鋁合金重力鑄造綜述目錄鋁合金重力鑄造綜述1.概述：---------------------------------------------------42.鋁合金鑄件金屬型重力鍛造工藝技術(shù)------------------------5

2.1鋁合金鑄件金屬型鍛造工藝設(shè)計---------------------------52.1.1鑄件澆注位置-------------------------------------------52.1.2澆冒系統(tǒng)---------------------------------------------52.1.3砂芯的定位方式---------------------------------------62.1.4模具工作溫度-----------------------------------------62.1.5模具的構(gòu)造設(shè)計---------------------------------------62.1.6鋁合金澆注溫度、澆注速度----------------------------62.2鋁合金金屬型設(shè)計及材料---------------------------------7

2.2.1金屬型設(shè)計及制造-------------------------------------72.2.2金屬型材料-------------------------------------------72.3鋁合金重力鍛造制芯工藝--------------------------------72.3.1熱芯-------------------------------------------------82.3.2殼芯------------------------------------------------82.3.3冷芯------------------------------------------------93.鋁合金鍛造工藝性能--------------------------------------103.1流動性-------------------------------------------------103.2收縮性-------------------------------------------------103.2.1體收縮-----------------------------------------------113.2.2線收縮-----------------------------------------------113.3熱裂性------------------------------------------------113.4氣密性------------------------------------------------123.5鍛造應力-----------------------------------------------123.5.1熱應力-----------------------------------------------123.5.2相變應力---------------------------------------------123.5.3收縮應力---------------------------------------------123.6吸氣性------------------------------------------------124.金屬型重力鍛造的優(yōu)缺點---------------------------------13

4.1優(yōu)點--------------------------------------------------134.2缺點--------------------------------------------------135.金屬型鑄件常見缺點及防止------------------------------13

5.1針孔------------------------------------------------135.2氣孔------------------------------------------------145.3氧化夾渣--------------------------------------------145.4熱裂------------------------------------------------145.5疏松-------------------------------------------------146.鋁合金金屬型鍛造設(shè)備及自動化--------------------------156.1金屬型鍛造設(shè)備---------------------------------------156.2金屬型鍛造自動化生產(chǎn)線-------------------------------156.3重要重力鍛造設(shè)備介紹-----------------------------156.3.1J34-6水平重力鍛造機------------------------------156.3.2傾轉(zhuǎn)式重力鍛造機---------------------------------166.3.3Loramendi制芯機--------------------------------16～197.鋁合金鑄件典型工藝介紹--------------------------------197.1鋁合金薄壁件---------------------------------------197.1.1復雜鋁合金薄壁件的基本概念及特性------------------197.1.2有色合金復雜薄壁件成型的基本規(guī)定------------------207.2TA1鋁缸蓋鍛造工藝探討-----------------------------21參考文獻------------------------------------------------221、概述：從近幾年全球工業(yè)發(fā)展來看，轎車工業(yè)是鍛造工業(yè)的最大顧客。特別是在我們國家隨著人民生活水平的日益提高，對轎車的需求量越來越大，這樣就更充足的增進了鍛造技術(shù)的進步?，F(xiàn)在，能源問題和環(huán)境問題日益突出，零件輕量化技術(shù)受到各國的重視，為了減少燃料消耗、減少環(huán)境污染，轎車鑄件朝著輕量化、精確化、強韌化和復雜化方向發(fā)展。美國新一代汽車研究計劃的目的是在汽車每100公里油耗要減少到3升。汽車重量減輕10%可使燃燒效率提高7%，并減少10%的污染。為了達成這一目的，規(guī)定整車重量減輕40%-50%，其中車體和車架的重量規(guī)定減輕50%，動力及傳動系統(tǒng)減輕10%。美國福特汽車公司新一代汽車中鋼鐵材料用料將大幅度減少，而鋁及鎂合金用量明顯增加，鋁合金將從129公斤增加到333公斤。據(jù)專家預測，到74%的汽車發(fā)動機缸體及98%的缸蓋將用鋁合金鍛造。鋁合金鑄件產(chǎn)量從1995年的640萬噸增加到1999年的790萬噸，，預計到將提高到1200萬噸的水平。在近些年內(nèi)，鋁鑄件將按每年150萬噸的速度遞增。以汽車工業(yè)為代表的交通運輸業(yè)為鋁鑄件的消耗大戶，大量的鋁鑄件已經(jīng)擴展到汽車發(fā)動機的生產(chǎn)方面。中國在汽車生產(chǎn)方面的勢頭強勁，鋁鑄件的需求量正處在激增狀態(tài)。而汽車發(fā)動機上的重要鋁合金零部件都采用的重力鍛造工藝進行生產(chǎn)，如鋁缸蓋、進氣歧管等。近年來，中國從國外大量引進新材料、先進的設(shè)備、先進的工藝，中國的鋁鑄件的增加已名列前矛。

重力鍛造是指金屬液靠本身重力作用下澆入模型獲得鑄件的工藝辦法。廣義的重力鍛造涉及砂型鍛造、金屬型鍛造、熔模鍛造、消失模鍛造，泥模鍛造等；窄義的重力鍛造專指金屬型鍛造。

