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大型薄壁复杂镁合金铸件铸造工艺设计改进方法研究
李永新 崔随心 谢瑞山 朱小健 祝绪堂 刘红伟|西安航空制动科技有限公司
摘要：某大型薄壁复杂镁合金铸件，砂型铸造，铸件容易产生疏松、缩孔、裂纹等铸造缺陷，依据多年生产实践经验，通过对铸件结构进行分析，在铸造工艺设计中，采取了相应工艺措施，拟定底注隙缝复合式浇注系统工艺设计，生产实施中，对铸造工艺设计不足进行技术改进，确定了阶梯隙缝复合式浇注系统工艺设计，提高了铸件冶金质量，为今后生产大型薄壁复杂镁合金铸件积累了宝贵经验，具有一定的指导意义。
关键词1概述
：缩孔；疏松；隙缝；阶梯；底注
某大型薄壁复杂镁合金铸件，工作环境恶劣，承载高压、高速的气流冲击，承受着很大的作用力，对镁合金铸件的力学性能、化学成分、冶金质量都提出了很高的要求。铸件材料：ZM5A；轮廓尺寸：2000×700×360mm，基本壁厚8mm，凸台厚度30mm、40mm、50mm，铸件内腔两侧凸台20处，壁厚差异大；铸件凝固过程，补缩通道不畅通，不易形成顺序凝固，凸台热节易产生疏松、缩孔铸造缺陷。确定阶梯隙缝复合式浇注系统工艺设计，实现了顺序凝固，消除铸件疏松、缩孔等铸造缺陷，铸件质量符合2改进前某大型薄壁复杂镁合金铸件
HB7780之要求。
铸造工艺方案设计
2.1铸造方法
砂型铸造，造型方法：单面型板模，三箱造型。
2.2铸件存在问题机理分析
铸件基本壁厚8mm，大部分凸台热节处，远离冒口、隙缝立筒，铸件凝固过程中，8mm壁厚处先结晶凝固，补缩通道不畅通，使冒口补缩能力下降，尤其是装配面过热，装配面处凸台凝固时得不到金属液补偿，形成一个孤岛，铸件必然产生疏松、缩孔、裂纹铸造缺陷。铸件在凝固过程中没有形成顺序凝固，要消除铸件铸造缺陷，必须对铸件浇注系统进行技术改进。
式浇注系统设计3改进后铸造工艺方案阶梯隙缝复合
[1-2]
3.1提出阶梯隙缝复合式注系统设计思路大型壁薄复杂铸件试生产后，针对铸件产
生疏松、缩孔、裂纹缺陷进行机理分析，提出142
阶梯隙缝复合式浇注系统设计思路，采用阶梯浇注容易实现顺序凝固，解决了铸件在凝固过程中冒口补缩不足技术难点，依据镁合金铸件特点，合理设计大型薄壁复杂镁合金铸件阶梯复合式浇注系统。
不允许金属液浇注过程有紊流、层流、夹杂现象，必须实现两点浇注。准备两个浇注坩埚，铸件部分先浇注、冒口部分随后浇注，减少了金属液通过型腔底部的流量，从而使金属液流量合理分配，铸件凝固时冒口区的温度高于铸件区的温度，形成顺序凝固，提高冒口对铸件的补缩能力。
3.2阶梯隙缝复合式浇注系统设计方案3.2.1直浇道位置的确定
直浇道设置在铸件两端，一端主浇直浇道，另一端副浇直浇道。铸件阶梯隙缝式浇注系统设计方案如图1所示。
3.2.2浇注坩埚
主浇坩埚金属液充填铸件型腔；用副浇坩埚，充填冒口型腔。
3.2.3横浇道设计特点
横浇道分上层横浇道和下层横浇道，相互不连通，且每层双层横浇道，强化横浇道挡渣作用。
3.2.4直浇道设计特点
直浇道分主浇和副浇，相互不连通。3.2.5阶梯隙缝复合式浇注系统充型主浇坩埚金属液由下层直浇道进入下层浇注系统，先底注式充型，铸件型腔充型快结束时（一人从冒口观察），立即启用副浇坩埚金属液由上层直浇道进入上层浇注系统。这时，主浇坩埚不能断流，流量逐步变小，当副浇坩埚金属液充型正常后，主浇坩埚停止浇注，副浇坩埚浇注至冒口顶部，充型结束。图1 铸件阶梯隙缝式浇注系统设计方案1-主浇坩埚的直浇道 2-上层浇注系统
3-下层浇注系统 4-副浇坩埚的直浇道
3.3阶梯隙缝复合式浇注系统设计方案的
优点
采用阶梯隙缝复合式浇注系统，两点浇注，是两套的浇注系统，金属液分别从底层、上层充型，抑制了层流现象，避免金属液二次氧化夹杂，实现了顺序凝固，从而消除了铸件下方凸台热节处的疏松、缩孔、裂纹铸造缺陷，提高铸件合格率。
3.4阶梯隙缝复合式浇注系统设计方案的
缺点
（1）大型镁铸件浇注，需要配备两台吊车，受生产条件制约。
（2）设计工艺复杂，工艺装备庞大，成本高。
（3）造型复杂，对操作者技能技术要求很高。
（4）浇注时操作不熟练，上下层金属液结合部容易产生气孔、夹杂等铸造缺陷。
3.5改进后阶梯隙缝复合式工艺方案实施工艺方案生产实施后，铸件经X光无损检测，消除铸件疏松、缩孔、裂纹等铸造缺陷，铸件冶金质量符合HB7780之要求，提高大型镁合金铸件合格率。某大型薄壁复杂镁合金铸件的生产，先后4结论
实施两种工艺方案，底注隙缝复合式浇注系统、阶梯隙缝式浇注系统。
通过生产实践，不断技术改进，确定了阶梯隙缝式浇注系统设计方案，消除了某大型薄壁复杂镁合金铸件疏松、缩孔、裂纹等铸造缺陷，提高了铸件内部质量，铸件内部质量符合HB7780之要求。探索出适合大型镁合金铸件的阶梯隙缝复合式浇注系统工艺方案，对今后大型镁合金铸件的工艺方案设计积累丰富的实践经验。
参考文献
[1]曲卫涛.铸造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社,1996:207-215.铸造工艺方案设计.
[2]曲卫涛.铸造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社,1996:226-243.浇注系统设计.
