的難度,使得一些部位在制芯時難以舂實,是產生此缺陷的主要原因。(3)高度方向上內腔尺寸偏小,主要是由于鑄件在該方向上的實際收縮量比預期的要大而造成。初期縮尺采用1.2%,但最后經實踐證實,即使在有阻收縮的情況下,1.2%的收縮率都明顯偏小。另外,在噴涂涂料過程中發現,形成鑄件內腔底面的砂芯表面涂料層厚度不夠,原因是該處空隙太小,噴槍不能正對砂芯進行噴涂,涂料很難涂掛在砂芯上造成,從而增加了砂芯在該方向上尺寸的偏差。(4)制芯時環境濕度較大,導致樹脂砂凝固慢,再加上開模時間太早,造成砂芯強度不夠,在調運過程中產生了變形。另外,由于砂芯較大,重量較重,放置砂芯的平板平面度不好也會導致砂芯變形。3.2砂芯的制作(1)調整低壓澆注工藝參數,降低充型階段的升壓速率,使鋁液上升更加平穩,避免出現卷氣和飛濺,延長充型時間,使氣體有更多的時間上浮而排出型腔。(2)在鼻梁部位及頂面增設多條寬6mm的排氣槽,這樣一旦有氣體聚集到型腔頂部,可以迅速的排出腔外,有利于充型。另外,減少了上頂面的冷鐵尺寸及數量,留出更多的地方扎出氣眼,加強頂芯排氣。(3)砂芯內埋入草繩,草繩通過底部的窗口將腔內砂芯遇熱產生的氣體引導至腔外,并且草繩用細鐵絲加固,方便制芯操作,避免草繩暴露在砂芯外。(4)適當降低樹脂與固化劑的加入量,用于形成內腔的芯砂由手工過篩3遍篩出,使芯砂、樹脂與固化劑充分的混合。這樣可以保證砂芯的強度,同時使砂芯表面更光潔,發氣量更小。(5)在金屬芯盒中一些難以舂實的部位開設了一些活塊,降低制芯的操作難度,方便制芯操作,以保證砂芯緊實均勻,具有足夠的強度。(6)鑄造縮尺調整為1.3%,形成內腔底面的砂芯表面改用毛刷沾取涂料刷涂。(7)規定在濕度大于70%時制芯,開模時間延長1h,并且砂芯制成后必須在24h內合箱澆注,長期擱置的砂芯不允許使用。并且使用一塊平面度較高的平臺來存放砂芯。3.3工件表面的冷鐵問題經過工藝改進后生產的7件骨架,經檢驗上述問題得到了很好的控制,鼻梁處的氣孔、側壁局部超厚及毛刺問題不再出現,高度方向的尺寸也達到了圖紙要求。但是有兩件毛坯粗加工后在零件上頂面發現了少量氣孔(X射線檢查盲區),其位置均在上表面的冷鐵附近。分析認為是冷鐵烘烤不夠吸附了一些水氣,水氣與高溫鋁液反應會產生大量氣體而造成的缺陷。針對這個問題我們又適當減少了上頂面的冷鐵數量,延長了烘芯時間,并在冷鐵附近多開設了一些排氣槽,通過以上措施,在后續的批量生產中該部位的氣孔缺陷不再出現。4砂芯壓壓法也稱《樹脂砂芯法》(1)此次試制共生產骨架鑄件10件,其中剖開畫線2件,報廢2件,有3件檢驗后完全合格,另3件經返修后合格,達到了試制的要求。(2)在樹脂砂砂芯表面噴涂涂料,并采用手工打磨的方法,可大大提高鑄件的表面光潔度及尺寸精確度,經劃線檢驗,所有鑄件的壁厚偏差都小于±1mm,達到了公差等級CT9對壁厚尺寸的要求。(3)制芯時環境濕度較大會延長樹脂砂的凝固時間,若遇類似情況應適當的推遲開模時間。(4)存放大型