鋁合金鑄件金屬型重力鑄鍛造造辦法由于其生產(chǎn)率高、勞動環(huán)境清潔、鑄件表面光潔和內(nèi)部組織致密等優(yōu)點而被廣泛應用。特別是汽車發(fā)動機部件，日、美、英、德和意等工業(yè)發(fā)達國家諸多采用金屬型重力澆注辦法生產(chǎn)汽車發(fā)動機鋁缸體、鋁缸蓋、進氣歧管和鋁活塞等。近幾年，我國許多廠家也引進先進金屬型設(shè)備或自制設(shè)備生產(chǎn)汽車發(fā)動機缸蓋、進氣管和活塞等鋁鑄件。金屬型鑄鋁技術(shù)也廣泛應用于航空、航天、高壓電器、電力機械以及儀器儀表等行業(yè)。鋁合金鑄件重力鍛造與其它某些鍛造辦法（壓鑄、低壓鍛造和砂型鍛造等）相比重要含有以下幾方面的優(yōu)勢：

a、幾何尺寸和金相組織等綜合質(zhì)量好。

b、較低壓及高壓鑄造工藝靈活，可生產(chǎn)較復雜鑄件。

c、更有助于大批量生產(chǎn)，實現(xiàn)高度自動化和簡化維修；在同等生產(chǎn)規(guī)模下，與高、低壓鍛造相比，鍛造設(shè)備和金屬型等工裝的一次性投資更低。

但金屬型重力鍛造也存在出品率低、薄壁復雜鑄件澆注困難、鑄件組織密度相對壓力鍛造較低等缺點。

2、鋁合金鑄件金屬型重力鍛造工藝技術(shù)

2.1鋁合金鑄件金屬型鍛造工藝設(shè)計：金屬型鍛造工藝設(shè)計核心是鑄件澆注位置的擬定、澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計、砂芯的定位方式和模具工作溫度的控制和調(diào)節(jié)，以及模具的構(gòu)造設(shè)計，鋁合金澆注溫度、澆注速度等。

2.1.1鑄件澆注位置：它直接關(guān)系到金屬型型芯和分型面的數(shù)量、金屬液導入位置、排氣的暢通程度以及金屬型構(gòu)造的復雜程度等。應指出，擬定澆注位置在很大程度上著眼于控制鑄件的凝固，實現(xiàn)次序凝固的鑄件，可消除縮松、縮孔，確保鑄件的致密性，提高鑄件的質(zhì)量，減少廢品率。因此，鑄件澆注位置是鍛造工藝設(shè)計首先考慮的重要環(huán)節(jié)。

2.1.2澆冒系統(tǒng)：鑄件澆冒系統(tǒng)設(shè)計決定鑄件內(nèi)、外質(zhì)量。澆注系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)定：（a）所擬定的內(nèi)澆道位置、形狀應符合鑄件的凝固原則或補縮辦法。（b）使鋁液流動平穩(wěn)，避免嚴重紊流。避免卷入、吸取氣體和使鋁液過分氧化。（c）鋁液進入型腔時線速度不可過高，避免飛濺、沖刷砂芯。（d）確保型內(nèi)鋁液液面有足夠的上升速度，以免形成夾砂、冷隔等鍛造缺點。澆冒系統(tǒng)應含有擋渣、排氣和補縮功效，同時應確保鑄件合理的凝固、冷卻溫度場。對的、合理的澆冒系統(tǒng)要根據(jù)鑄件不同的構(gòu)造，合理的計算直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道間的截面積比，通過計算機模擬可直觀地預測鑄件凝固過程溫度場，顯示鑄件可能產(chǎn)生縮松（孔）的危險部位，從而指導工藝設(shè)計，并通過調(diào)節(jié)澆冒系統(tǒng)構(gòu)造和尺寸、金屬型構(gòu)造、控制冷卻速度或調(diào)節(jié)涂料層厚度等手段調(diào)節(jié)溫度場、消除鍛造缺點。如采用底注式澆注的汽車發(fā)動機鋁缸蓋的毛坯，盡管采用在上部設(shè)立幾乎超出鑄件重量的大冒口和底部強制通水冷卻的工藝方法也難以調(diào)節(jié)合理的次序凝固的溫度場，難以消除底部內(nèi)澆口周邊過熱而造成的縮松缺點。通過實驗，將鋁液從缸蓋頂部冒口處直接注入，鋁液通過陶瓷過濾網(wǎng)凈化后進入型腔，這種頂注式的鍛造方式確保了鑄件合理的冷卻梯度，即自下而上的次序凝固方式，使鑄件上部的冒口真正的起到了對鑄件補縮的作用，消除了縮松缺點，缸蓋成品率明顯提高。英國Foseco公司曾對兩種澆注辦法做過具體的研究和對比實驗工件，并稱后者為DYPUR法。該法使型簡化、緊湊，節(jié)省鋁液，鑄件成品率高。采用該法即使由于鋁液有較高落差造成的少量夾雜缺點，對鑄件的力學性能和氣密性影響也不大。固然，澆冒系統(tǒng)的開設(shè)位置、構(gòu)造和尺寸大小除考慮鑄件凝固溫度場外，還需兼顧型復雜程度，金屬液充型與否平穩(wěn)，與否含有擋渣和排氣等功效。

2.1.3砂芯的定位方式：砂芯的定位是指重要的芯頭部分，對芯頭的規(guī)定重要是固定砂芯，使砂芯在模具中有精確的位置，并能承受砂芯重力及澆注時鋁液對砂芯的浮力。使之不被損壞；芯頭應能及時排出澆注時所產(chǎn)生的氣體至模具外面。同時要考慮下芯方便，芯頭應有適宜的間隙和拔模斜度。

