張曉麗，曲 嘉，田洪超，蔡智淵，呂振玉

（1.中國人民解放軍軍事交通學院，天津 300161；2.中船重工集團公司第707研究所，天津 300131）

某導航系統(tǒng)外框架作為系統(tǒng)的關鍵件，材料為24號鑄鋁，要求達到一級鑄件要求，其體積小，壁薄，外形復雜，重力鑄造難以成型且針氣孔較多，報廢率高。在充分調(diào)研差壓鑄造國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上，針對外框架特點摸索設計了一套差壓鑄造工藝，生產(chǎn)出的鑄件質(zhì)量較普通重力鑄造有較大提高。

1 造型工藝的確定

外框架外形復雜，如圖1所示，通過綜合分析外框架結(jié)構(gòu)，外框架造型工藝示意圖如圖2所示。采用兩箱造型，下箱為澆道；鑄件整體和暗冒口在上箱，上箱又分為左右兩個半箱，有利于拔模，節(jié)省活塊，簡化造型。內(nèi)澆道分別開設在四個軸承孔的位置，有利于充型和補縮。砂型和砂芯全部選用樹脂自硬砂，造型時，為防止鑄件產(chǎn)生氣孔和發(fā)生塌箱，樹脂、固化劑和砂的用量要嚴格控制。

圖1 外框架示意圖

圖2 外框架造型工藝示意圖

根據(jù)外框架的形狀和壁厚特點，作者堅持一是要保證縫隙澆道順利充型補縮，液流盡可能分散，防止局部過熱；二是盡可能減少縫隙澆道數(shù)量，提高出品率，便于操作的原則。

縫隙澆道的數(shù)量可按下式確定：

n=0.024 c/b

式中:n——縫隙澆道個數(shù)；

b——縫隙澆道寬度；

c——鑄件周長。

為了將縫隙澆道與鑄件相交處的熱節(jié)引向集渣筒，取b=1.5δ（δ為鑄件壁厚)，并且朝集渣筒方向制成喇叭形。由以上計算得知，n=4，故使用4個縫隙澆道，實現(xiàn)底注與頂注相結(jié)合。由于凝固補縮發(fā)生在厚大集渣筒向縫隙澆道與鑄件結(jié)合處，對集渣筒的補縮由澆注系統(tǒng)來實現(xiàn)，要求做到充型后能及時增壓，澆注系統(tǒng)內(nèi)有足夠未凝固的金屬液，因此設計澆注系統(tǒng)的形狀時，使橫澆道為“+”字形。液流從升液管進入四條橫澆道，再分別進入4個集渣筒，然后通過縫隙澆道進入鑄型。從升液管到任意一個集渣筒，使F升＞F橫＞F集，比例為：F升∶4F橫∶4Fa=1.2∶1.15∶1，針對此件，具體尺寸為，升液管直徑90mm，橫澆道截面積50mm×30mm，集渣筒直徑20mm，澆注系統(tǒng)增加橫澆道長度，既能保證液流從橫澆道進入集渣筒，流速減慢，平穩(wěn)，又能保證凝固順序是從集渣筒→橫澆道→升液管。如果保壓時間控制得當，卸壓后，橫澆道靠近集渣筒的半段凝固成形，靠近升液管的半段鋁液未凝固，流回坩堝。這種澆注系統(tǒng)既有利于實現(xiàn)補縮，又能防止升液管管口的凝結(jié)。

2 凝固順序的控制

外框架壁厚不均勻，薄壁處只有4mm，而軸承孔處最厚達27 mm，如圖1所示。如果凝固順序控制不當，會產(chǎn)生熱裂、縮孔、疏松等缺陷，而技術要求鑄件滿足Q/707J42-2004Ⅰ類鑄件要求，不允許有冷隔和穿透性缺陷。經(jīng)反復考慮，采用“+”字形橫澆道，四個陶瓷過濾網(wǎng)分別放在四個橫澆道上；內(nèi)澆道采用垂直縫隙式，內(nèi)澆道分別開設在外框架兩對軸承孔處，孔不鑄出，以利于補縮。此外，四個圓形冷鐵分別置于砂芯軸承孔處，進一步控制凝固順序。

圖3 差壓鑄造工藝控制曲線

3 差壓鑄造過程控制

圖3是外框架采用差壓鑄造工藝時的充型曲線。充型開始時，上下罐壓力達到0.3mPa，之所以選擇如此大的壓力，是因為：

1）在高壓作用下，根據(jù)凝固原理可知，鋁水中氫的溶解度較常壓時低；

2）高壓頭可以提高鋁水的補縮能力；

采用減壓法，逐步降低上壓力罐氣壓，鋁液在壓力差的作用下經(jīng)升液管、澆道進入砂型，控制充型速度很重要，速度過大，液面不平穩(wěn)，容易造成卷氣，吸渣，同時，砂型在很短的時間內(nèi)升高到很高的溫度，不利于形成順序凝固的溫度場，補縮效果差，容易產(chǎn)生縮孔和疏松；速度過小，鋁水溫度下降過快，也不利于充型補縮，嚴重時會凍死升液管。經(jīng)過反復研究，確定升液速度為1.45×103Pa/s。型腔充滿后，在0.035mPa條件下保壓，充分發(fā)揮暗冒口的補縮能力，得到輪廓完整、組織致密的鑄件。

4 結(jié) 論

外框架采用重力鑄造時成活率只有40%，通過研究使用差壓鑄造工藝，試生產(chǎn)外框架6件，在機加工過程中，報廢1件，合格率高達83%，遠遠高于重力鑄造水平，完全滿足生產(chǎn)需求。

［1］董秀琦.低壓及差壓鑄造理論與實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：156-177.