鋁合金鑄造工藝

1、式俵僦大挈WUHAN TEXTILE UNIVERSITY材料成型原理結(jié)課論文課題名稱：鋁合金鑄造工藝學(xué)生姓名：何炬學(xué)號：1102721433專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：機設(shè)1109指導(dǎo)老師：汪華方鋁合金鑄造工藝摘要 ：鋁合金鑄造工藝在我國有著十分廣泛的應(yīng)用：多功能鋁合金制造機，鋁合金重力澆注模具，鋁合金水冷板，鋁合金制造工藝CAD/CAE 技術(shù)等。關(guān)鍵詞 ：鋁合金鑄造工藝；鋁合金水冷板；鋁合金制造工藝CAD/CAE 技術(shù)。鑄造鋁合金為傳統(tǒng)的金屬材料，由于其密度小、比強度高等特點，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、 汽車、機械等各行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)及鑄造新技術(shù)的發(fā)展，對鑄造鋁合金需求量越來越大1

2、。鑄造鋁合金的研究一直備受關(guān)注，由于鋁合金的熔點相對較低，故許多學(xué)者以其為對象研究鑄造過程的機理。同時， 為全面發(fā)揮鋁合金潛力，在鋁合金熔煉工藝及鑄造工藝上的研究較多。此外，許多特種鑄造鋁合金也相繼研制出。多功能鋁合金鑄造機鑄造機可實現(xiàn)金屬型重力鑄造，金屬型低壓鑄造、砂犁低壓鑄造和鋁合金熔化功能。該機主要結(jié)構(gòu)包括：主機，熔化保溫爐、液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，液面加壓系統(tǒng)等2 。(1)主機為龍門式結(jié)構(gòu)，所有合型部件安裝在靜摸板上。水平方向有左，右后三向抽芯，左右抽芯連板尺寸較大(等同于J339 型重力鑄造機模板)，在重力澆鑄時作為合型機構(gòu)使用。 龍門架上裝有動模板和反頂出桿。金屬犁低壓鑄造時作為水

3、平分型機構(gòu)使用，重力鑄造時可作為上抽芯使用。整套合型系統(tǒng)可在機架油缸驅(qū)動下沿豎直方向移動以便低壓鑄造時保溫爐的進出。(2)熔化保溫爐采用了坩堝爐，內(nèi)置不銹鋼坩堝，最大容鋁量為500kg。 加熱方式為輻射式阻帶加熱，額定功率 90kw,在滿功率t作狀態(tài)下化鋁時間僅需23小時。爐體下部裝有4 個行走輪，在液壓缸驅(qū)動F 可沿水平軌道移動。坩堝卜配一圓形金屬蓋板，上面預(yù)留一個升液管口和多道T 犁槽。當鋁錠熔化完畢后蓋上蓋板，插入無保溫套的升液管，便形成了一個砂瓔低壓鑄造平臺。而插入帶保溫套的升液管。將爐子移入主機F 方，即呵配合合型系統(tǒng)進行金屬犁低壓鑄造。(3)電氣控制系統(tǒng)和液面加壓系統(tǒng)控制整套設(shè)備的

4、動作及低壓澆鑄，同時檢測設(shè)備備部分的位置及連鎖情況。工作狀態(tài)可選擇 “重力” 或 “低壓” ， 操作方式分為 “點動” ， “手動” ，“半自動”。 “點動” 操作時，按下按鈕，設(shè)備相應(yīng)部件產(chǎn)生動作，松開按鈕，動作停lE； “手動”操作時。按一下按鈕，設(shè)備相應(yīng)部件完成一步動作； “半自動”操作時按下。自動啟動”按鈕，設(shè)備按設(shè)定好的程序完成所有動作。鋁合金水冷板鋁合金水冷板是用于某大型計算機上的散熱零件，其鋁合金基座內(nèi)穿插導(dǎo)熱性極好的銅管，通入冷卻水進行冷卻。設(shè)計要求鑄件組織致密，無氣孔、縮孔、疏松等鑄造缺陷，確保銅管與鋁基體緊密接觸，無間隙，從而獲得最佳的散熱效果；為了滿足裝配要求，需確保管子