2.1.4模具工作溫度：模具各部分的溫度差別對鑄件冷卻的溫度場有著重要的作用。對于鑄件局部厚大的部位，在模具的對應位置設(shè)立水冷和風冷系統(tǒng)，是為了確保該區(qū)域保持正常的工作溫度，提高生產(chǎn)效率，同時消除過熱，確保正常的冷卻溫度場。另外，對于局部厚大熱節(jié)部位還可鑲嵌熱導率高或蓄熱量大的金屬嵌塊或調(diào)節(jié)涂料層厚度和涂料種類以確保鑄件形成合理的冷卻溫度梯度，消除局部縮松（孔）缺點。2.1.5模具的構(gòu)造設(shè)計：（a）模具各部分之間的限位要合理。（b）砂芯的定位要盡量設(shè)計在固定模塊上，以確保鑄件尺寸的精度。（c）要在芯頭的適宜位置加抽氣、排煙系統(tǒng)，以使?jié)沧⑦^程中砂芯所產(chǎn)生的氣體較好的排出；在不影響鑄件形狀的狀況下，可做部分敞開式芯頭定位。（d）在模具的適宜位置設(shè)立冷卻系統(tǒng)，以滿足鑄件的凝固規(guī)定。（e）根據(jù)模具材料的規(guī)定計入縮尺和配合間隙。（e）普通模具上抽模塊用的油缸要加冷卻裝置，避免烘烤模具或澆注過程中油缸過熱而損壞。2.1.6鋁合金澆注溫度、澆注速度：澆注溫度對鑄件質(zhì)量有很大的影響。澆注溫度低，金屬液黏度大，流動性差，充滿鑄件型腔比較困難，鑄件容易產(chǎn)生冷隔、澆局限性、氣孔、夾渣等缺點。澆注溫度太高，金屬液液態(tài)收縮增大，含氣量較多，因而鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、氣孔、粘砂、裂紋及嚴重氧化等鑄件缺點。適宜的澆注溫度要根據(jù)合金的成分和鑄件的重量、壁厚、復雜程度等因素綜合考慮擬定。澆注速度是指澆注時充型的時間長短。較高的澆注速度，可使金屬液快速充滿型腔，減少氧化，鑄件各部分溫度均衡，有助于同時凝固。但過高的澆注速度，易引發(fā)沖砂，型腔內(nèi)的氣體不能及時排出，易產(chǎn)憤怒孔等。較低的澆注溫度，增大鑄件各部分的溫差，有助于定向凝固，實現(xiàn)冒口補縮，消除鑄件縮孔等。但金屬液與空氣接觸時間過長，氧化加重，溫度減少，易產(chǎn)生夾渣、粘砂、冷隔、澆局限性等缺點。因此在生產(chǎn)中要根據(jù)鑄件的構(gòu)造和技術(shù)規(guī)定，適宜的選折澆注溫度和澆注時間，也可借助于計算機模擬技術(shù)先擬定對應的范疇作為指導，盡而在工藝調(diào)試過程中進行調(diào)節(jié)，獲取對的的數(shù)據(jù)。

2.2鋁合金金屬型設(shè)計及材料

2.2.1金屬型設(shè)計及制造好的金屬型設(shè)計和制造技術(shù)是滿足工藝設(shè)計、適應大批量、高質(zhì)量鑄件生產(chǎn)的核心。金屬型設(shè)計重要涉及金屬型構(gòu)造、排氣系統(tǒng)、鎖緊機構(gòu)，冷卻系統(tǒng)、連接機構(gòu)以及鑄件頂出機構(gòu)。合理的鍛造工藝和金屬型設(shè)計只有通過先進的金屬型加工制造技術(shù)來體現(xiàn)。

2.2.2金屬型材料適宜制造金屬型的材料應含有足夠的高溫強度、一定的熱穩(wěn)定性和熱疲勞強度以及足夠的強韌性。國內(nèi)普通用鑄鐵、模具鋼作為鋁合金金屬型模具材料，平均壽命30000～60000次左右；現(xiàn)在我們普通采用美國鋼鐵學會（AISI）分類的H-13，相稱于國內(nèi)4CrMoVSi鋼。這種鋼含有較高的熱強度和硬度，還含有較高的耐磨性和韌性，用它作模具，其鑄件尺寸穩(wěn)定、模具壽命長。固然，模具的壽命除與材質(zhì)有關(guān)外，還與模具構(gòu)造、鍛造合金的材料、操作和管理等因素有關(guān)。

