鋁合金鑄造工藝

1、式俵僦大挈WUHANTEXTILEUNIVERSITY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(hào)：1102721433專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：機(jī)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(jī)，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(qiáng)度高等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)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。鑄造鋁合金的研

2、究一直備受關(guān)注，由于鋁合金的熔點(diǎn)相對較低，故許多學(xué)者以其為對象研究鑄造過程的機(jī)理。同時(shí)，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(jī)鑄造機(jī)可實(shí)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(jī)主要結(jié)構(gòu)包括：主機(jī)，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(jī)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(jī)模板)，在重力澆鑄時(shí)作為合型機(jī)構(gòu)使用。龍門架上裝有動(dòng)模板和反頂出桿。金屬犁低壓鑄造時(shí)作為水平分型機(jī)構(gòu)使用，重力鑄

3、造時(shí)可作為上抽芯使用。整套合型系統(tǒng)可在機(jī)架油缸驅(qū)動(dòng)下沿豎直方向移動(dòng).以便低壓鑄造時(shí)保溫爐的進(jìn)出。(2)熔化保溫爐采用了增竭爐，內(nèi)置不銹鋼塔蝸，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(shí)間僅需23小時(shí)。爐體下部裝有4個(gè)行走輪，在液壓缸驅(qū)動(dòng)F可沿水平軌道移動(dòng)。塔蝸卜.配一圓形金屬蓋板，上面預(yù)留一個(gè)升液管口和多道T犁槽。當(dāng)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(gè)砂嚶低壓鑄造平臺(tái)。而插入帶保溫套的升液管。將爐子移入主機(jī)F方，即呵配合合型系統(tǒng)進(jìn)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)備的動(dòng)作及低壓澆鑄，同時(shí)檢測設(shè)備

4、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(diǎn)動(dòng)”，“手動(dòng)”，“半自動(dòng)”。“點(diǎn)動(dòng)”操作時(shí)，按下按鈕，設(shè)備相應(yīng)部件產(chǎn)生動(dòng)作，松開按鈕，動(dòng)作停lE;“手動(dòng)”操作時(shí)。按一下按鈕，設(shè)備相應(yīng)部件完成一步動(dòng)作；“半自動(dòng)”操作時(shí).按下。自動(dòng)啟動(dòng)”按鈕，設(shè)備按設(shè)定好的程序完成所有動(dòng)作。鋁合金水冷板鋁合金水冷板是用于某大型計(jì)算機(jī)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(jìn)行冷卻。設(shè)計(jì)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

5、標(biāo)準(zhǔn)。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)、澆日形狀等有關(guān)出。鋁合金鑄造工藝設(shè)計(jì)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(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣進(jìn)行，難以做到最佳工藝設(shè)計(jì).也無法準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行分析、預(yù)示和控制。鑄造工藝CAD輔助設(shè)計(jì)者完成工藝設(shè)計(jì)和所有繪圖工作，方便、快捷、準(zhǔn)確地代替人工和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，能提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。利用通用的繪圖軟件自身功能，也可進(jìn)

6、行鋁合金鑄造工藝設(shè)計(jì)。如采用AutoCAD,人們可以完成二維鑄造工藝設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)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(shí)體的建模。但鋁合金鑄造工藝設(shè)計(jì)中4。有許多需要查表、計(jì)算的地方，而且，每個(gè)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(jìn)行二次開發(fā)。以實(shí)現(xiàn)專業(yè)鑄造工藝設(shè)計(jì)功能。在開發(fā)的過程中利用了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)。設(shè)計(jì)人員在CAD平臺(tái)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

7、藝圖。目前三維造型理論和實(shí)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(jì)結(jié)果直觀、幾何信息完整、可實(shí)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(diǎn)。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。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(jià)廉易得，鑄型制造簡便

8、，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(qiáng)韌鑄造鋁合金材料在高強(qiáng)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(jì)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)和宇航標(biāo)準(zhǔn)，高純（即w（si）w0.05%,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(hào)。美國鋁協(xié)會(huì)牌號(hào)201.0（$!（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

9、同于A-U5GT。201.0（ALCu4MgMn）的商業(yè)名稱是KO-1,是受美國專利保護(hù)的牌號(hào)，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(qiáng)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8ZL205A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(qiáng)度為510MPa,是目前強(qiáng)度最高的鑄造鋁合金材料。ZL205A（T5）的強(qiáng)韌性最好，伸長率可達(dá)13%。最近，北京航空材料研究院呂杰等研制出一種與Z

10、L205A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(dá)219%23%,沖擊韌度為181304KJ/m。Al-Mg系合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能，高的強(qiáng)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?jǐn)?shù)為12%13%的鋁鎂合金的力學(xué)性能好于ZL301（ZAMg10）9,及抗拉強(qiáng)可達(dá)295440MPa,伸長率12%25%.Al-Mg系合金的主要缺點(diǎn)是裂紋傾向大、易出現(xiàn)氧化夾渣、有自然時(shí)效傾向。美國牌號(hào)220，和英國牌號(hào)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(qiáng)度和硬度，但塑性較低。因此一般而言，AL

11、-Si系合金不是高強(qiáng)韌鋁合金。但是，文獻(xiàn)報(bào)道了一種改良的ZL10710合金（以下稱ZL107A）。與ZL107接近的牌號(hào)有美國牌號(hào)319和英國牌號(hào)LM216。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(qiáng)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)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

12、著嚴(yán)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(shí)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(jì)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(xiàn)1,孫強(qiáng)。先進(jìn)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(jī)的開發(fā)與應(yīng)用，2010(14),濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所。3 .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，20

13、14(1)。6 .李元元，郭國文，羅宗強(qiáng)，龍雁。高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料研究進(jìn)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.Strainlocalization,damagedevelopmentduringbendingofALMgAlloysheets,2012,550.9 .Ampornwiengmoon;JohnT.HPearce;Torraninchairuangsri;SeijiIsoda;HikaruSaito;HirokiKurata,HETEMan