5、的直線度及兩銅管間距；鑄件經(jīng),射線探傷，應(yīng)符合類鑄件標準。在鑄造水冷板的過程中，我們經(jīng)歷了銅管在澆注過程中的彎曲、熔化、未熔合、氣孔等挫折，幾經(jīng)分析研究，不斷修改工藝，終于制成了滿足鑄件技術(shù)要求的合格鑄件3 。鋁合金制造工藝CAD/CAE 技術(shù)鋁合金鑄件的質(zhì)量與鑄造因素、合金加熱溫度、澆冒 1=1系統(tǒng)、澆曰形狀等有關(guān)出。鋁合金鑄造工藝設(shè)計是鋁合金鑄造生產(chǎn)的基本組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。長期以來。主要靠工藝設(shè)計人員的經(jīng)驗、習(xí)慣進行，難以做到最佳工藝設(shè)計也無法準確、動態(tài)地進行分析、預(yù)示和控制。鑄造工藝CAD 輔助設(shè)計者完成工藝設(shè)計和所有繪圖工作，方便、快捷、準確地代替人工和個人經(jīng)驗來進行鑄造工藝設(shè)計，能

6、提高設(shè)計人員的工作效率。利用通用的繪圖軟件自身功能，也可進行鋁合金鑄造工藝設(shè)計。如采用AutoCAD ，人們可以完成二維鑄造工藝設(shè)計。實現(xiàn)紅藍鉛筆功能，或利用 UG， Pro E 等三維軟件完成鑄件、鑄型（芯 ）等三維實體的建模。但鋁合金鑄造工藝設(shè)計中4 。有許多需要查表、計算的地方，而且，每個企業(yè)有自己經(jīng)常使用的鑄造工藝，如冒口、澆注系統(tǒng)、冷鐵等，形狀和擺放位置、方式都相對固定。這些重復(fù)性大的工作，可以基于通用繪圖軟件進行二次開發(fā)。以實現(xiàn)專業(yè)鑄造工藝設(shè)計功能。在開發(fā)的過程中利用了計算機數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機圖形技術(shù)。設(shè)計人員在CAD 平臺上繪制零件圖。然后通過二次開發(fā)的一系列算法和程序，以及建立

7、起來的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，在零件圖上將工藝形狀逐一添加上去，最終形成所需的鑄造工藝圖。目前三維造型理論和實用化技術(shù)已Et 趨成熟，三維鑄造工藝CAD 逐漸成為鑄造工藝CAD 的主流。與二維CAD 系統(tǒng)相比，三維工藝CAD 系統(tǒng)具有設(shè)計結(jié)果直觀、幾何信息完整、可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、可方便地生成二維工程圖、易于與鑄造工藝CAE CAM 系統(tǒng)銜接等優(yōu)點。鋁合金重力澆鑄眾所周知，鋁合金鑄造是鋁加工生產(chǎn)過程中一道非常復(fù)雜的工序。鑄錠的成形和鑄錠的好壞直接影響后續(xù)加工過程和產(chǎn)品的最終組織性能。鋁合金鑄造分為砂型鑄造和金屬型鑄造， 砂型鑄造又分為砂型重力鑄造和砂型低壓鑄造，金屬鑄造又分為金屬型重力鑄造和金屬型低壓鑄造5

8、。砂型鑄造即在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鋁合金鑄造生產(chǎn)中最主要和最基本的工藝方法。高強韌鑄造鋁合金材料在高強韌鑄造鋁合金的發(fā)展過程中，A-U5GT 占有重要的地位。A-U5GT 是法國人于20世紀初研制成功并投入生產(chǎn)應(yīng)用的，在目前具有代表性的高強韌鑄造鋁合金中它的歷史最久、應(yīng)用最為廣泛。A-U5GT已列入法國國家標準和宇航標準，高純（即w（si） w 0.05%,w（Fe）<0.1%）的這種鋁合金具有很好的力學(xué)性能。我國目前沒有與它對應(yīng)的牌號。美國鋁協(xié)會牌號201.0（ $!（

9、1968 年）和 206.0（1967 年）都是在A-U5GT 基礎(chǔ)上經(jīng)改造而形成的，204.0（ 1974年）則等同于A-U5GT 。 201.0（ALCu4MgMn） 的商業(yè)名稱是KO-1 ，是受美國專利保護的牌號，具有很好的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕能力。但由于含有0.4%1.0%的銀，材料成本很高，僅用于軍事或其他要求高的領(lǐng)域，限制了其應(yīng)用范圍。在高強韌鑄造鋁合金領(lǐng)域，我國取得了令世界矚目的成績。60 年代至 70 年代，北京航空材料研究院研制成功了ZL205A 合金 8 。 ZL205A 合金成分復(fù)雜，含有 Cu,Mn,Zr,V ,Cd,Ti,B等7種合金元素。ZL205A（T6）的抗拉強