2.3鋁合金重力鍛造制芯工藝鋁合金重力鍛造重要有砂型和金屬型兩種形式，批量大的鑄件重要已金屬型為主。金屬型重力鍛造所使用的砂芯重要有熱芯、殼芯和冷芯三種類型。2.3.1熱芯：熱芯盒制芯工藝是在原砂中加入適量的樹脂與固化劑，通過混砂劑充足混合后，通過熱芯制芯機射入熱芯盒中，在煤氣或電加熱的狀況下，樹脂由線型構(gòu)造交聯(lián)成體型構(gòu)造而固化。熱心盒制芯工藝：（a）芯盒溫度：砂芯的硬化溫度取決于所選的樹脂和固化劑，同時也與砂芯的大小和形狀有關(guān)。普通芯盒溫度控制在200～260℃。溫度低硬化慢，溫度過高又會造成砂芯表面焦化。小砂芯芯盒溫度可取200～220℃，較大砂芯芯盒溫度可取220～250℃。溫度的選擇恰當與否可通過砂芯表面顏色及出芯時的結(jié)殼厚度來判斷。（b）射砂時間：普通為0.5～1s。（c）硬化時間：硬化時間重要取決于砂芯的截面大小，小砂芯普通在30s內(nèi)，中檔砂芯在60s左右，截面厚至50mm的大砂芯也不應超出120s。由于砂芯被頂出芯盒后可運用余熱繼續(xù)固化，，因此硬化時間可控制在砂芯可完整頂出不變形，冷卻后內(nèi)部無未硬化的芯砂即可。普通經(jīng)驗控制砂芯硬化厚度達砂芯厚度的二分之一既可出芯，但是有的厚大砂芯需要硬化厚度達成其尺寸的70%。當砂芯硬化不佳時可適宜延長硬化時間而不是提高芯盒溫度。（d）射砂壓力：射砂壓力0.3～0.6Mpa，樹脂砂流動性好可選用較低的射砂壓力，反之則應選用較高的射砂壓力，以確保砂芯的緊實度和強度。射砂壓力越高，射頭及芯盒的磨損也隨之加劇。（e）砂芯寄存期：熱芯盒砂芯易受潮，制好的砂芯不適宜久放，最佳不要超出15天。熱芯的優(yōu)點：熱芯盒砂芯制備簡樸、硬化快、生產(chǎn)效率高、常溫強度高、澆注后潰散性好，同時由于生產(chǎn)的砂芯是在芯盒中硬化成形的，能保持從芯盒中取出時的形態(tài)，故能保持較高的尺寸精度。熱芯的缺點：砂芯厚度受限制，特別是截面尺寸有突變時，易出現(xiàn)某些截面硬化過分，而另某些截面硬化局限性的現(xiàn)象，因而砂芯破損率大。由于芯盒需加熱到一定的溫度，因此制作芯盒的材質(zhì)最佳要選用耐熱不易變形的模具鋼，制作工藝相對較復雜。另外，與冷芯盒相比能耗較大。2.3.2殼芯：殼芯是由覆膜砂通過殼芯機射入加熱的芯盒中制作而成。為了確保殼芯的質(zhì)量，除了確保覆膜砂的質(zhì)量之外，還必須根據(jù)每個砂芯的具體狀況來選擇合理的制芯工藝。（a）芯盒溫度：芯盒溫度是影響殼層厚度和強度的重要因素之一，普通控制在230～300℃，并根據(jù)下列原則規(guī)定選定：（1）確保覆膜砂上的樹脂軟化及固化所需的足夠熱量。（2）確保形成需要的殼厚且殼芯表面不焦化。（3）盡量縮短結(jié)殼及硬化時間，以提高生產(chǎn)率。（b）射砂壓力及時間：射砂壓力應根據(jù)砂芯的形狀及復雜程度而定，以能使芯砂緊密地充填芯盒為宜。壓力過高時，易使砂芯出現(xiàn)縮頸和跑砂現(xiàn)象；壓力過低時，砂芯易出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。射砂時間過長，使已結(jié)殼的型殼滑移，造成結(jié)殼很??；時間過短則砂芯不能成形。射砂壓力普通為0.15～0.4Mpa，射砂時間普通控制在3～10s。（c）硬化時間：為了使砂殼充足硬化，砂芯應持續(xù)在芯盒中硬化，硬化時間可根據(jù)殼厚及芯盒溫度而定。時間過短，殼層未完全固化則強度低；時間過長，砂芯表層易燒焦。硬化時間普通控制在20～100s。優(yōu)點：由于覆膜砂含有良好的流動性和寄存性，用它制作的砂芯強度高、尺寸精度高，便于長久寄存。另外殼芯的表面質(zhì)量也非常好，且潰散性好，鑄件容易清理。缺點：殼芯制作能耗較大，成本高。殼芯發(fā)氣量較大，如果澆注時排氣不好，易使鑄件產(chǎn)憤怒孔。2.3.3冷芯：冷芯盒制芯工藝是將原砂與冷芯盒樹脂混合后射入芯盒，然后吹入氣體固化劑，砂芯即在常溫下快速固化，通過吹干燥清潔的壓縮空氣沖洗凈化砂芯中的殘存固化劑后即可出芯。與殼芯工藝及熱芯盒工藝相比，冷芯盒制芯工藝有下列優(yōu)點：制芯周期短，生產(chǎn)效率比殼芯工藝約高一倍?？墒褂盟芰闲竞校瑩p耗小，有助于中、小批量多品種的機械化生產(chǎn)。沒有芯盒受熱變形問題制得的砂芯尺寸精度高。沒有過硬化問題，砂芯的壁厚差別對制芯工藝幾乎不會產(chǎn)生影響，因此即使砂芯截面積突變，也很容易制成。出芯后不必等待進一步固化，可立刻澆注，因而可減少儲存量。制芯在常溫下進行，改善了勞動條件。節(jié)省能源消耗。冷芯盒工藝缺點（重要指三乙胺氣冷芯盒工藝）：樹脂及固化劑均為易燃產(chǎn)品，必須在30℃下列儲存；砂芯強度與熱芯和殼芯相比較低；氣體固化劑如三乙胺、SO2等有毒有味，不能直接排放到大氣中，需要增加尾氣解決裝置；制好的砂芯對環(huán)境濕度比較敏感，特別是需要刷水基涂料時，強度會減少諸多。現(xiàn)在普遍應用的是三乙胺法，三乙胺法氣硬冷芯盒工藝是美國亞什蘭化學公司首先推出的，故又稱亞什蘭法。它使用的粘結(jié)劑為雙組分，組分Ⅰ是液體酚醛樹脂，組分Ⅱ是聚異氰酸脂。普通兩種組分以1∶1的比例加入原砂中，均勻混合后吹入芯盒，然后吹入三乙胺，砂芯可在數(shù)秒至十幾秒內(nèi)硬化。三乙胺在常溫下為液態(tài)，需經(jīng)氣化解決，普通預熱至35～50℃，然后以氮氣為載體，將三乙胺稀釋氣化。之因此不選用空氣或CO2為載體，是由于空氣與三乙胺的混合物易產(chǎn)生爆炸，而CO2則易產(chǎn)生冷凍。砂芯在芯盒內(nèi)經(jīng)吹三乙胺硬化后，還需用干燥的空氣將砂芯中剩余的三乙胺吹凈，然后取出砂芯即可使用。三乙胺法制芯工藝：（1）芯盒表面噴涂冷芯盒專用脫模劑，以表面見濕為宜。由于冷芯樹脂遇水強度減少，因此不能采用乳液脫模劑。（2）射砂壓力為0.3～0.55Mpa。（3）射砂時間為5～5s。（4）吹三乙胺時間與吹三乙胺量可根據(jù)砂芯形狀與大小擬定。普通低壓吹三乙胺4～10s，高壓三乙胺5～15s。（5）該工藝抱負工作環(huán)境是15～25℃，為了加速硬化，三乙胺應加熱至35～50℃，在專用冷芯制芯機上，普通都附有加熱氣體的裝置。3、鋁合金鍛造工藝性能

