关于铝合金重力浇注简易模具之研究

刘树声，何贵元，程俊明

（新泰（辽宁）精密设备有限公司，辽宁营口 115009）

关于铝合金重力浇注简易模具之研究

刘树声，何贵元，程俊明

（新泰（辽宁）精密设备有限公司，辽宁营口 115009）

本文提出了一种新的铝合金重力铸造简易模具设计方法，兼具砂型铸造和金属型铸造的优点，提高了铸件的质量和生产效率，又明显地降低了生产成本。

简易模；重力铸造；铝合金铸造

1 铝合金铸造方法简介

铝合金铸造方法主要分为砂型铸造和金属型铸造，砂型铸造又分为砂型重力铸造和砂型低压铸造，金属型铸造也分为金属型重力铸造和金属型低压铸造。

砂型铸造即在砂型中生产铸件的铸造方法。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铝合金铸造生产中最主要和最基本的工艺方法。

金属型铸造又称硬模铸造，是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，有其自身的局限性。

本文将以高压电器产品绝缘盆外圆的铝合金法兰环为例着重论述兼具砂型铸造和金属型铸造优点、在我公司已投入使用的法兰环简易模具。法兰环的结构简图如图1所示。

图1 法兰环简图

2 工艺设计

在工艺准备阶段，我们对几种工艺方案进行了分析和对比。

（1）方案一：采用砂型铸造工艺方法。对于该零件而言，从上面的简图中可以看出，其中ø729 mm的圆柱面的粗糙度要求为Ra6.3，该表面因为有12个立柱间隔开来，这样就为制造型芯带来了难度，又很难用加工的方法来达到设计要求，所以只能采用铸造的方法来实现。而普通的树脂砂型所铸出的零件表面粗糙度难以达到此项要求，如果采用覆膜砂做芯完全能达到产品的要求，但是采用覆膜砂，一是需要热芯盒生产设备，二是热芯盒模具和覆膜砂价格比较高，这样就大幅度提高了铸件的生产成本，另外由于该法兰的特殊结构又为制造中间的成型砂芯带来了操作上的困难。

（2）方案二：采用金属型低压铸造。采用金属型低压铸造方法，首先ø729 mm的圆柱面的粗糙度Ra6.3的要求仍然是无法回避的问题，并没有得到解决，其次低压铸造浇注系统如何分布才能确保12个立柱不出缩松等铸造缺陷，还没有一个很好的思路。另外，如果采用金属型低压铸造方案，则必须依赖于低压铸造设备，在生产任务紧张、设备能力饱和的情况下，在生产安排等方面存在很多问题。

（3）方案三：采用简易模具。在方案一中，最关键的部位是图纸中直径ø729 mm的圆柱面表面质量，前面已经有过叙述，该面粗糙度要求为Ra6.3，很难用加工的方法来达到设计要求，能否靠组合铁芯来解决这一难题！经过认真分析，认为这个方案是可行的。其结构如图2所示。

值得注意的是，其中奇数冷铁和偶数冷铁的排列顺序，在组装时候的位置和顺序通过底模上的定位销来定位。通过先抽出偶数铁芯，再抽出奇数铁芯的方法（注：组装的时候顺序反之）易于在浇注成型后进行抽芯。其中的铁芯采用防反的定位销，避免了因员工的操作不当，而使得铸件在模具中的位置对于上模的冒口产生相对的移动错位，而使冒口起不到最佳补缩效果。

以上为铁芯的结构，图3为法兰环简易模整体结构。

图3 简易模示意图

该模具采用上下分模，两侧设置两个浇口及侧边冒口（如图4），上模设有六个长圆顶冒口，六个长圆随形冒口提高了冒口的补缩能力，重点补缩12个立柱部位，防止了12个立柱因为局部过厚而可能产生的缩松和缩孔缺陷。中间部分为12块组合铁芯（放大图见图2）。

浇注系统采用的是从边冒口引入合金液的方式，这样边冒口内的铝液温度就会比常规冒口内的铝液温度要高，自然形成了一个由侧边冒口—经内浇口—向铸件型壁的温度梯度，顺畅的补缩通道因此而建立，有助于铸件的顺序凝固即侧边冒口对铸件的补缩。实践证明，铸件内浇口处无缩松、缩孔等铸造缺陷。

该简易模具生产出的铸件经过X光无损探伤检测，内部无缩孔、缩松缺陷存在，完全符合铝合金铸件质量标准要求。经过本体取样，进行机械性能检测，其结果完全达到国家标准要求；产品加工至成品，并进行了严格的气密试验和爆破试验，均达到图纸设计要求。

通过分析比较，可以说该法兰环简易模具相对于砂型而言，不仅减轻了造型工人劳动强度，同时大大减少了石英砂、树脂、固化剂的用量，降低了人工费用和原辅材料成本，并且提高了生产效率，有利于节能环保。图纸中直径ø729 mm圆面要求的尺寸精度以及表面粗糙度是普通树脂砂型生产难以实现的，而采用组合铁芯就很好地实现了树脂砂型难以实现的精度和粗糙度要求。

相对于金属型而言，因为浇冒系统均采用树脂砂型，铸件部分采用金属型，这样的结构明显有效地形成了冒口与铸件之间的温度梯度，更加有利于冒口的保温，即更有利于铸件的补缩，实际的探伤结果也充分证明了我们选定简易模的方案是正确的，铸件在12个立柱处无缩松、缩孔及夹渣等铸造缺陷。更为重要的意义在于，该模具不依赖金属型低压铸造所必需的低压铸造机等相关设备，尤其适用于中小规模企业广泛采用。

在实际使用的过程当中，该工艺操作较为简单，只需要对员工进行简单的技能培训，员工就能在短时间内熟练掌握操作要领，生产出合格铸件。

图4 浇注系统

3 结论

（1）铝合金重力浇注简易模具既有砂型的浇注系统，又兼有金属型成型的结构。

（2）铝合金法兰环采用简易模具生产，效率高并可获得较好铸件表面质量。

（3）简易模具结构相对简单、模具费用低、操作方便、易于开模。

[1]张士林,任颂赞.简明铝合金手册[M].上海:上海科学技术文献出版社,2006.

[2]曲卫涛.铸造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社,1996.

[3]陈琦.铸件缺陷和对策手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[4]中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册:铸造工艺5[M].北京:机械工业出版社,2003.

[5]柳百成,黄天佑等.中国材料工程大典[M].北京:化学工业出版社,2005.

Research on Aluminum Alloy Gravity Casting Plain Die

LIU ShuSheng,HE GuiYuan,CHENG JunMing
（Suntime(Liaoning)Precision Equipment Co.Ltd.,Yingkou 115009,Liaoning China）

A new design method for plain die of aluminum alloy gravity casting has been presentedwith which the die designed included the advantages of both sand casting and metal die casting,and the quality and the production efficiency of the casting have been improved with obviously reduced production cost.

Plain die;Gravity casting;Aluminum alloy casting

TG249.3;

B；

1006－9658（2014）01－0060-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2014.01.020

2013-08-12

稿件编号：1308-319

刘树声（1965—），男，工程师，主要从事铝合金铸造技术、质量管理工作