铝合金铸造工艺设计之重点

铝合金铸造工艺设计之重点

李兴涛

长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 072750

摘要：随着社会经济的不断发展，铝合金锻造工艺也得到很大发展，并且在各种行业中得到广泛应用，本文对铝合金铸造工艺设计之重点进行研究分析，希望能够引起相关人员对铝合金铸造工艺的重视，以供参考。 关键词：铝合金；锻造工艺；设计重点 中图分类号： TU922 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)25-0146-01

1 引言

近年来，我国铸造业正向铸造强国的方向发展，铸造产业也将迎来一次新的变革，在铸造工艺设计上趋向于计算机技术的应用，在铸造材料上也趋于高强度轻量化特点。其中铸造铝合金是我国铸造业重点发展的新型材料，同时它也将被广泛用于其他行业，尤其在汽车、航空等行业，有很大的发展前景。铝合金为传统的金属材料，密度小，强度高，流动性好，熔炼温度低，特别适用干金属型铸造、压铸、挤压铸造。

2 铸造工艺及材料 2.1 铸造工艺

铸造工艺，主要有重力铸造（含倾转型重力铸造）、高压铸造（含高真空压力铸造）及挤压铸造等。重力铸造工艺晶体组织不够致密，且容易产生热节缺陷，但可通过后期热处理提升力学性能指标。

高压铸造工艺液态金属在压力下凝固结晶，晶体组织致密，铸造毛坯力学性能好。但目前国内高真空压铸工艺发展尚未成熟，基本均为普通压铸，而对于较复杂结构件来说，容易产生卷气现象，导致延伸率较低，且无法进行热处理，力学性能得不到进一步提升。

挤压铸造工艺液态金属在压力下凝固结晶，晶体组织致密，铸造毛坯力学性能好，且可以进行后期热处理，进一步提升力学性能指标。

2.2 材料分析

按合金元素分类，铸造铝合金材料主要分为以下4 类：铝硅系合金，流动性好、铸造性能好及气密性好，适用于生产复杂结构件，通过添加镁、铜等合金元素可提高力学性能；铝铜系合金，力学性能高、可焊性好及机械加工性能好，但抗腐蚀性差，容易产生热裂纹，且铸造性能差，适用于生产结构简单、承载较大部件；铝镁系合金，力学性能高，机械加工性能好，但铸造性能较差；铝锌系合金，通过添加硅、镁元素可实现较好的铸造性能和力学性能，但抗腐蚀性较差，且脆性高。

2.3 重要性分析

根据铸件在使用中的重要程度，将铸件分为三类。Ⅰ类铸件：承受重载荷，工作条件复杂，用于关键部位，铸件损坏将危及整机的安全运行。Ⅱ类铸件：承受中等载荷，用于重要部位，铸件损坏将影响部件的正常工作并造成事故。Ⅲ类铸件：承受轻载荷，用于一般部位的铸件。

3 铝合金铸造设计 3.1 铝合金铸造工艺

铝合金铸件的质量与铸造因素、合金加热温度、浇冒口系统、浇口形状等有关，铝合金铸造工艺设计是铝合金铸造生产的基本组成部分和关键环节。长期以来，主要靠工艺设计人员的经验、习惯进行，难以做到最佳工艺设计，也无法准确、动态地进行分析、预示和控制，所以需要使用辅助软件。铸造工艺CAD辅助设计者完成工艺设计和所有绘图工作，方便、快捷、准确地代替人工和个人经验来进行铸造工艺设计，能提高设计人员的工作效率。利用通用的绘图软件自身功能，也可进行铝合金铸造工艺设计。如采用AutoCAD，人们可以完成二维铸造工艺设计。实现红蓝铅笔功能，或利用UG，Pro／E等三维软件完成铸件、铸型（芯）等三维实体的建模。但铝合金铸造工艺设计中，有许多需要查表、计算的地方，而且，每个企业有自己经常使用的铸造工艺，如冒口、浇注系统、冷铁等，形状和摆放位置、方式都相对固定。这些重复性大的工作，可以基于通用绘图软件进行二次开发，以实现专业铸造工艺设计功能。在开发的过程中利用了计算机数据库技术和计算机图形技术，设计人员在CAD平台上绘146 2015年25期

