鋁合金鑄件冒口尺寸與補縮距離的影響因素

鋁合金鑄件冒口尺寸與補縮距離的影響因素

1影響銷大小的因素1.1冒口尺寸的影響（1）晶體間隔寬的晶體（如a1-cu和a1-mg）通常是枝狀（或粥狀）結(jié)晶的。在晶體硬化過程中，這種結(jié)晶會阻礙進一步收縮，因此在實際工藝設(shè)計和生產(chǎn)中需要很大的可靠性標準。相反，由于晶體間隔狹窄（例如a1-si）鑄造所需的洞尺寸相對較小。(2)本體所需補縮量大的厚大鑄件,需要較大的冒口尺寸;反之,所需冒口尺寸較小。(3)鑄造工藝為順序凝固并要求較長的補縮距離時,需要較大的冒口尺寸;反之,需要較小的冒口尺寸。對于補縮量大又要求有較長的補縮距離的移出冒口(通過補縮通道對鑄件進行補縮的冒口),需要更大的冒口尺寸。(4)冒口與冷鐵聯(lián)用時,冒口尺寸可適當減小。1.2冒口高度mm鋁合金鑄件冒口尺寸可按圖1所示確定。圖中D為冒口直徑(mm),dy為熱節(jié)圓直徑(mm),H為冒口高度(mm),h為冒口頸高度(mm);其中D=(1.2~2)dy,H=(1.2~2)D,h=5~8。筆者在實踐工作中統(tǒng)計并總結(jié)發(fā)現(xiàn),冒口直徑D是鑄件需補縮處熱節(jié)圓直徑dy的1.2~4.0倍,即冒口尺寸系數(shù)為K=1.2~4.0。2影響語言恢復(fù)距離的因素2.1冒口補縮距離(1)與合金的凝固特性有關(guān)。層狀結(jié)晶的共晶型鋁合金的冒口補縮距離大于枝狀(或粥狀)結(jié)晶的固熔體型鋁合金;結(jié)晶間隔窄的鋁合金的冒口補縮距離大于結(jié)晶間隔寬的鋁合金。(2)與鑄件本體所需補縮量大小有關(guān)。外廓尺寸較小、壁厚較薄的鑄件所需補縮量小,通常冒口補縮距離較長;反之,厚大件所需補縮量大,通常冒口補縮距離較短。(3)與鑄型熱分布及型腔過熱程度有關(guān)。有利于順序凝固的型腔熱分布的工藝設(shè)計,可使冒口補縮距離延長;反之,導致型腔過熱的鑄造工藝設(shè)計,可使冒口補縮距離縮短。(4)鑄件型腔具有冷端效應(yīng)的(或因設(shè)置冷鐵;或因鑄型工藝結(jié)構(gòu)所致)會使冒口補縮距離延長。(5)與鑄件澆注工藝(如:澆注溫度、澆注速度等)有關(guān)。鑄件澆注溫度偏高會造成鑄件總體補縮量增大,從而使冒口有效補縮距離縮短;反之,較低的澆注溫度會延長冒口有效補縮距離。一般厚度鑄件采用頂冒口工藝時,宜快澆,特別是底注式澆注系統(tǒng),否則會嚴重影響冒口補縮效果,從而縮短其有效補縮距離;反之,厚大實體鑄件宜頂注慢澆,以形成下低上高的溫度梯度,利于鑄件自上而下的型內(nèi)自我補縮,從而減輕鑄件對冒口的補縮需求,延長冒口有效補縮距離。2.2冒口有效補縮距離鋁合金鑄件冒口的有效補縮距離可參照圖2確定。冒口補縮距離可以用如下公式表示。式中:L為冒口有效補縮距離,mm;F為冒口補縮距離系數(shù);T為鑄件熱節(jié)厚度,mm。不同的合金類可選取不同的F值,共晶型合金鑄件的冒口有效補縮距離L=4.5T,非共晶型合金鑄件的冒口有效補縮距離L=2T。由式(1)可得冒口補縮距離系數(shù)F的計算方法從式(2)中可以看出,補縮距離系數(shù)與鑄件熱節(jié)厚度T成反比關(guān)系,即鑄件熱節(jié)厚度越大,冒口有效補縮距離相對越短;反之,鑄件熱節(jié)厚度越小,冒口有效補縮距離相對越長。