zl101封閉開關(guān)外體鑄造工藝設(shè)計(jì)

zl101封閉開關(guān)外體鑄造工藝設(shè)計(jì)

近年來，中國的鑄造業(yè)正在引導(dǎo)并發(fā)展形成，鑄造業(yè)也發(fā)生了一些新的變化。在鑄造工藝設(shè)計(jì)上，注重應(yīng)用計(jì)算機(jī)和鑄造材料，趨于高度精煉和減少。其中鑄造鋁合金是我國鑄造業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的新型材料,同時(shí)它也將被廣泛用于其他行業(yè),尤其在汽車、航空等行業(yè),有很大的發(fā)展前景。鋁合金為傳統(tǒng)的金屬材料,密度小,強(qiáng)度高,流動性好,熔煉溫度低,特別適用于金屬型鑄造、壓鑄、擠壓鑄造。但對于單件小批生產(chǎn),若采用金屬造型或壓鑄,會增加鑄造成本,使產(chǎn)品變得很不經(jīng)濟(jì)。而砂型鑄造因不受零件大小、形狀、復(fù)雜程度及合金種類的限制,造型材料來源廣,生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短,成本低而被廣泛應(yīng)用。本文以鋁硅合金砂型鑄造為例,設(shè)計(jì)了零件的鑄造工藝。一、材料要求和工藝設(shè)計(jì)1.材料的泄漏試驗(yàn)此零件為ZL101的封閉開關(guān)外體,是用于航空業(yè)的壓力閥,在滿足正常使用的情況下,對鑄件要求在0.5MPa的煤油壓力下進(jìn)行滲漏試驗(yàn),保持5min不得有滲漏,鑄件如圖1所示。2.澆注位置和阻流截面的確定該封閉開關(guān)外體零件質(zhì)量為0.81kg,屬于小型壁厚不均的薄壁件,鑄造難度較大。在此擬定為用樹脂砂手工造型的鑄造方法,其型芯為干砂,冷鐵為45鋼,鑄造材料為ZL101,澆注溫度為720℃,生產(chǎn)類型為單件小批生產(chǎn)。根據(jù)鑄件的厚大部分應(yīng)放在上部或側(cè)面的分型原則,確定出分型面。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定澆注位置,如圖2所示。鑄造材料為鋁合金,極易氧化吸氣,凝固體積收縮率大,易產(chǎn)生縮孔、縮松,且混入鋁液中的氧化物很難浮起,使鋁液中存有夾雜。因此對澆注系統(tǒng)的要求有:快速;平穩(wěn)充型;不產(chǎn)生飛濺、沖擊和渦流;有強(qiáng)的擋渣能力;并使鑄件進(jìn)行順序凝固。故選擇開放式澆注系統(tǒng),澆注系統(tǒng)各部分比例為:ΣF直∶ΣF橫∶ΣF內(nèi)=1>(2~3)∶(1.5~4)。根據(jù)公式計(jì)算出澆注系統(tǒng)的阻流截面1.99cm2。因此直澆道的最小直徑為D直=1.5957cm,取整得D直=16mm。根據(jù)比例分別求出其他部分的截面面積F內(nèi)=2×1.5=3(cm2),F單內(nèi)=1.5(cm2),面積為F橫=2×4=8(cm2),則F橫單=4(cm2),規(guī)格如圖3所示。3.箱的凝固過程根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對于下箱鑄件厚大部位M1(見圖2)采用增加冷鐵的方法,而上箱M2則采用加冒口的方法,進(jìn)行順序凝固。根據(jù)相關(guān)計(jì)算,對M1、M3處均采用厚度為10mm的冷鐵。對M2、M4處分別采用φ24mm×40mm、φ26mm×40mm的暗冒口,冒口頸長度為5mm。根據(jù)以上參數(shù)可確定鑄件澆注系統(tǒng)及補(bǔ)縮系統(tǒng),如圖4所示。二、鑄造和研磨過程的數(shù)值模擬1.鑄造缺陷的缺陷分析圖5為凝固過程模擬結(jié)果,圖中透明的部分表明此部位的金屬已經(jīng)凝固。從模擬結(jié)果可以看出,冒口先于鑄件凝固,因此基本沒有起到補(bǔ)縮作用,那么在這些區(qū)域肯定會產(chǎn)生鑄造缺陷。圖6為缺陷預(yù)測,從結(jié)果可以看出,在鑄件安放冒口的位置出現(xiàn)了鑄造缺陷。2.鑄造工藝改進(jìn)根據(jù)圖6的預(yù)測結(jié)果,進(jìn)行兩次優(yōu)化:(1)將扁平狀截面的內(nèi)澆道改為高梯形截面,但不改變截面積。(2)將M2、M4處冒口增大至φ36mm×54mm、φ42mm×63mm,將M1處改為冒口補(bǔ)縮,規(guī)格為φ24mm×47mm。(3)將內(nèi)澆道模數(shù)增大,規(guī)格如圖7所示。(4)將初次優(yōu)化時(shí)在砂芯上加冷鐵改為在鑄件外部加冷鐵的方法,如圖8所示。根據(jù)此次改動,凝固結(jié)果如圖9所示,缺陷預(yù)測如圖10所示。由圖10可知,經(jīng)過兩次優(yōu)化設(shè)計(jì),鑄件最終達(dá)到無缺陷的結(jié)果。3.u2004充型時(shí)間其充型過程模擬結(jié)果如圖11所示。整個(gè)充型過程歷時(shí)4.9s,充型時(shí)間不會過長,符合此鑄件生產(chǎn)要求。充型過程中,金屬液由分型面處開始填充,液面上升平穩(wěn),沒有出現(xiàn)金屬液間的碰撞和紊流現(xiàn)象。三、工藝方案優(yōu)化及模擬分析(1)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求,確定了造型方法、分型面、澆注位置和鑄造工藝參數(shù)等,設(shè)計(jì)了砂芯的結(jié)構(gòu)和澆注系統(tǒng),并根據(jù)鑄件的特點(diǎn)計(jì)算出冒口和冷鐵的大小,但未計(jì)入薄壁處的補(bǔ)縮和冷鐵的加入使冒口的補(bǔ)縮能力增強(qiáng)等因素,使冒口體積過小,冒口補(bǔ)縮效果不佳。(2)根據(jù)兩次模擬結(jié)果,在M1處的有效激冷范圍內(nèi)再添加冷鐵,在圓角處也使用冷鐵,將M3處改用冒口補(bǔ)縮,M2和M4的冒口適當(dāng)增大,將內(nèi)澆道改為高梯形。另外,將內(nèi)澆道的截面模數(shù)適量增大,對M3處冒口進(jìn)行了優(yōu)化,在M1處也進(jìn)一步做了調(diào)整。結(jié)果表明,由于內(nèi)澆道和