鋁合金鍛造工藝性能，普通理解為在充滿鑄型、結(jié)晶和冷卻過程中體現(xiàn)最為突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鍛造應力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鍛造因素、合金加熱溫度、鑄型的復雜程度、澆冒口系統(tǒng)、澆口形狀等有關(guān)。

3.1流動性流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鍛造復雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最佳。

影響流動性的因素諸多，重要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其它污染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力（俗稱澆注壓頭）的高低。

實際生產(chǎn)中，在合金已擬定的狀況下，除了強化熔煉工藝（精煉與除渣）外，還必須改善鑄型工藝性（砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度），并在不影響鑄件質(zhì)量的前提下提高澆注溫度，確保合金的流動性。

3.2收縮性

收縮性是鍛造鋁合金的重要特性之一。普通講，合金從液體澆注到凝固，直至冷到室溫，共分為三個階段，分別為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。合金的收縮性對鑄件質(zhì)量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應力的產(chǎn)生、裂紋的形成及尺寸的變化。普通鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實際生產(chǎn)中普通應用線收縮來衡量合金的收縮性。

鋁合金收縮大小，普通以百分數(shù)來表達，稱為收縮率。

3.2.1體收縮

體收縮涉及液體收縮與凝固收縮。

鍛造合金液從澆注到凝固，在最后凝固的地方會出現(xiàn)宏觀或顯微收縮，這種因收縮引發(fā)的宏觀縮孔肉眼可見，并分為集中縮孔和分散性縮孔。集中縮孔的孔徑大而集中，并分布在鑄件頂部或截面厚大的熱節(jié)處。分散性縮孔形貌分散而細小，大部分分布在鑄件軸心和熱節(jié)部位。顯微縮孔肉眼難以看到，顯微縮孔大部分分布在晶界下或樹枝晶的枝晶間。

縮孔和疏松是鑄件的重要缺點之一，產(chǎn)生的因素是液態(tài)收縮不不大于固態(tài)收縮。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，鍛造鋁合金凝固范疇越小，越易形成集中縮孔，凝固范疇越寬，越易形成分散性縮孔，因此，在設(shè)計中必須使鍛造鋁合金符合次序凝固原則，即鑄件在液態(tài)到凝固期間的體收縮應得到合金液的補充，是縮孔和疏松集中在鑄件外部冒口中。對易產(chǎn)生分散疏松的鋁合金鑄件，冒口設(shè)立數(shù)量比集中縮孔要多，并在易產(chǎn)生疏松處設(shè)立冷鐵，加大局部冷卻速度，使其同時或快速凝固。

3.2.2線收縮

線收縮大小將直接影響鑄件的質(zhì)量。線收縮越大，鋁鑄件產(chǎn)生裂紋與應力的趨向也越大；冷卻后鑄件尺寸及形狀變化也越大。

對于不同的鍛造鋁合金有不同的鍛造收縮率，即使同一合金，鑄件不同，收縮率也不同，在同一鑄件上，其長、寬、高的收縮率也不同。應根據(jù)具體狀況而定。

3.3熱裂性

鋁鑄件熱裂紋的產(chǎn)生，重要是由于鑄件收縮應力超出了金屬晶粒間的結(jié)合力，大多沿晶界產(chǎn)生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬，內(nèi)部較窄，有的則穿透整個鑄件的端面。

不同鋁合金鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向也不同，這是由于鑄鋁合金凝固過程中開始形成完整的結(jié)晶框架的溫度與凝固溫度之差越大，合金收縮率就越大，產(chǎn)生熱裂紋傾向也越大，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的構(gòu)造、澆注工藝等因素產(chǎn)生熱裂紋傾向也不同。生產(chǎn)中常采用退讓性鑄型，或改善鑄鋁合金的澆注系統(tǒng)等方法，使鋁鑄件避免產(chǎn)生裂紋。普通采用熱裂環(huán)法檢測鋁鑄件熱裂紋。