就筆者的實踐統(tǒng)計總結(jié)表明,冒口有效補縮距離系數(shù)范圍很寬F=1.5~28(文獻中F=2~4.5)。合理的鑄型熱分布可使冒口有較補縮距離明顯延長,型腔嚴重過熱或鑄件熱節(jié)厚度加大,會使冒口有效補縮距離縮短,甚至導致冒口根部嚴重過熱而產(chǎn)生縮松現(xiàn)象。特別是平板類鑄件,如采用在平面上加放頂冒口的鑄造工藝,更應(yīng)注意鑄件的嚴重過熱對有效補縮距離的影響。3關(guān)于金屬加工的實踐研究下面列舉兩種不同鑄件及鑄造工藝對冒口補縮距離的影響。3.1澆注系統(tǒng)截面積鑄件名稱:連接板。材質(zhì)為ZL101-T4,澆注溫度為710~720℃(較快速度澆注),鑄件重12.8kg,帶澆冒口重23kg,鑄件工藝出品率為55.65%,澆注系統(tǒng)截面積:ΣF直=7.8cm2、ΣF橫=15.6cm2,ΣF內(nèi)=25.2cm2。3.1.1鑄造工藝改進鑄件原鑄造工藝方案系在鑄件大平面上橫向排了四個70mm×50mm×150mm冒口,左右方向上兩個冒口間的間距為180mm,中間設(shè)置30mm×20mm條形冷鐵;前后方向上兩個冒口間的間距為125mm,中間設(shè)置30mm×20mm條形冷鐵。鑄件澆注打箱后,發(fā)現(xiàn)冒口根部存在不同程度縮松缺陷。分析認為,鑄件壁厚較大,所需補縮量大,加之鑄型過熱,導致冒口有效補縮距離縮短,補縮不足,出現(xiàn)縮松缺陷。改進后的連接板鑄件鑄造工藝方案見圖3。改進后的工藝是在原鑄造工藝基礎(chǔ)上增加兩個70mm×50mm×150mm冒口,重新排列冒口位置和方向,其余工藝要素不變。改進的工藝方案目的是改變鑄型過熱和冒口補縮距離不足的狀況,提高鑄件質(zhì)量。采用改進后的鑄造工藝試鑄該連接板,試鑄件縮松缺陷消除,表明改進后的工藝符合實際要求。3.1.2冒口厚度計算先計算出連接板鑄件的冒口尺寸系數(shù)K。鑄件熱節(jié)圓直徑dy=T=30mm,冒口尺寸系數(shù)K=B/T=50/30=1.67,其中B為冒口厚度(mm),T為鑄件熱節(jié)厚度(mm)。連接板鑄件原鑄造工藝方案預(yù)期的冒口補縮距離系數(shù)為F=L/T=(125/2/30)~(180/2/30)=2.08~3.0。改進后的鑄造工藝方案冒口有效補縮距離系數(shù)F=L/T=82/2/30=42.5/30=1.42。3.2工藝改進方案鑄件名稱:支架。材料為ZL101,澆注溫度為700~710℃,鑄件重6.2kg,帶澆冒口重:方案1為10.2kg,方案2為8.6kg。鑄件工藝出品率:方案1為61%,方案2為72%。澆注系統(tǒng)截面積:ΣF直=4.9cm2、ΣF橫=7.8cm2、ΣF內(nèi)=8.4cm2。3.2.1鑄造工藝方案2該鑄件采用兩種鑄造工藝方案進行試鑄,方案1為平澆,方案2為鑄型傾斜5°左右澆注。方案1采取中速澆注,一次性澆滿型腔和冒口。方案2采取先快后慢澆注,待冒口內(nèi)金屬液升至上箱高度2/3時,停止?jié)沧?接著用坩堝內(nèi)新鮮高溫金屬液沿冒口周邊回轉(zhuǎn)補注,直至注滿,注意觀察冒口液面變化,待液面整體降至靜止不動時,再沿冒口周邊補滿金屬液,待液面縮陷后再次補注,直至凝固。鑄件鑄造工藝方案2的工藝圖見圖4,工藝方案1為對稱的兩組澆注系統(tǒng),澆冒口尺寸與工藝方案2相同。