制零件图，然后通过二次开发的一系列算法和程序，以及建立起来的相关数据库，在零件图上将工艺形状逐一添加上去，最终形成所需的铸造工艺图。

3.2 铸件凝固过程

金属凝固过程一般包括前置处理、计算分析以及后置处理。前置处理包括对铸件、砂芯、冷铁以及铸型等的三维建模和网格剖分；计算分析的任务是用有限分析方法（有限元法或有限差分法）对铸件／铸型系统的流动、温度、应力应变等物理场所遵循的数理方程进行数值求解；后置处理模块的功能是将计算结果以曲线、图形、图像以及动画等表达方式直观有效地表达出来。

工艺人员首先根据工艺原则和已有的经验拟定一个原始的工艺方案，将此方案交由软件进行模拟分析，找出该方案可能出现的缺陷，然后对症下药进行改进，得出新的工艺方案，再通过软件进行模拟分析，如此循环，直至得到满意的工艺方案。由于这一过程是在计算机虚拟环境下完成，避免了大量实际生产试验的消耗，因此是一种理想的分析方法。

4 铝合金铸件设计后质量检验方法

铝合金铸件内部质量通俗地讲是指铸件内部缺陷满足相关标准要求的程度。这些缺陷一般包括裂纹、针孔、气孔、缩孔、疏松、偏析及夹杂物，由于这些缺陷的存在，往往会导致铸件的物理性能、力学性能及金相组织发生改变，给铸件的使用带来严重的隐患。因此，内部质量是铸件生产和检验首要的控制因素。

检测具体要求：其一，铸件内部质量的检验首先按铸件图样的技术要求来进行检验；其二，铸件内部不允许有裂纹缺陷；其三，如没有明确的规定，对于针孔缺陷，I类铸件、液压件、气压件应按GB/T11346—1989标准中的2级验收，允许局部有4级针孔，但一般不得超过受检面积的25%。当气密性试验满足设计要求时，允许按3级验收。Ⅱ类铸件按3级针孔验收。

4.1 低倍试样的制备方法

① 金属试样按图样要求取样，一般取铸件厚大的部位。②试样加工后表面粗糙度R a≤1.6μm。③先用汽油、酒精或丙酮清洗试样，然后用10%～15%的氢氧化钠水溶液浸蚀试样，浸蚀温度（25±5）℃，浸蚀时间7～10mi n。④试样浸蚀后，用水清洗，然后用20%～25%的硝酸水溶液去除试样表面的腐蚀膜，再用水清洗并干燥。⑤对照标准级别对试样进行判定。

4.2 X射线无损检验

低倍方法检验的可信度较差，一般进行内部质量检验时，首选X射线无损检验，低倍方法检验作为补充。射线底片的制备需按照JB/T9217—1999《射线照相探伤方法》的要求进行，其底片的黑度在1.5～2.0。从事射线底片评定的人员，必须持有国家有关主管部门颁发的并与其工作相适应的2级或2级以上资格证书。当铸件X射线照相底片上所显示的针孔（圆形）缺陷处于相邻两级之间时，按严重级别评定。

5 结束语

近年来，铝合金铸件的铸造技术得到了很大发展，铝铸件的产量逐年提高，现已在兵器、航空、航天、纺织等领域得到越来越广泛的应用，铸件质量要求也越来越严格。因此，一定要加强铝合金铸造工艺的研究。

参考文献

[1]穆永明，刘科研，王庆亮等.叉形铝合金锻件锻造工艺研究[J].铝加工，2013，（1）：56-58.

[2]刘小华，李凤春.大型厚壁铝合金简体铸件铸造工艺设计[J].铸造技术，2012，（9）.