半椭球体薄壁铸件的差压铸造工艺优化

宗绍迎，薛永军

（山西汾西重工有限责任公司，山西太原030027）

·铸造工艺·

半椭球体薄壁铸件的差压铸造工艺优化

宗绍迎，薛永军

（山西汾西重工有限责任公司，山西太原030027）

从半椭球体铸件的结构特点出发，结合差压铸造的特性，对其在铸造过程中可能出现的缩孔、缩松等铸造缺陷进行了分析，制定出合理的差压铸造工艺。针对清铲过程中出现的不足，对铸造工艺进行了优化，既方便了清铲，又提高了工艺出品率，最终生产出合格的铸件。

半椭球体铸件；薄壁；差压铸造；铸造工艺

差压铸造是上世纪60年代发展起来的一种特种铸造工艺。与其他铸造方法相比，差压铸造是合金液在压缩气体的压力下进行凝固，因此，铸件组织致密。差压铸造特别适合大型薄壁回转体铸件的铸造，实际生产过程中大量出现的是圆柱体类的铸件，这类铸件的差压铸造工艺已经比较成熟，而相对于半球体类型的铸件而言，由于其结构的特殊性，其差压铸造工艺也与普通铸件有所不同。本文针对该类铸件的结构特点，分析了其特殊的差压铸造工艺。

1 铸件的结构特点及技术要求

铸件的结构如图1所示。外形曲线为一椭圆方程：（x/210）2+（y/240）2＝1（y≥0）。壁厚10 mm，为防止变形，内腔设置2条宽8 mm，高20 mm的圆周方向的加强肋，在半球体的顶端有一φ60 mm，高50 mm的实心柱体，铸件要求使用ZL101A合金铸造。铸件为一类铸件，表面不允许有气孔、裂纹、夹杂、冷隔等铸造缺陷。铸件要求用X射线进行100%探伤，探伤级别执行HB/6578-1992之2级的规定，铸件内部承受气压0.5 MPa，保压30 min不泄漏，外部承受水压3 MPa，保压60 min不变形。

图1 铸件结构简图

2 铸造方法的选择

根据铸件的结构特点，该铸件属于薄壁、回转体型铸件，适合采用差压铸造的方法，再加上其气密、探伤等特殊要求，采用差压铸造的方法能够很好地满足其性能要求。这是因为差压铸造是合金液在压缩空气的压力下结晶凝固的一种铸造方法。合金液表面处在高压气体作用下，能够增加合金液的补缩能力，降低缩松、缩孔等铸造缺陷；型腔中的液体在压缩气体的作用下能够抑制氢的析出，减少了气孔缺陷；差压铸造可以降低铸件的热裂倾向。总之，差压铸造能够提高铸件的组织致密度，提高铸件探伤、气密、强试等的合格率。

3 铸造工艺的确定

3.1 造型工艺的设计

差压铸造过程中，保压压差在100 kPa左右时，内浇道的有效补缩距离大约为120 mm～160 mm，因此，对铸件设置4个内浇道，缝隙内浇道的厚度应与铸件的壁厚相当，也取10 mm，为使内浇道充分发挥补缩作用，它与铸件之间的距离应小于30 mm，也即缝隙内浇道的最大宽度，为便于清理，其最小宽度应为10 mm。

差压铸造过程中，合金液在压缩气体的压力作用下充满型腔，为了充分发挥浇注系统的补缩作用，在其设计过程中应保证F升＞F直＞F横＞F内（其中F升表示升液管的截面积；F直表示单个直浇道的截面积；F横表示单个横浇道的截面积；F内表示单个内浇道的截面积）这样有利于实现铸件的顺序凝固。但F升≤∑F直≤∑F横≤∑F内，这种开放式的浇注系统充型平稳，不易产生氧化夹杂，有利于提高铸件的内部质量。

根据以上的浇注系统设计原则，其造型工艺如图2所示，铸件最大外径φ420处，缝隙内浇道宽度为30 mm，其与铸件的最小宽度为10 mm。但在这种铸造工艺下，铸件顶端φ60部位距离缝隙内浇道的宽度远远大于30 mm。因此，为了实现对该部位的充型补缩，在铸件的中心部位设置一个φ40的内浇道2，加上周围四个缝隙内浇道的共同作用，来实现对铸件顶端的补缩。

图2 铸造工艺示意图

3.2 浇注工艺参数的选择

1）压差值ΔP

其中，H为液态金属上升的高度，为600 mm；γ为液态金属的重度，取2.35×104 N/m3；μ为液体流动的阻力系数，取1.6；所以ΔP＝0.023 MPa。而充型压差ΔP2＝H2γμ＝0.009 MPa，其中，ΔP2为金属液体充满型腔所需的压差，H2为铸件的高度，也即型腔的高度；经计算，升液压差ΔP1＝ΔP-ΔP2＝0.014 MPa

2）充型速率V

差压铸造的充型速率取决于金属液体表面的压缩气体的加压速率。根据铸件大小，以及结构复杂程度，壁厚为10 mm的壳体类铸件充型速率一般控制在35 mm/s～60 mm/s，该铸件结构简单，壁厚均匀，宜采用适中的浇注速率，因此该铸件的浇注速率控制在40 mm/s～50 mm/s，充型时间大约为6 s，因此充型速率V2应设置在1.5 kPa/s～1.7 kPa/s。

3）浇注温度

合理的浇注温度是形成质量合格的铸件的关键，合理的浇注温度应控制在700℃～720℃。

4 工艺改进

经过上述工艺生产的铸件经过后期的探伤、气密、强试等均能够满足产品的使用要求，但内腔中的φ40的内浇道在铸件清理过程中清铲困难，给铸件生产带来了很多不便，需要经过机械加工来完成。

经过对原工艺的认真分析，在满足原有工艺的基础上，将内腔中的内浇道2移至型腔的外面，其他4个内浇道的位置不变，采用吊芯工艺。这样，既不影响内浇道对铸件的补缩作用，保证铸件的组织致密，又使后期的清理方便。改进后的铸造工艺如图3所示。另外，采用该工艺后内浇道2的长度明显减小，可以提高工艺出品率。采用吊芯工艺后，经过探伤、气密、强试等检测，铸件均能够满足使用要求。

图3 改进后的铸造工艺

5 结论

对于椭球体铸件而言，采用上述两种工艺均能使铸件组织致密，满足铸件的使用要求。与改进后的工艺方案相比，改进前的工艺方案工艺出品率低，而且内浇道2清理困难。针对此类型铸件，建议采用吊芯的工艺方案。

［1］董秀琦，王冬，王承志，等．低压及差压铸造理论与实践［M］．北京：兵器工业出版社，1995.

The Optimization of Differential-pressure Casting Technology for the Semi-ellipsoid castings

ZONG Shao-ying，XUE Yong-jun
（Shanxi Fenxi Heavy Industry CO.，LTD.，Taiyuan Shanxi 030027，China）

By analyzing the defects of shrinkage porosity，shrinkage cavity combining with the structure characteristics of the semi-ellipsoid casting and the characteristics of the different-pressure casting，the paper developed a reasonable different-pressure casting process，aimed at the shortage occurred during the chipping，optimized the casting process both for the convenience of the chipping and the improvement of the yielding rate，finally produced the qualified castings.

semi-ellipsoid casting，thin wall，different-pressure casting，casting technology

TG249.9

A

1674-6694（2010）06-0027-02

2010-10-10

宗绍迎（1977-），山东平度人，工程师，长期从事铝合金差压铸造工艺及生产。。