以工藝方案1和工藝方案2兩種鑄件工藝方案進行試鑄,都未見鑄造缺陷,用戶滿意。鑄件正式投產(chǎn)時采用圖4所示鑄造工藝方案2工藝進行生產(chǎn)。3.2.2鑄件凝固工藝方案支架鑄件兩種鑄造工藝方案的冒口尺寸都為Φ65mm,鑄件最大熱節(jié)圓為Φ22mm,冒口尺寸系數(shù)K=D/dy=65/22=2.95。鑄件兩種鑄造工藝方案都為順序凝固工藝,方案1為鑄件局部順序凝固;方案2為鑄件整體順序凝固。鑄件需補縮部位有兩個壁厚(17mm和12mm),故在計算冒口有效補縮距離系數(shù)時應(yīng)以鑄件平均壁厚進行計算更為合理。則,方案1中冒口有效補縮距離系數(shù)F=L/T均=406/2/[(17+12)/2]=203/14.5=14;方案2中冒口有效補縮距離系數(shù)F=L/T均=406/14.5=28。3.3型腔企業(yè)中國機械鑄造工藝從建筑材料工藝角度設(shè)計在案例一中,經(jīng)過鑄件型腔向冒口輸送金屬液的鑄造工藝,會不同程度地增加型腔過熱傾向,冒口越多越大,型腔過熱程度越嚴重。在案例二中,不通過鑄件型腔向冒口輸送金屬液的鑄造工藝,不會增加型腔過熱。上述兩種鑄件鑄造工藝案例表明,不同的鑄件或相同的鑄件在不同的鑄造工藝條件下,可得到不同的冒口有效補縮距離,而且差距甚大,采用先進合理的鑄造工藝,可提高鑄件工藝出品率。4頂冒口工藝(1)優(yōu)先采用移出冒口(特別是平板類鑄件),內(nèi)澆道通過移出冒口的補縮通道向鑄件型腔輸送金屬液,不僅可以減輕型腔過熱,建立合理的順序凝固條件,還可相對提高冒口內(nèi)金屬液溫度,從而提高冒口補縮效果和有效補縮距離。(2)采用頂冒口工藝時,在確保鑄件得到充分補縮前提下,盡量減少頂冒口數(shù)量和減小冒口尺寸或增加內(nèi)澆道數(shù)量,以減輕或分散型腔局部過熱程度。(3)在金屬液通過量大的型腔流路上,該部位鑄件的凝固速度比型腔其他部位慢,可設(shè)置冷鐵以減輕該處型腔過熱程度,必要時應(yīng)設(shè)置冒口以消除疏松。(4)將鑄件頂冒口設(shè)置在鑄件厚大凸塊近側(cè),并使金屬液從冒口一側(cè)流入鑄件型腔,同時在厚大凸塊上設(shè)置冷鐵,不僅有效減輕凸塊處型腔過熱,又可防止厚大凸塊根部產(chǎn)生縮松現(xiàn)象。5冒口有效補縮距離(1)凡采取經(jīng)過鑄件型腔向冒口輸送金屬液的鑄造工藝,應(yīng)向中下限選取冒口尺寸系數(shù)和冒口有效補縮距離系數(shù),通常這類鑄造工藝冒口的有效補縮距離較短,冒口數(shù)量較多,鑄件工藝出品率較低。(2)凡采取不通過鑄件型腔向冒口輸送金屬液的鑄造工藝,向中上限選取冒口尺寸系數(shù)和冒口有效補縮距離系數(shù),通常這類鑄造工藝的冒口數(shù)量較少,冒口尺寸較大,冒口補縮距離較長,鑄件工藝出品率較高。(3)所需補縮量大的厚大鑄件,向中上限選取冒口尺寸系數(shù),向中下限選取冒口有效補縮距離系數(shù);所需補縮量小的鑄件,向中下限選取冒口尺寸系數(shù),向中上限選取冒口有效補縮距離系數(shù)。(4)在鋁合金鑄件鑄造工藝設(shè)計中,具體冒口尺寸系數(shù)和冒口有效補縮距離系數(shù)大小的選定,還應(yīng)綜合考慮影響冒口尺寸大小的主要因素,綜合考慮影響冒口有效補縮距離的主要因素,并結(jié)合實踐工作經(jīng)驗作出最后決定。6完善鑄造工藝根據(jù)鑄件總體鑄造