欧洪荣
广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林 537000
摘要：介绍铝合金薄壁铝合金铸件采用砂型无模铸造的工艺流程及特点，并通过零件结构分析产生冷隔、缩松等缺陷风险，设计了双浇口开放式顶注式浇注系统及内浇口上方设置多处异性冒口。结果表明，双浇口开放顶注重力式浇注可以解决薄壁件砂型浇注产生的冷隔、缩松等缺陷，取得显著的经济效益。
关键词：砂型无模；无模精密成型；凝固收缩
中图分类号：
Sand mold less casting process for thin wall aluminum alloy castings
OU Hong-rong ZHOU Liang-jian FAN Jin-qian
Guangxi?Yuchai?Machinery?Co.?Ltd. Yulin,Guangxi?Province,China，537000
Abstract: The technological process and characteristics of sand mold less casting for thin-walled aluminum alloy castings are introduced. Through the structural analysis of the parts, the risk of defects such as cold shut and shrinkage porosity is caused. The double gate open top injection gating system is designed, and a number of heterogeneous risers are set above the inner gate. The results show that the double gate open top pouring gravity pouring can solve the defects of cold shut and shrinkage caused by sand mold pouring of thin-walled parts, and obtain significant economic benefits.
Key words: Sand mould without mould；Dieless precision forming；
Solidification shrinkage
1引言
节能减排和轻量化是目前发动机制造行业不断追求的目标，目前大多数柴油发动机的零部件都是由铸铁材料铸造而成。改变传统零部件材料及减少壁厚是轻量化的有效途径。本文介绍了材质由铝合金代替传统铸铁、壁厚≤4mm的大型油底壳的砂型无模铸造工艺，通过实践证明，砂型无模铸造的工艺用于生产铝合金薄壁件是可行的，并取得显著的效果。
2 大型油底壳产品结构特点
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大型油底壳铸件如图1所示，铸件是框式大面积平板薄壁件结构,外形尺寸为1300mm×600mm×150mm，厚度为3.5～24 mm，铸件大面积平板厚度为4 mm。
3、砂型铸造存在缺陷分析及解决措施
砂型无模铸造不同于金属型模具铸造，砂型无模铸造存在以下缺陷风险：
（1）因为铸件超长，底部大面积平板壁厚只有4mm,已砂芯变形，造成铸件底部壁厚偏薄。
（2）砂型散热慢，由于铸件超长,底部壁厚偏薄, 凝固过程收缩壁厚不均匀。特别是铸件壁厚大处因凝固缓慢，容易产生缩松。
（3）因为砂型是直接打印成型，砂型表面粗糙，影响充型速度，容易产生冷隔。
（4）组芯过程中散砂掉入型腔导致铸件在浇注过程中容易出现的缺陷[1]。
基于以上缺陷分析，工艺上采取如下解决方案：
（1）在较大以及后的位置放置冷铁，有利于加速冷却，防止缩松[1]。
（2）改善排气系统，使型腔内气体顺利排出，加快充型速度[2]。
（3）砂型内部涂刷铸造用涂料，改善铸件表面质量。
3 铸造工艺设计
3.1铸造工艺方案的制定
根据铸件结构模型特征及现有生产条件，用无模铸造工艺代替传统的用模具制造的铸造工艺，砂型全部采用减材技术成型，整个铸型由上下两个大砂型组成。
3.2浇注系统设计
采用开放式浇注系统，直浇道、横浇道、内浇道的横截面比越来越大，使得金属液不容易充满浇注系统，充型会比较平稳[3]，常用于非铁合金，球铁以及铸钢等容易氧化的金属铸件[4]。
根据铸件结构特点，采用双浇口顶注重力式浇注系统，便于型腔内部气体排出，有利于金属液体快速充型。同时利用内浇口处温度较高的特点在内浇口上根据零件形状设置异性冒口，对铸件进行补缩。在铸件的肥厚处加入冷铁，能有效消除热结，防止缩松等铸造缺陷发生。
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3.3制芯工艺
制芯采用砂型无模铸造的数字化无模铸造精密成型技术，简称为砂型铣削技术，原理是将预先制造好的砂坯按3D数模导入加工软件中生成NC程序。加工成砂型砂块。加工原理与加工中心切削金属原理一样。为了确保砂型的强度及发气量，砂坯采用高强度的复合自硬砂制造。
采用数字化无模铸造精密成型技术制造砂型技术优势见下表：
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3.4 砂型装配及浇注
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砂型制造完成后，在砂型型腔内部刷涂铸铝专用涂料并烘干，如图4所示，整个铸型由上下两个大砂型组成。
浇注工艺：铸件材质ZL106,浇注温度控制700℃-710℃，采用双包同时浇注，浇注时间控制在20S以内。
4 试验结果
铸件经检测，硬度70-90HBS,力学性能：抗拉强度≥175MPa，伸长率＞1%，铸件表面无明显缺陷，轮廓清晰，尺寸精度达到产品要求，通过煤油试漏，没有发现漏点，表明此工艺方案可行。
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5、结束语
实践表明，铝合金薄壁铸件用砂型无模制造是可以实现的，通过对铸件结构分析，采用双浇口顶注重力浇注系统、内浇口上方处设置冒口、合理设置冷铁等措施，确保金属液在充型过程快速平稳，排气顺畅。使用复合自硬砂，确保砂型强度及发气量，保证铸件的质量及精度，降低制造成本。
参考文献：
[1] 冉孟春，赵英杰 铝合金壳体的铸造工艺难点分析及解决方案[J]
热加工工艺，2014，43（15），：89-91
[2] 吕登红，苏广才 大型船用柴油机复杂气缸盖的铸造工艺[J]，热加工工艺，2010，39（15）：71-73
[3] 中国机械工程学会铸造专业学会. 铸造手册：第5卷铸造工艺[M]. 北京：机械工业出版社，1994:92-100.
[4] 李晨希. 铸造工艺设计及工装设计[M]. 北京：化学工业出版社，2014