差压铸造导航系统外框架工艺研究

2011-01-24张晓丽田洪超蔡智渊吕振玉

铸造设备与工艺 2011年3期

张晓丽，曲嘉，田洪超，蔡智渊，吕振玉

（1.中国人民解放军军事交通学院，天津 300161；2.中船重工集团公司第707研究所，天津 300131）

某导航系统外框架作为系统的关键件，材料为24号铸铝，要求达到一级铸件要求，其体积小，壁薄，外形复杂，重力铸造难以成型且针气孔较多，报废率高。在充分调研差压铸造国内外研究现状的基础上，针对外框架特点摸索设计了一套差压铸造工艺，生产出的铸件质量较普通重力铸造有较大提高。

1 造型工艺的确定

外框架外形复杂，如图1所示，通过综合分析外框架结构，外框架造型工艺示意图如图2所示。采用两箱造型，下箱为浇道；铸件整体和暗冒口在上箱，上箱又分为左右两个半箱，有利于拔模，节省活块，简化造型。内浇道分别开设在四个轴承孔的位置，有利于充型和补缩。砂型和砂芯全部选用树脂自硬砂，造型时，为防止铸件产生气孔和发生塌箱，树脂、固化剂和砂的用量要严格控制。

图1 外框架示意图

图2 外框架造型工艺示意图

根据外框架的形状和壁厚特点，作者坚持一是要保证缝隙浇道顺利充型补缩，液流尽可能分散，防止局部过热；二是尽可能减少缝隙浇道数量，提高出品率，便于操作的原则。

缝隙浇道的数量可按下式确定：

n=0.024 c/b

式中:n——缝隙浇道个数；

b——缝隙浇道宽度；

c——铸件周长。

为了将缝隙浇道与铸件相交处的热节引向集渣筒，取b=1.5δ（δ为铸件壁厚)，并且朝集渣筒方向制成喇叭形。由以上计算得知，n=4，故使用4个缝隙浇道，实现底注与顶注相结合。由于凝固补缩发生在厚大集渣筒向缝隙浇道与铸件结合处，对集渣筒的补缩由浇注系统来实现，要求做到充型后能及时增压，浇注系统内有足够未凝固的金属液，因此设计浇注系统的形状时，使横浇道为“+”字形。液流从升液管进入四条横浇道，再分别进入4个集渣筒，然后通过缝隙浇道进入铸型。从升液管到任意一个集渣筒，使F升＞F横＞F集，比例为：F升∶4F横∶4Fa=1.2∶1.15∶1，针对此件，具体尺寸为，升液管直径90mm，横浇道截面积50mm×30mm，集渣筒直径20mm，浇注系统增加横浇道长度，既能保证液流从横浇道进入集渣筒，流速减慢，平稳，又能保证凝固顺序是从集渣筒→横浇道→升液管。如果保压时间控制得当，卸压后，横浇道靠近集渣筒的半段凝固成形，靠近升液管的半段铝液未凝固，流回坩埚。这种浇注系统既有利于实现补缩，又能防止升液管管口的凝结。

2 凝固顺序的控制

外框架壁厚不均匀，薄壁处只有4mm，而轴承孔处最厚达27 mm，如图1所示。如果凝固顺序控制不当，会产生热裂、缩孔、疏松等缺陷，而技术要求铸件满足Q/707J42-2004Ⅰ类铸件要求，不允许有冷隔和穿透性缺陷。经反复考虑，采用“+”字形横浇道，四个陶瓷过滤网分别放在四个横浇道上；内浇道采用垂直缝隙式，内浇道分别开设在外框架两对轴承孔处，孔不铸出，以利于补缩。此外，四个圆形冷铁分别置于砂芯轴承孔处，进一步控制凝固顺序。

图3 差压铸造工艺控制曲线

3 差压铸造过程控制

图3是外框架采用差压铸造工艺时的充型曲线。充型开始时，上下罐压力达到0.3mPa，之所以选择如此大的压力，是因为：

1）在高压作用下，根据凝固原理可知，铝水中氢的溶解度较常压时低；

2）高压头可以提高铝水的补缩能力；

采用减压法，逐步降低上压力罐气压，铝液在压力差的作用下经升液管、浇道进入砂型，控制充型速度很重要，速度过大，液面不平稳，容易造成卷气，吸渣，同时，砂型在很短的时间内升高到很高的温度，不利于形成顺序凝固的温度场，补缩效果差，容易产生缩孔和疏松；速度过小，铝水温度下降过快，也不利于充型补缩，严重时会冻死升液管。经过反复研究，确定升液速度为1.45×103Pa/s。型腔充满后，在0.035mPa条件下保压，充分发挥暗冒口的补缩能力，得到轮廓完整、组织致密的铸件。