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    參考國外設備和工藝對提出低壓鑄造鋁合金車圈若干技術問題予以討論


    近幾年來,國內外低壓鑄造設備和工藝發展很快,五花八門,各有優缺點。國外進口低壓機價格一般為國產機的810倍,當然在質量和性能上比國產機要優越,但在關鍵技術問題上,國產機性能和低壓鑄造工藝完全可以達到和接近國外低壓鑄造水平。筆者在本文中并不就一般低壓鑄造原理和技術進行研討,只是根據近幾年來參加國內許多車圈廠建設和試制的經驗和體會,參考國外設備和工藝,對提出低壓鑄造鋁合金車圈若干技術問題予以討論。

      低壓鑄造設備(1)低壓鑄造機為了水平開模需要,都具有安裝在定模板上的水平芯缸。由于車圈結構特殊,特別是摩托車車圈尺寸大,為保證鑄件不變形,要求水平芯能夠隨低壓機動模板一起運動,在開模后一段行程再抽芯,因此用于摩托車鋁合金車圈的低壓鑄造機most好將水平芯缸固定在動模板上。

     。2)模具快速定位與裝夾,國內低壓機對此問題考慮較少。由于車圈鑄造工藝的特殊性,模具重達1t以上,模具必須預熱、噴涂料、烘烤,模溫高達300350e,因此熱模具快速定位與裝夾固定成為一個難題。筆者在幾家試制工廠中,自行設計裝夾模具小車,定位和裝夾一付1t重模具,在15min內可以完成,澆注第一件。

     。3)低壓機保溫爐密封。目前國內有采用電爐爐體密封(采用石墨坩堝或整體打結爐襯,如J453,石墨坩鋁水,功率60kW),也有采用坩堝密封(如LPN低壓機,由于采用石墨坩堝或打結爐襯,可防止鋁合金增鐵,且坩堝不必頻繁清理、噴刷涂料,優化了生產條件。但爐膛內空間較大,要有相應液面加壓裝置,否則鑄造時增壓時間拖長對鑄件不利。采用坩堝密封則要用鑄鐵或鑄鋼坩堝,長時間保溫容易造成鋁合金增鐵,且每個班次都要清理和更換坩堝。目前國內開始采用鑄鐵坩堝內膛覆以碳化硅陶瓷,可防止增鐵,也不必每班清理噴刷涂料,實為一個進步。坩堝密封容積小,300kg級坩堝,總容積不到0.12m3,增壓速度快,有利提高鑄件質量。國外低壓保溫爐采用爐體密封且可以不開大蓋,在專用加料口增補鋁水。

     。4)保溫電爐電控方式有二位式繼電器控制(一般用一只XCT-101或XMT加一個繼電器即可)和可控硅自動調壓保溫(一般采用一只TA091電子調節器和一只ZK03可控硅調壓器加可控硅即可)。雖然后者比較優越,不僅控溫精確,而且省電,并避免前者繼電器頻繁接通和斷開。

      低壓及差壓鑄造特種鑄造及有色合金2002年壓鑄?療o錫江南冶金工具廠設計和生產的可控硅電控柜質量較好,幾乎不發生任何故障。國外低壓機保溫爐如德國的KurTZGroup,GIMACo無不采用可控硅技術于保溫電爐,國內廠家應盡快將可控硅調壓控溫技術應用于低壓機保溫爐上。

     。5)低壓鑄造機的升液管和保溫套。目前升液管價廉物美的應數球鐵升液管。在球鐵升液管內外噴涂料,每班更換一次,壽命比鋼質升液管好。近來國內發展復合陶瓷升液管(江蘇建湖),升液管內徑不用涂料,但外徑還要涂料,是一大進步,且價格也不算貴。目前,大多數廠已不用電阻絲作保溫套的加熱元件,而采用高溫電熱管或繩形加熱器,使保溫套加熱溫度可穩定在(6)氣體干燥和儲氣罐是絕對必要的。不少地方廠家忽視氣體干燥,引起鋁合金針孔度升級,力學性能下降。且使液面加壓裝置中的澆鑄閥,換向閥生銹,發生故障。氣體干燥可用生石灰或氯化鈣或硅膠加脫脂棉二級干燥,再引入一定容積儲氣罐。

     。7)液面加壓裝置。目前國內液面加壓裝置有很多種,但有一個問題是各種液面加壓裝置設計者所忽視的,也是most難解決的。那就是設計的各種加壓方案(曲線)只能在控制臺上實現,壓縮空氣被引入保溫爐或坩堝內就完全不是預先設計的加壓曲線了,鋁合金液體也不能按原來設想升液、充型和增壓、保壓。most主要原因在于:1穩壓閥和大流量減壓閥流量不足(SQJ-01型大流量減壓閥most大流量僅20m/h)。o管路阻力較大。?保溫爐內空間容積較大。

      筆者曾用幾家液面加壓裝置結合不同保溫爐進行實際測量,在保溫爐內引出氣壓表和記錄儀試驗,發現爐內氣壓到達控制臺上壓力指數時分別延時330s,用一組曲型數據繪制圖1.