3.4氣密性

鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性事實上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度。

鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān)，合金凝固范疇越小，產(chǎn)生疏松傾向也越小，同時產(chǎn)生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鍛造工藝有關(guān)，如減少鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加緊冷卻速度以及在壓力下凝固結(jié)晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。

3.5鍛造應力

鍛造應力涉及熱應力、相變應力及收縮應力三種。多個應力產(chǎn)生的因素不盡相似。

3.5.1熱應力

熱應力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均，冷卻不一致引發(fā)的。在薄壁處形成壓應力，造成在鑄件中殘留應力。

3.5.2相變應力

相變應力是由于某些鑄鋁合金在凝固后冷卻過程中產(chǎn)生相變，隨之帶來體積尺寸變化。重要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內(nèi)發(fā)生相變所致。

3.5.3收縮應力

鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的妨礙而產(chǎn)生拉應力所致。這種應力是臨時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當，則經(jīng)常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應力作用下容易產(chǎn)生熱裂紋。

鑄鋁合金件中的殘留應力減少了合金的力學性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應力可通過退火解決消除。合金因?qū)嵝院?，冷卻過程中無相變，只要鑄件構(gòu)造設(shè)計合理，鋁鑄件的殘留應力普通較小。

3.6吸氣性

鋁合金易吸取氣體，是鍛造鋁合金的重要特性。液態(tài)鋁及鋁合金的組分與爐料、有機物燃燒產(chǎn)物及鑄型等所含水分發(fā)生反映而產(chǎn)生的氫氣被鋁液體吸取所致。

鋁合金熔液溫度越高，吸取的氫也越多；在700℃時，每100g鋁中氫的溶解度為0.5～0.9，溫度升高到850℃時，氫的溶解度增加2～3倍。當含堿金屬雜質(zhì)時，氫在鋁液中的溶解度明顯增加。

鑄鋁合金除熔煉時吸氣外，在澆入鑄型時也會產(chǎn)生吸氣，進入鑄型內(nèi)的液態(tài)金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降，析出多出的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內(nèi)形成氣孔，這就是普通稱的“針孔”。氣體有時會與縮孔結(jié)合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內(nèi)。若氣泡受熱產(chǎn)生的壓力很大，則氣孔表面光滑，孔的周邊有一圈光亮層；若氣泡產(chǎn)生的壓力小，則孔內(nèi)表面多皺紋，看上去如“蒼蠅腳”，認真觀察又含有縮孔的特性。

鑄鋁合金液中含氫量越高，鑄件中產(chǎn)生的針孔也越多。鋁鑄件中針孔不僅減少了鑄件的氣密性、耐蝕性，還減少了合金的力學性能。要獲得無氣孔或少氣孔的鋁鑄件，核心在于熔煉條件。若熔煉時添加覆蓋劑保護，合金的吸氣量大為減少。對鋁熔液作精煉解決，可有效控制鋁液中的含氫量。

4、金屬型重力鍛造的優(yōu)缺點

4.1優(yōu)點

金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較致密，可進行熱解決強化，力學性能比砂型鍛造高15%左右。

金屬型鍛造，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，表面粗糙度優(yōu)于砂型鍛造，廢品率低。

