u形环框架铸造工艺研究

u形环框架铸造工艺研究

大多数铝合金结构的薄肉装饰。空腔结构复杂，壁厚小，形成难度大，易于去除砂。1铸件工艺要求框架结构如图1所示。这是一个船用铸件,用作其它附件的支撑和连接,要保证其它部件的装配精度,要求具有较高的比强度和稳定性。要求铸件组织致密,不允许有缩孔、缩松、气孔、冷隔、包砂、表面缩陷、变形等缺陷。要求铸件公差等级为CT10。铸件粗加工后须人工时效处理,以便消除内应力,防止铸件变形或冷裂,并提高铸件的力学性能。框架材质为ZL114A,轮廓尺寸为2300mm×570mm×520mm。铸件只有中间和两端处的表面需要机械加工,其余为毛坯。在铸件的中间和两端处设有6根圆棒,一方面可以简化造型,消除热节,另一方面可固定薄片状型芯。棒的两端需要加工,铸件底面还有很多需要加工的小孔,由于孔过小,可不直接铸出。内部空腔扁平且有腹板隔断,型芯制作和安放较为困难。2浇注位置的确定从铸件的结构特点分析,为了方便操作,保证铸件质量和生产效率,将铸件长方向轴线放置在水平位置,浇注位置设置在铸件高度方向的中心位置,如图2所示。这种设置造型面较宽,造型高度降低;砂芯结构简单,制芯时芯盒填砂面宽,型芯装配牢靠。另外,这种设置使得安放浇冒口系统方便。3空腔的砂芯设计根据铸件结构、分型面的选择,共需设置4个砂芯。如图3所示,框架中间部位的空腔用X1芯来形成,这样有利于保证中间圆形腔的圆柱度,在造型过程中也比较方便,安放时也不易造成塌砂现象,另外铸件中部底面处的两个对称小孔和弧面上的对称孔可以直接铸出,也通过此砂芯形成,减少了工作量和材料。X2、X3芯是为了形成框架两边的主要空腔,如图4所示。由于分型面在中间,如果将这两个芯分成上下两层四个型芯来形成这四个型腔,型芯长高比很大,呈扁平状,刚性不足;另外,也不易控制位置的精确度,很容易导致上下型腔大小不一,使中间腹板可能出现偏差。因此,将腹板上下两个型腔采用一个砂芯,用芯头连接在一起,如图4(a)所示。但X2、X3砂芯由于处在上下箱之间,而且中间要有一道贯穿的腹板,要保证型芯不发生错断,仅靠芯头连接是不够的。提前制作的6根圆棒,这些圆棒穿过腹板和铸件外壁,铸入铸件的同时端部形成铸件的一部分,在铸型的相应位置做出芯头以容纳圆棒两端,圆棒上铸出一定的毛刺,以便于砂芯的固定和支撑,如图5所示。同时,这种设置还有一定激冷作用,消除相应部位的热节。另外,为便于中间筋板处在浇注时不发生憋气,在X2、X3砂芯上部放置直径为6mm的钢管,如图4(b)所示。X4芯是为了形成8片状直浇道而设置的。由于直浇道截面相对较小,造型时形成困难,采用此砂芯操作简单,很容易就形成直浇道。即由于型芯位于上箱浇口杯下方,为了固定方便,做成卡脖形状,如图6所示,并与浇口杯套接。4铭文系统4.1浇注系统设计浇注系统的布局影响到浇注系统结构类型,同时对液态金属充型方式、铸型温度分布、铸件质量影响很大。根据该框架的结构以及先行确定的浇注位置和分型面位置,浇注系统采用中注式工艺。又由于铸件较长,且壁较薄,为保证铸件的充型能力,防止局部过热,采用多个内浇道分散注入,直浇道设置在中间,片状多点注入可以防止紊流。直浇道下端分流出两个对称的横浇道,在每个横浇道上均匀布置4个内浇道,浇注系统设置位置如图7所示。4.2浇注系统设计浇注系统阻流截面积及各截面积比要保证液态金属在预定的时间内充满型腔,能够控制金属液通过浇注系统各组元时的流速、流量及充满状态,达到大流量、低流速、平稳地充填。对于铝合金,浇注时流动平稳是最重要的,所以浇注系统设计为开放式和中注式,使用这种浇注系统金属液进入型腔时流速小,充型平稳。另外,为了更好地挡渣,在横浇道处安放薄铁片制成的厚为0.8mm的滤渣网,网孔直径为准2mm。根据经验,截面积比取4。直浇道选取片状多点流入的形式,能使金属液流动分散、平稳,不易引起涡流,有利于防止铸件形成氧化夹渣和气孔。根据经验数据,直浇道采用8个截面积为2cm4.3冷铁的冒口冒口位置选择在铸件热节的上方或侧方,该铸件的平均模数M5凝固过程的一般规律和凝固顺序的确定为u利用相关软件在确定最终工艺前进行铸件充型和凝固过程的模拟分析。考察充型的顺序性和均衡性,温度场在凝固过程中分布与设定是否相符以及产生缺陷的可能性。液态金属的充型过程如图9所示。由于框架结构复杂,壁厚不均,从整个充型过程看,其充填形态表现出复杂多样的特点。从整体上来说,金属液表现为顺序充填,较为平稳。从充型过程温度分布来看,铸件在整个充型过程中的温度分布基本上是纵向下部温度低,上部温度高,横向则是中心温度高,边缘温度低。初始浇注温度为740℃,充型刚结束时的最低温度约为610℃。从各图型腔的温度场可以看出,金属液在浇道附近处的温度稍微高一些。在浇注初期,金属液的温度降比较大,而随着浇注的进行,温度下速率降低,基本处于稳定阶段。即金属液在浇注初期,热量散失相对而言比较严重,而随着充型率(浇注时间)的增加,热量散失相对而言比较小。液态金属的凝固过程如图10所示。整体上看,铸件达到完全凝固时间相对较长,凝固速度比充型要慢的多。铸件在整个凝固过程中的温度分布基本上沿纵向呈现正的温度梯度,符合顺序凝固对温度场的要求。铸件的凝固顺序表现为沿纵向下部先凝固、上部后凝固,横向边缘先凝固中心后凝固,即铸件薄壁处先凝固,壁厚较大处后凝固。由图10分析可知,开始凝固速度较快,随后凝固速度减小,最后完全凝固并且无缺陷出现,证明此工艺合理。6抗热接口设备(1)采用该工艺能够生产出合格铸件,设计思路对中大型铝合金框架类铸件单件小批生产具有指导意义。(2)片状直浇道能够分散