管坯弯曲用铝芯棒的铸造工艺

■ 郭旭，耿保华

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一、铝芯棒结构

图1为管坯在压力机作用下弯曲的示意，其中蓝色为铝芯棒，黄色为要弯曲的管坯，铝芯棒在管坯内部起到支撑管坯不被压扁的作用，受力弯曲后保证管坯弯曲弧段的圆度满足要求。

我公司的管坯经过计算得出支撑所用材质最合适的屈服强度应在130MPa左右，考虑其所要求的力学性能及后期熔出的可操作性，故选择铝合金作为管坯弯曲所用低熔点合金支撑材料。

弯曲后，铝芯棒与管坯入炉在高于铝合金熔点温度下保温一定时间，使铝芯棒熔出管坯，如图2所示。

管坯弯曲用铝芯棒结构（见图3）设计要求：直径753mm，长5000mm，净重5950kg，材质ZL101，表面无砂眼及气孔等表面缺陷。

二、铸造工艺

图1 为管坯在压力机作用下弯曲

图 2

图3 铝芯棒结构

由于此铝合金产品尺寸较大，超出我厂一次提供的最大铝液量，所以不满足一次浇注成形条件，只能分多次浇注成形。另外，从产品质量出发，单次成形壁厚过大，极易在内部产生缩孔、缩松等铸造缺陷，影响使用性能。综合各方面因素，该铝芯棒分三次浇注成形，先浇注内层，随后再一层包裹一层达到铸造工艺要求尺寸。

确定铝芯棒的铸造方法为树脂砂型铸造，周身加工量20mm，采取立式铸造工艺，阶梯式浇注系统。

1. 铸出芯棒Ⅰ

（1）铸出φ3 2 0 m m×5400mm芯棒Ⅰ，采用2000mm×2000mm 砂箱，底箱舂树脂砂平面，底平面采取加固措施，放φ25mm钢筋芯骨。

（2）在底箱上放对半的内腔φ3 2 0 m m树脂砂芯，每层高900mm，共6层，冒口高360mm；每摆放整齐好一层树脂砂芯，周围放粘土砂舂实，以防跑火。最后在冒口上方放置用圆钢弯曲的吊环，铸件凝固后将吊环底部铸死在冒口上，以便浇注成形后的吊运。

（3）造型完成后放置带有阻流板和隔板的浇口杯，准备浇注。

（4）用1.5t电阻炉和200kg电阻炉同时熔化，首先用1.5t电阻炉熔炼的铝液浇注到要求的冒口高，浇注重量1.3t，浇注温度（720±5）℃；随后用200kg电阻炉熔炼的铝液从冒口补浇，浇注温度730～735℃，直至冒口不收缩为止。

（5）打箱、清理，去掉浇注系统，打磨掉芯棒Ⅰ外表面的粘砂和氧化皮，并在芯棒的圆周方向均布三点焊上直径40mm、长度（605-320）/2mm的铝卡柱，尾端、前端各三点，卡柱与型腔接触处做随型处理，作为后续将芯棒Ⅰ下到φ605mm芯棒Ⅱ型腔内的找正之用。

2. 铸出芯棒Ⅱ

（1）铸出φ6 0 5 m m×5400mm芯棒Ⅱ，采用2500mm×2500mm砂箱，用与芯棒Ⅰ同样的方式造型，造出φ605mm×5400mm型腔。

（2）将φ320mm×5400mm芯棒Ⅰ吊起按中心下到φ605mm×5400mm型腔内。

（3）用两台1.5t电阻炉和200kg电阻炉同时熔化，首先用两台1.5t电阻炉熔炼的铝液同时浇注到要求冒口高度，浇注重量3t，随后用200kg电阻炉熔炼铝液从冒口补浇。

（4）打箱、清理，与芯棒Ⅰ的处理方法相同。

3. 铸出芯棒Ⅲ

（1）铸出φ7 9 3 m m×5400mm芯棒Ⅲ，采用2500mm×2500mm 砂箱，用与芯棒Ⅰ同样的方式造型，造出φ793mm×5400mm型腔。

（2）将φ605mm×5400mm芯棒Ⅱ吊起按中心下到φ793mm×5400mm型腔内。

（3）用两台1.5t电阻炉和200kg电阻炉熔炼铝液同时熔化，首先用两台1.5t电阻炉熔炼的铝液同时浇注到要求冒口高度，浇注重量3t，随后用200kg电阻炉熔炼的铝液从冒口补浇。

（4）打箱、清理。

三、结语

2017年4－7月，我厂用此铸造方法成功交付了6根铝芯棒（见图4）作为弯曲管坯之用，均取得了良好的使用效果。

图 4