10、度為510MPa,是目前強度最高的鑄造鋁合金材料。ZL205A（T5） 的強韌性最好，伸長率可達13%。最近，北京航空材料研究院呂杰等研制出一種與ZL205A 成分相近、韌性特別好的鑄造鋁合金材料（以下稱高韌205A）伸長率達219%23% ，沖擊韌度為181304KJ/m 2。Al-Mg 系合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能，高的強度、好的延性和韌性，抗蝕穩(wěn)定性和切削加工性都好。Mg 的質(zhì)量分數(shù)為12%13%的鋁鎂合金的力學(xué)性能好于ZL301（ZAMg10） 9 ， 及抗拉強可達295440MPa, 伸長率 12%25%.Al-Mg 系合金的主要缺點是裂紋傾向大、易出現(xiàn)氧化夾渣、有自然時效傾向。美國牌號

11、220,和英國牌號LM10 與我國 ZL301 接近。AL-Si 系合金具有良好的鑄造性能、好的抗蝕穩(wěn)定性和中等的切削加工性能，具有一般的強度和硬度，但塑性較低。因此一般而言，AL-Si 系合金不是高強韌鋁合金。但是，文獻報道了一種改良的ZL107 10 合金 （以下稱ZL107A ） 。 與 ZL107 接近的牌號有美國牌號319和英國牌號LM21 6 。近年來， 鑄造鋁合金的研究也得到相應(yīng)的發(fā)展，其中發(fā)展較為迅速的是鑄造鋁基復(fù)合材料。鑄造Al-Si 基 Sic 顆粒增強復(fù)合材料的研究和應(yīng)用相對成熟。隨著Sic 顆粒的加入，提高了合金的性能，尤其是剛性和耐磨性，并已應(yīng)用到航空、航天、汽車等領(lǐng)

12、域，具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，一些新型特種功能的鑄造鋁合金材料也處于研究應(yīng)用階段7 。著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展， 性能的要求不斷提高。 新合金滿足各種需要， 的重要課題。盡管鑄造鋁合金具有廣闊的應(yīng)用前景，但其研究與應(yīng)用也面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。首先， 隨人們對鑄件的可靠性等要求越來越高，同時對合金綜合性能和特種如何使傳統(tǒng)的鑄造鋁合金在新世紀繼續(xù)保持發(fā)展勢頭，如何開發(fā)研制使得鑄造鋁合金這種傳統(tǒng)的合金材料煥發(fā)新的光彩，是擺在我們面前參考文獻1 . 孫強。先進的鋁合金鑄造技術(shù)，東北輕合金有限責(zé)任公司。黑龍江哈爾濱。2 . 畢建峰。多功能鋁合金鑄造機的開發(fā)與應(yīng)用，2010(14) ，濟南鑄造鍛壓機械研究所。3

13、. 金建新。鋁合金水冷板的鑄造工藝研究，2002(2)。4 . 袁貝， 廖敦明， 周建新。 鋁合金鑄造工藝CAD CAE 技術(shù)的研究與應(yīng)用，2012,32( 4) ，華中科技大學(xué)。5 . 劉樹聲，何貴元，程俊。關(guān)于鋁合金重力澆注簡易模具之研究，2014(1)。6 . 李元元 ，郭國文，羅宗強，龍雁。高強韌鑄造鋁合金材料研究進展，2000(6)，華南理工大學(xué)。7 . 熊艷才，劉伯操。鑄造鋁合金現(xiàn)狀及未來發(fā)展，1998(4)。8 . Davidkow, A.;Jain,M.K.;Petrov,R.H.;WILKinson,D.S.;Mishra,R.K.Strain localization, damage development during bending of AL Mg Alloy sheets,2012,550.9 . Amporn wiengmoon; John T.H Pearce; Torranin chairuangsri; Seiji Isoda; Hikaru Saito;Hiroki Kurata, HETEM and HAADF_STEM of precipitates