      關于爐內實際增壓速度較慢這一點被大多數人所忽視。低壓鑄造件出現眾多缺陷,也少有人考慮增壓不及時的這一因素,甚至在車圈鑄件上被迫加上冒口等等都與增壓不及時有直接關系。筆者提請國內同行高度重視。

      摩托車車圈低壓鑄造模具設計,摩托車車圈的鑄件工藝性審定由于低壓鑄造車圈的合金液總是從輪轂中心引入,經輪輻,流向輪輞,在流動中合金液不斷損失熱量,自然會形成一定溫度梯度。但若輪輞壁厚(加上加工量)大大超過輻板壁厚,就不能形成輪輞而most先凝固,輻板隨后凝固,輪轂再凝固,most后由保溫套中鋁液補縮輪轂的順序凝固方式。一般輪輞設計厚度控制在55.5mm,加上加工量控制在6.57mm內,輻板壁厚6mmmost好。

      模具的選材和壁厚為保證車圈順序凝固,模芯(輻板位置)可采用球鐵QT-600-3,球鐵導熱性較差,導熱率約為25W/(m#e)。

      而形成輪輞的四塊外滑板可采用45號鋼,導熱率約為50W/(m#e)。輪轂部分采用3Cr2W8V耐熱鋼,其導熱率只有45號鋼的一半。在模芯處(輻板位置),模具壁厚要減薄,以減少模具蓄熱能力,提高該處模溫,以形成順序凝固所需溫度場。

      排氣、冷鐵和冒口低壓鑄造時由下至上升液、充型,有利排氣。模具上應相應設計各種排氣設施。頂出桿直徑上留0.1mm間隙;分型面、抽芯滑塊上加工0.10.15mm深的排氣道。憋氣的地方設計可方便拆裝清理的排氣塞,再加上適當涂料,模溫可保證鑄件完全充型,不出現氣窩、欠鑄等缺陷。為防止局部縮孔、縮裂,可設計適當冒口和冷鐵,也可將此處涂料刮掉,加速冷卻。

      縮尺與加工余量縮尺與加工量設計不當不僅造成鑄件肥厚,影響下一步機械加工,更主要會影響鑄件順序凝固次序,造成各種鑄造缺陷。車圈在全金屬模中低壓鑄造,收縮嚴重受阻,故縮尺比一般鋁合金金屬型鑄造時偏小。根據輪特種鑄造及有色合金2002年壓鑄?Y構和尺寸不同,縮尺一般為0.4%0.8%左右。加工余量考慮到車圈要用數控車床加工,加工余量單面不超過1mm,一般0.70.8mm為好。此外還要考慮涂料2.5低壓鑄造模具由于溫度高、尺寸大且動靜模有較大溫度差,動模與靜模之間一般不能使用圓銷,以避免高溫時咬死?稍O計方形導柱和開口銷套。銷與銷套材料應采用GCr15和40Cr,以提高耐磨性。

      模具應設計有冷卻和加熱裝置,并預埋熱電偶配合計算機控制,購買國外設備時可同時購買這方面模具設計的計算機輔助設計軟件。

      目前,我們在設計車圈低壓鑄造模具時,僅根據鑄件結構、鑄件凝固順序要求、合金流動路徑,采用不同導熱率材料,利用鑄件蓄熱能力,設計模具的不同壁厚,甚至局部施放冷鐵和冒口來實現鑄件順序凝固,取得健全的鑄件。

      低壓鑄造鋁合金車圈工藝,模溫與涂料由于輪圈尺寸大、壁。58mm),模具表面溫度模具在鑄造前應仔細噴砂、清理、預熱、噴涂料,并在350e溫度下加熱23h以上。從烘爐中取出到安裝在低壓機上鑄造第一件之間時間不應超過30min,方能保證首件成功。有的工廠將冷模具裝在低壓機上,用柴油噴槍燒,再噴涂料,既傷模具,涂料也不均勻,常常開始時45件都不成功,此法不可取。

      加壓曲線的設計與實現由于摩托車輪圈直徑大(406456mm),所以必須設計成如圖1所示的急速加壓曲線。但由于國內液面加壓裝置實際上不能實現12s內在保溫爐內急速增壓到保壓壓力,我們在液面加壓裝置上略作修改,從氣源另辟一條直通保溫電爐的氣道,它由可調穩壓閥、25.4mm(1in)管路、壓力繼電器和電磁閥組成。在充型完成后由此管道大流量供氣以達到急速增壓目的。

      目前輪圈大都采用ZL101A(相當于美國A356.0和日本Ac4CH)。合金要嚴格控制Fe<0.2%,以保證合金在各種狀態下的延伸率。其次可以考慮應用各種變質劑細化初生相和共晶體?砷L效細化共晶硅,還大大細化初生相A-Al.從低倍金相樣品上,看到合金液經5h保溫后針孔度仍維持在1級水平。

      近年來低壓鑄造鋁合金輪圈,特別是摩托車用鋁合金輪圈發展很快。國內建廠超過百余家,但真正能在技術上過關、批量生產達10萬只/年以上廠家不足10家。有的廠家嫌低壓鑄造工藝復雜,又盲目轉向擠壓鑄造。

      有的在擠壓鑄造上又遇到種種問題,停產或轉產。其根本原因恐怕在于對低壓鑄造中深層次問題缺乏了解和研究,倉促上馬又倉促下馬。應對低壓鑄造設備、模具設計和制造及低壓鑄造工藝有全面認識,深入細致做點工作,才能真正搞好鋁合金輪圈的研制和生產。

    【上一個】 總結鈦合金鑄件的加工規律和經驗對生產具有十分重要的意義 【下一個】 在每個鑄件的鑄造過程中都要涉及幾十種因素的影響

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