大型鋁合金曲面鑄件的鑄造工藝設計
與鋼鐵材料相比較，鋁合金的質量密度小，越來越受到人們的青睞，特別是在汽車、飛機、輪船上，其用量越來越大。常用的鋁合金鑄件一般為幾kg到幾拾kg，目前有大型化趨勢。由于鋁合金在高溫下易氧化，其鑄造特性也不同于黑色金屬，大型鋁合金鑄件的鑄造工藝有待于進一步。筆者以大型鋁合金曲面鑄件為例，說明厚大型鋁合金鑄件的工藝設計。
一、大型鋁合金曲面鑄件的結構特點及工藝難點
曲面鑄件輪廓尺寸為2622mmX1200mmX300mm，較小壁厚32mm，筋厚40mm，四周法蘭厚94mm，材質為ZL114 A合金，凈重1100kg，其形狀和鑄造工藝。該鑄件下部有28個φ120mm的圓柱形柱腳，柱腳位于井字形筋的交結點上。該曲面鑄件的顯著特點是結構厚大，鑄造工藝的一個技術難點是解決厚大部位容易出現的縮松、縮孔問題。澆注該曲面鑄件約需1500kg鋁液，大量鋁液在由澆包經澆口杯進入鑄型的過程中，會產生大量的二次氧化渣，如何去除氧化渣是個技術難點。在澆注過程中，曲面鑄件上部設置多個大型補縮明冒口，大型鋁冒口的切割是第三個技術難點。曲面鑄件在長度方向上為非對稱結構，在鑄件凝固時，變形應力很大，如何防止變形是第四個技術難點。另外，這種鑄件澆注后的浮箱力也很大，防止浮箱、漲箱也是不可忽視的問題。
二、鑄造工藝設計
由于大型曲面鑄件型體較大，結構較復雜，故采用強度較高的呋喃改性酚醛樹脂砂制造型芯，采用組芯造型。鑄型分上下兩型，中間有36塊砂芯，砂芯通過氣眼向下型排氣。
(φ120mm)，這些部位不允許有縮松、縮孔缺陷，內部組織要求致密，故在工藝設計時，將其放在下部，曲面在上造型。在澆注時，將鑄型遠離直澆道的一頭墊起15°，以鋁液充型平穩和排氣。
1.澆注系統
擴張式澆注系統的優點是金屬液在橫澆道和內澆道中的流速較慢，充型平穩，不易產生紊流，可以防止夾渣和吸氣。
2.冒口與冷鐵
由于曲面鑄件下部有28個φ120mm的高度不等的圓柱形柱腳，要鑄件從上到下組織致密，無縮松，縮孔缺陷，只在曲面鑄件上部設冒口，下部設外冷鐵是不夠的，不能解決中間段的補縮問題。因此，在圓柱體的中段要設置與鑄件材質相同的內冷鐵，即用φ30mm的ZL114 A鋁棒作內冷鐵，從柱腳高的2/3高度向下放置。作為內冷鐵的鋁棒，在使用前需經噴砂和烘干處理，在組型時固定于下型上，以防在澆注時浮起。
對于壁厚超過32mm的曲面部位，為了防止出現軸向縮松，在每個井字形筋中間曲面下部的方形砂芯上端設置1塊外冷鐵，與頂冒口配合可以建立局部冷鐵一冒口的順序凝固。頂冒口為明冒口，在鑄件四周厚94mm的法蘭上設計長方形截面冒口，在井字形筋的交點上設計圓形截面冒口，冒口模數設計為冒口根部模數的1.2~1.5倍，而冒口根部模數為鑄件該處熱節模數的1.2~1.5倍。42個冒口一律采用保溫冒口。
冒口的切割是生產中的一大難題，因為在用火焰切割的過程中會產生大量的氧化渣，切割難度很大。故在工藝設計時采用了易割冒口措施，即在冒口根部放置一過濾網，冒口和過濾網四周用樹脂砂封固，在清理時只要用一重物撞擊冒口，即可將其。
3.合金的熔煉與凈化
澆注合金為ZL114 A鋁合金，采用1.5t的大型熔鋁爐熔煉，并用CaCh和氫氣聯合精煉技術處理，用三元變質劑作變質處理后，于735℃出爐澆注。
由于高溫鋁液與空氣接觸極易氧化而形成Y-Al2O3氧化渣，其密度為3.47g/cm3，單純靠澆注系統的重力分離法是很難去除的。何況在澆注時，高溫鋁液與空氣直接接觸并卷入大量氣體，都可以使鋁液形成二次氧化渣。為了鑄件的力學性能，在高溫鋁液進入型腔之前，進行過濾凈化處理。因此，在工藝設計時，在直澆道與橫澆道交接處放置泡沫陶瓷過濾片。為了在過濾片處不影響金屬液流量，將直澆道與橫澆道交接處的澆道截面積擴大為原橫澆道面積的8倍，單個過濾片的過濾面積同樣也為原橫澆道面積的8倍。
4鑄型的緊固
在大型鑄件，特別是具有大平面鑄件的鑄造過程電浮箱力和脹箱力是不容忽視的，否則輕者跑火，重則使鑄件報廢。
鑄型的上型重約2t，所以要有大于10.7t重的壓箱力才能不出現浮箱。實際上由于有明冒口的作用，所需壓箱力要小于10.7t。為了提高明冒口的補縮效果，澆注后需要用溫度較高的鋁液點澆冒口。如果壓箱物太多，會影響點澆冒口操作。因此，研究設計了如下解決浮箱問題的措施。即，芯骨采用100#槽鋼焊接成具有足夠強度的骨架，制芯合型后，在鑄型四周挖開10處，使其露出部分芯骨，將上下型芯骨焊接成一體。這樣，即使不圍箱，不壓箱，也可以在澆注過程中不浮箱，不脹箱。澆注3天后打箱，使應力緩慢釋放，可以防止變形。
用上述鑄造工藝澆注了6件ZL114 A曲面鑄件，經過清理、劃線、局部探傷檢查和機械加工，全部符合設計和使用要求，在裝機運行中未發現任何缺陷，說明工藝、適用。在大型鋁合金曲面鑄件的鑄造過程中，①采用泡沫陶瓷過濾片去除澆注過程中產生的二次氧化渣，解決了大型鋁合金鑄件的夾渣問題；②采取內冷鐵、外冷鐵及冒口的合理配合使用的措施，解決了厚大鋁鑄件縮松、縮孔問題；③采用易割冒口措施，縮短了清鏟時間，提高了生產效率，為大型鋁鑄件生產積累了經驗。