勞動條件好，生產(chǎn)率高，工人易于掌握。

4.2缺點

金屬型導熱系數(shù)大，充型能力差。

金屬型本身無透氣性。必須采用對應方法才干有效排氣。

金屬型無退讓性，易在凝固時產(chǎn)生裂紋和變形。

5、金屬型鑄件常見缺點及防止

5.1針孔

防止產(chǎn)生針孔的方法：

嚴禁使用被污染的鍛造鋁合金材料、沾有有機化合物及被嚴重氧化腐蝕的材料。

控制熔煉工藝，加強除氣精煉。

控制金屬型涂料厚度，過厚易產(chǎn)生針孔。

模具溫度不適宜太高，對鑄件厚壁部位采用激冷方法，如鑲銅塊或局部增加水冷或風冷系統(tǒng)冷卻等。

采用砂型時嚴格控制水分，盡量用干芯。

5.2氣孔

防止氣孔產(chǎn)生的方法：

修改不合理的澆冒口系統(tǒng)，使液流平穩(wěn)，避免氣體卷入。

模具與砂芯應預先預熱，后上涂料，結(jié)束后必須要烘透方可使用。

設(shè)計模具與砂芯應考慮足夠的排氣方法。

5.3氧化夾渣

防止氧化夾渣的方法：

嚴格控制熔煉工藝，快速熔煉，減少氧化，除渣徹底。熔爐、工具要清潔，不得有氧化物，并應預熱，涂料涂后應烘干使用。

設(shè)計的澆注系統(tǒng)必須有穩(wěn)流、緩沖、撇渣能力，最佳在澆注系統(tǒng)中加過濾網(wǎng)用以擋渣。

采用傾斜澆注系統(tǒng)，使液流穩(wěn)定，不產(chǎn)生二次氧化。

選用的涂料粘附力要強，澆注過程中不產(chǎn)生剝落而進入鑄件中形成夾渣。

5.4熱裂

防止產(chǎn)生熱裂的方法：

實際澆注系統(tǒng)時應避免局部過熱，減少內(nèi)應力。

如產(chǎn)品沒有特殊規(guī)定，模具及砂芯拔模斜度應在1.5～2°以上，澆冒口一經(jīng)凝固即可抽芯開模，必要時可用砂芯替代金屬型芯。

控制涂料厚度，使鑄件各部分冷卻速度一致。

根據(jù)鑄件厚薄狀況選擇適宜的模溫。

細化合金組織，提高熱裂能力。

改善鑄件構(gòu)造，消除尖角及壁厚突變，減少熱裂傾向。

5.5疏松

防止產(chǎn)生疏松的方法：

合理冒口設(shè)立，確保其凝固，且有補縮能力。

適宜調(diào)低金屬型模具工作溫度。

控制涂層厚度，厚壁處減薄。

調(diào)節(jié)金屬型各部位冷卻速度，使鑄件厚壁處有較大的激冷能力。

適宜減少金屬澆注溫度。6、鋁合金金屬型鍛造設(shè)備及自動化6.1金屬型鍛造設(shè)備金屬型鍛造機按用途可分為專用金屬型鍛造機和通用金屬型鍛造機；按動力可分為手動、氣動、電動和液壓金屬型鍛造機。國外某些鍛造設(shè)備廠按產(chǎn)品和顧客的規(guī)定研制出許多專用金屬型鍛造機，如鋁缸蓋、鋁缸體、鋁活塞、鋁進氣歧管等金屬型鍛造機。制造鋁合金金屬型鍛造機出名的故意大利的Fata公司，法國的Sifa公司等。中國近幾年有二十多個廠家陸續(xù)從國外引進鋁合金金屬型鍛造機和工藝技術(shù)，為國內(nèi)外配套生產(chǎn)汽車鋁合金鑄件。上海汽車有色鍛造總廠引進Fata公司金屬型鍛造機生產(chǎn)桑塔納轎車發(fā)動機鋁缸蓋，一汽鍛造公司有色鍛造分公司引進Sifa公司鍛造設(shè)備和德國MBS公司、STRIKOW公司的重力澆注機生產(chǎn)缸蓋，采用德國MWK公司的傾轉(zhuǎn)澆注機生產(chǎn)進氣管。

6.2金屬型鍛造自動化生產(chǎn)線金屬型鍛造自動化生產(chǎn)線涉及：金屬液熔化及傳送設(shè)備、澆注機、金屬型鍛造機、下芯和取件機械手、金屬型涂料涂敷機、鑄件傳輸及澆冒口切除機、熱解決設(shè)備和爐前快速檢測儀器等。自動化生產(chǎn)線合用于專業(yè)化生產(chǎn)，可高效清潔地生產(chǎn)大批量優(yōu)質(zhì)鑄件。6.3重要重力鍛造設(shè)備介紹6.3.1J34-6水平重力鍛造機：采用PLC控制，可根據(jù)客戶需要制訂不同的工作流程。全液壓傳動，運行平穩(wěn)可靠。機臺工作設(shè)有模具裝卸軌道與運模小車大大方便模具的裝卸，提高工作效率。設(shè)有手動、半自動、全自動三種功效。機身特設(shè)急停、急開按鈕，使操作更加安全。機身特設(shè)點動按鈕，便于模具安裝調(diào)節(jié)。機器運用裝模面積大，裝模方便，操作安全，模具定位速度快，明顯縮短了安裝時間。設(shè)有工件計件功效，易于產(chǎn)品生產(chǎn)管理。上下模具分別設(shè)有自動加熱與冷卻功效。機器易于拆卸，組裝，清洗。機體各程序之間帶有連鎖控制，確保工人不會在違章操作的狀況下?lián)p壞機器及模具。機器可產(chǎn)多個鋁合金產(chǎn)品：汽車輪鼓、缸體、摩托車缸頭、缸體、、制動泵、閥門等高難度產(chǎn)品。6.3.2傾轉(zhuǎn)式重力鍛造機：傾轉(zhuǎn)澆注方式的特點：a避免了鋁水因高度差而產(chǎn)生的飛濺。b控制傾轉(zhuǎn)速度即控制了鋁水的充填速度。c根據(jù)鑄件的構(gòu)造規(guī)定，能夠任意變化其充填速度。傾轉(zhuǎn)澆注方式合用范疇以上特點充足顯示了傾轉(zhuǎn)澆注方式的優(yōu)勢。能夠說傾轉(zhuǎn)澆注是鍛造行業(yè)的一大突破，但并不是萬能的，例如比較復雜的組合芯的鑄件就不適合了。傾轉(zhuǎn)澆注最適合于薄壁且對鋁合金流動性規(guī)定很嚴的管類鑄件。這在生產(chǎn)的一汽大眾兩閥進氣管、五閥進氣管的過程中體現(xiàn)的最為明顯。6.3.3L0ramendi制芯機：制芯機特點：（a）鋼性好，柔性高。性熊可靠。用途廣泛，合用水平分型和垂直分型（b）無需地基和地坑，或操作平臺。（c）取芯高度和操作員高度和諧一致，便于砂芯操作。（d）在整個射砂和固化過程中，芯盒持續(xù)鎖定，并持續(xù)保持穩(wěn)定狀態(tài)。（e）90秒內(nèi)芯盒快速自動更換。（f）射板和射頭一體化清理系統(tǒng)。（g）含有上下頂芯系統(tǒng)。（h）內(nèi)置廢氣排放系統(tǒng)，可直接從芯盒抽取殘留氣體。（I）L0ramendi先進的射砂系統(tǒng)能確保高質(zhì)量，無毛刺和尺寸精度穩(wěn)定制芯。（j）提高砂芯緊實度，因而減少樹脂使用量。（k）由于射砂壓力較低，減少了壓縮空氣用量，并且延長了芯盒壽命。（l）射砂壓力減少并且樹脂用量減少，其成果是芯盒相對更加清潔，其生產(chǎn)時間得以延長。清理時間大大減少，生產(chǎn)效率得以提高。（m）低壓射砂的另一優(yōu)勢在于減少了工裝的排氣塞．從而減少工裝的成本和維護費用。本射砂系統(tǒng)不會使砂子沸騰，機器本身裝備有光電系統(tǒng)可根據(jù)所需的用砂量精確控制射筒內(nèi)砂量，從而確保了芯砂質(zhì)量的穩(wěn)定性。設(shè)備參數(shù)介紹：機器芯盒尺寸最大重量型號升ABCDEFGMAX/MINMAX/MINMAX/MINMAXMAX/MINMAX/MINMAX/MINSLC340800-60031.5-23.51000-70039.5-27.550019.5300-20012.8105041.5600-40023.5-15.532.5KNSLC2/SLC-A40800-60031.5-23.51000-70031.5-27.550019.5100039.5SLC140800-70031.5-27.5650-5005.5-19.5300-20012-8105041.5600-40023.5-15.5SLC3601000-80039.5-31.51200-100047-39.560023.5350-25014-10125049700-50027.5-19.540KNSLC2/SLC-A601000-80039.5-31.51200-100047-39.560023.5120047SLC1601000-8001000-800800-60031.5-23.5350-25014-10125049700-50027.5-19-55SLC31101200-90047-35.51000-8001000-80070027.5350-25014-10150059700-50027.5-1.550KNSLC2/SLC-A1101200-90047-35.51000-8001000-80070027.5140055SLC11101200-100047-39.5900-70035.5-27.5350-25014-10150059700-50027.5-19-5機器機器尺寸型號升ABCDEFGSLC1/2/340455017921008329351163825151138555406516054502156048001892250893165125406016016256444551756080239110530020927001063325131434517119407652452067185283機器機器尺寸型號升ABCDEFGSLC-A40455017921008329351163825151140055539021267902676048001892250893165125406016014455758702317315288110530020927001063325131434517119707872302859200362型號SLC1SLC2SLC3SLC440L60L110L40L60L110L40L60L110L40L60L110L循環(huán)時間2123251820222123252021227、鋁合金鑄件典型工藝介紹7.1鋁合金薄壁件7.1.1復雜薄壁鑄件的基本概念及其特性

