铝合金铸件的铸造工艺分析
摘要：本文作者结合工作经验，对铸造工艺设计的几个控制要点、铸造工艺设计以及零件的浇注系统设计进行重点分析。

以期参考交流。

关键词：铝合金；筒体；铸造；
中图分类号：ts912+.3文献标识码： a 文章编号：
1、铸件的基本信息
筒体铸件最大轮廓尺寸为准900 mm×850 mm，最大壁厚137 mm，铸件净重约650 kg，属于典型厚壁件，铸件表面全部加工，铸件结构如图1。

筒体铸件虽然我单位生产很多，但此铸件结构与常年生产的筒类铸件结构不同，不同之处在于：在准900 mm的平面上高出
准280 mm×150 mm的圆柱体，正是由于高出的圆柱体给工艺设计和生产操作，带来很大的麻烦。

图1 筒体铸件结构图
2、铸造工艺设计的几个控制要点
2.1 铸件的补缩
对于壁厚较大的铝合金铸件，在铸造工艺设计过程中合金的补缩是十分重要的，如果补缩的作用不够，铸件的最后凝固处易产生缩松，甚至可能产生集中缩孔，造成铸件报废。

在筒体铸件中，φ900 mm处壁厚137 mm (不包括加工量)，φ450 mm内腔壁厚125 mm (不包括加工量)，对于此类厚壁铸件，因浇注
中型腔热容量大，凝固收缩比较缓慢，后期要求冒口提供的金属液补缩较大，故必须对整体采用强有力的补缩措施，以避免产生缩孔、缩
松等铸造缺陷。

2.2 铸件的冷却
因铸件使用过程中对气密性要求很高，故加大厚大铸件的凝固速度，以获得较细的金相组织，使其铸件表面有一层较细的致密层，是提高其气密性和力学性能重要技术措施。

故对于筒体铸件的内腔厚大部位，必须采用冷铁加强冷却。

2.3 准280 mm×150 mm圆柱体的成型及尺寸控制
如果选择调整铸件壁厚形成准280 mm×150 mm的圆柱体，虽然工艺设计简单，但不可避免将产生以下缺点：
1）为了适应铝合金顺序凝固原则，在准900 mm平面上必须增加很大的工艺补贴及加工量，给后续机加工带来很大麻烦。

2）在很大尺寸范围内改变了铸件结构。

3）产品尺寸及重量大，本以接近单位铸造铝合金生产的极限，如果选择调整铸件壁厚，势必在原来铸件重量的基础上额外再增加重量，进一步增加了熔化操作难度和安全生产隐患。

如果选择砂芯结合实样块形成准280 mm×150 mm的圆柱体，虽然工艺设计相对要复杂，但是可以避免以上缺点。

3、零件铸造工艺设计
3.1 模型及砂芯设计
为了节约成本，模型决定采用3块刮板造型，其中2块刮板形成铸件的轮廓尺寸，1块刮板形成冒口外轮廓尺寸。

冒口内轮廓尺寸由砂芯形成，砂芯中要求作出准280 mm×150 mm的圆柱体实样块；砂芯采用吊芯，且要求有芯骨，以方便砂芯吊装和搬运，以及合箱时测量铸件壁厚的均匀。

3.2 冒口设计
按照铝合金冒口的设计原则，冒口必须将其设置于铸件最高最厚之处，最后凝固，设计冒口必须考虑以下工艺因素。

分析认为在φ900 mm大平面放置冒口，有利于比被补缩的厚大部位晚凝固。

同时可以提高合金液的压头，提高补缩效果。

由于有高出的φ280 mm×150 mm的圆柱体，筒体的冒口设计与以往的冒口设计不一样：冒口补缩压头比以往要高，否则会由于补缩压头不够使φ280 mm平面产生缩孔；冒口根部尺寸设计除了考虑根部尺寸必须大于被补缩热节处尺寸，保证具有足够大小的补缩通道外，还必须考虑砂芯的结构尺寸，否则根部尺寸过大，易使砂芯强度不够，浇注时易冲砂；反之根部尺寸过小，易使补缩通道狭窄，最终在大平面上产生缩孔。

综合以上因素，冒口设计为环形，冒口结构与尺寸如图2，砂芯底部尺寸定为75 mm。

图 2 环形冒口
4、加工量设计
φ900 mm大平面和φ280 mm侧面加工余量均设计为9 mm，其目的是解决φ900 mm大平面的夹渣、气孔缺陷，同时避免由于合箱时
误差，造成φ280 mm尺寸偏差。

φ280 mm平面加工余量为12 mm，其目的是解决铸件最高处最易产生的缩孔缺陷。

铸件的其余表面尺寸加工余量均设计为7 mm。

5、浇注系统设计
采用开放式浇注系统，各组元截面之比为：f直∶ f横∶f内=1 ∶3 ∶ 5。

考虑到铸件的高度较大，直浇道在浇注过程中容易使液流速度过快而形成紊流。

为了控制液流速度，保证充型平稳，采用双层分流方式浇注系统：上层主直浇道1根；下层分流直浇道2根，双向横浇道，内浇道8个。

这种设计的优点可以尽量减少氧化渣被卷入型腔，浇注系统的分布如图3。

(a)上层浇注系统示意图（b）下层浇注系统示意图
图 3 浇注系统示意图
6、冷铁设计
设计1#，2#和3#冷铁，1#为平面代用冷铁，2#和3#为成型冷铁，考虑其可操作性，2#冷铁作成6块变壁厚冷铁，冷铁之间间隙取14 mm，3#冷铁为整体冷铁。

由于2#和3#冷铁的激冷作用直接作用于铸件的使用面上，加快了铸件外层的凝固速度，使铸件表层组织致密，解决内腔气密性问题，与冒口配合使用，进一步增强冒口的补缩效果。

铸件浇注温度控制在695~705 ℃。

7、零件工艺设计图
筒体铸件铸造工艺设计总图如图4。

图 4 筒体铸造工艺图
结论
铝合金筒类铸件为常用铸铝件，此类铸件特点是尺寸大，壁厚，重量大，使用过程中对气密性要求高，其内腔不允许有气孔、夹渣及裂纹等缺陷。

经过上述工艺措施连续生产，铸件内外未发现表面夹渣、气孔和缩孔，内腔加工后表面光洁，使用中未发现漏气现象，满足使用要求。

生产证明：对于大型厚壁筒类铝合金铸件铸造工艺设计，采用环形冒口、冷铁、砂芯及合理制定浇注系统等工艺措施，对解决铸件夹渣、补缩、提高内腔气密性问题是切实可行的。

在工艺设计时需综合考虑众多的影响因素，且生产过程需要采取特殊的工艺控制措施，才能保证铸件的质量。

参考文献：
［1］姜希尚. 铸造手册第五卷铸造工艺［m］. 北京：机械工业出版社，1994.
［2］全国铸造标准化技术委员会编. 最新铸造标准应用手册［m］. 北京：机械工业出版社，1994.
［3］吴定涛 . 某大型框架式铝合金铸件工艺改进［j］. 铸造技术，2011，32(11)：1 058-1 060.。