鑄件的薄壁化是當代鍛造技術(shù)的發(fā)展方向，“復雜薄壁”鑄件的含義，國內(nèi)外某些專家學者認為復雜薄壁鑄件的基本概念是：(l)壁?。浩胀ú淮笥?mm，局部薄至。．5mm，這類鑄件往往由幾個大的平面和曲面構(gòu)成，難以加工成形。

(2)復雜：一是輪廓構(gòu)造復雜，用其它制造或機械切削加工辦法都很難完畢；二是從鑄件構(gòu)造設(shè)計的角度來看，要突破某些禁區(qū)，如厚薄斷面的急劇過渡、凹凸急劇過渡等。

鑄件的允許最小壁厚與合金的種類和鑄件表面積親密有關(guān)。鑄件表面積越大，則允許最小壁厚就越大。能夠這樣認為：有色合金鑄件的壁厚為2mm～4mm時，普通可稱之為薄壁鑄件，而鋁合金鑄件壁厚不大于2mm，可稱之為超薄壁鑄件。

相對于厚大鑄件來說，復雜薄壁鑄件最少含有下列特性:

(1)在薄壁鑄件的澆注過程中，由液態(tài)金屬表面張力引發(fā)的拉普拉斯力占有重要作用，設(shè)液態(tài)金屬的表面張力為σ，鑄件的壁厚為δ，拉普拉斯力的體現(xiàn)式為P=4σ/δ。研究表明，對鋁合金平板類鑄件來說，當鑄件的壁厚大概不大于4mm時，拉普拉斯力將對充型的流動狀態(tài)產(chǎn)生很大影響，對于大型薄壁鑄件，粘滯力的作用也將變得不可無視。

(2)薄壁鑄件應含有精密鑄件的含義，鑄件尺寸精度和表面品質(zhì)規(guī)定高，含有近無余量鑄件的特性，除個別重要部件外，普通不需經(jīng)粗加工工序。由于對于壁厚僅僅幾毫米的薄壁鑄件，不可能設(shè)立過大的加工余量或工藝余量，因此薄壁鑄件應當是精密鑄件，其尺寸精度（用公差等級表達）應低于CT6(HB61o3一86)。(3)傳熱學因素在充型過程中起重要作用。充型時流動過程和傳熱過程互相影響，鑄件的溫度場以及縮孔、縮松、欠鑄、冷隔、氧化夾雜等鍛造缺點的形成由流體動力學因素和傳熱學因素共同擬定。

7.1.2有色合金復雜薄壁鑄件成型的基本規(guī)定根據(jù)復雜薄壁鑄件的基本概念和特性，復雜薄壁類鑄件的成形特點不僅由于壁薄、充型面積大，造成散熱面積大，冷卻速度快，并且金屬液流動通道彎曲、變截面的細長通道多，普通采用重力澆注難以滿足規(guī)定，因此其特種精密成形工藝的選擇顯得更為重要。針對復雜薄壁鑄件的特點，其成形工藝應滿足下列規(guī)定：

（1）充