高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件生產(chǎn)工藝

高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件生產(chǎn)工藝

盡管鋁硅合金的晶體不發(fā)達，結(jié)晶溫度間隔在幾種鑄造鋁中是最小的。在硬化過程開始后，耐腐蝕性液體仍可以流動，并且在固相線附近的溫度下具有較高的強度。因此，在鑄造鋁中，其制造性能最好。鋁硅合金的鑄造工藝方法很多,常用的有高壓鑄造、低壓鑄造、砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造等。目前,對于質(zhì)量較大的鋁硅合金鑄件,生產(chǎn)中最常用的鑄造工藝是砂型鑄造和金屬型鑄造。針對高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件品種多、批量小、開發(fā)周期短、質(zhì)量要求高的特點,本文進行了砂型模具傾轉(zhuǎn)澆注新工藝的研究。1型砂粘結(jié)劑的確定高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件一般都比較大,部分鑄件的質(zhì)量達100kg以上,在實際生產(chǎn)中經(jīng)常使用的是金屬型鑄造工藝。但金屬型鑄造用模具的制作周期長、制造費用高,已無法滿足用戶的要求。用自硬樹脂砂型模具來成形高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件,不僅不需要使用復(fù)雜的抽芯裝置,簡化了模具的結(jié)構(gòu),而且模具的制造費用可大幅度降低。自硬樹脂砂是樹脂砂的一種,在鑄造行業(yè)的應(yīng)用較廣。和金屬型鑄造用模具不同,用自硬樹脂砂制作鑄造用模具時所用模型和芯盒的材料可以是金屬,也可以是硅膠等化學(xué)品、硬質(zhì)的木材等,在制作模型和芯盒時,還可以采用數(shù)控加工、直接仿形或快速成形技術(shù)進行加工,以縮短其制造周期。考慮到模型和芯盒在使用時的磨損情況,對于批量大的鑄件,所用的模型和芯盒常用鋁合金制作;對于批量小的鑄件,所用的模型和芯盒可以使用硬質(zhì)木材等材料制作。經(jīng)實驗對比分析,最終選用了用引進美國Ashland化學(xué)公司技術(shù)生產(chǎn)的CP5000系列鑄造用樹脂作為型砂粘結(jié)劑。CP5000系列鑄造用樹脂是鋁、鎂等有色金屬砂型鑄造專用的樹脂,在室溫下10～30min內(nèi)可完全硬化。經(jīng)實驗測定,在配制型砂時,當(dāng)鑄造用樹脂的總含量控制在0.7%～1.2%時,制作出的砂型模具的強度足以滿足傾轉(zhuǎn)澆注工藝對砂型模具的強度要求。2面對模具的選擇砂型模具的型腔(包括配套的砂芯)表面質(zhì)量對鋁硅合金鑄件的表面質(zhì)量影響很大,為了防止出現(xiàn)澆注時由于砂型模具型腔表面掉砂而引起的鑄件夾砂等鑄造缺陷,需對砂型模具的型腔表面涂刷涂料。砂型鑄造模具常用的涂料有水基和醇基兩種。在250℃以上時,鋁與水蒸氣一接觸就會發(fā)生鋁-水汽反應(yīng),生成氧化夾雜物Al2O3。為了避免由于氧化夾雜物Al2O3引起的吸氫現(xiàn)象,生產(chǎn)時采用了醇基涂料,并利用醇基涂料的易燃特點,對砂型模具(包括砂芯)進行點燃干燥處理。對于高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件的自硬樹脂砂型模具,經(jīng)實驗對比,其型腔表面采用專用的醇基涂料涂刷3次并進行點燃干燥處理后效果最佳。圖1是某砂芯點燃干燥時的情景,圖2是涂刷、點燃干燥處理后某高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件的自硬樹脂砂型模具。3硬木脂砂模的傾斜和注水工藝3.1自硬樹脂砂型模具傾轉(zhuǎn)澆注工藝在生產(chǎn)實踐中,常規(guī)澆注工藝是保持自硬樹脂砂型模具在澆注過程中靜置不動,采用機械或人工方法進行澆注,很難獲得高品質(zhì)的鑄件。而采用傾轉(zhuǎn)澆注時合金液流平穩(wěn),對模具型腔的沖刷力小,能實現(xiàn)合金液流在模具型腔中的層流充填和順序排氣,避免了合金液流在型腔內(nèi)的紊流或飛濺,因而可得到組織致密、力學(xué)性能高的鑄件。高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件的力學(xué)性能要求很高,用自硬樹脂砂型模具的常規(guī)澆注工藝很難滿足鑄件的要求。但砂型模具型腔只能一次性使用,對于中小型企業(yè)來講,化一大筆資金建一條自動生產(chǎn)線以實現(xiàn)自硬樹脂砂型模具在傾轉(zhuǎn)型重力澆注機上的澆注工藝是不切合實際的。經(jīng)反復(fù)實驗后,最終設(shè)計制作了如圖3(a)所示的自硬樹脂砂型模具傾轉(zhuǎn)澆注輔具,成功地實現(xiàn)了自硬樹脂砂型模具的傾轉(zhuǎn)澆注工藝。在設(shè)計制造傾轉(zhuǎn)澆注輔具時,采取的主要工藝措施如下:(1)使用鉸鏈解決澆注時輔具的傾轉(zhuǎn)問題;(2)在底板和擋板上分別設(shè)置了支腳,以保持自硬樹脂砂型模具在傾轉(zhuǎn)澆注起始位置和終止位置的平衡;(3)把貯料斗安裝在固定板上,以解決貯料斗的固定問題;(4)利用可調(diào)整的緊固機構(gòu)把自硬樹脂砂型模具固定在擋板和固定板之間,解決自硬樹脂砂型模具的定位問題。3.2型腔溫度對模擬結(jié)果的影響通過大量的生產(chǎn)實驗,優(yōu)化出的自硬樹脂砂型模具傾轉(zhuǎn)澆注新工藝的主要工藝參數(shù)如下:(1)合金液需要進行二次變質(zhì)處理時,二次變質(zhì)溫度:730～740℃;(2)澆注溫度:710～720℃;(3)自硬樹脂砂型模具的型腔表面預(yù)熱溫度:150～200℃;(4)傾轉(zhuǎn)澆注的充型時間:15～40s,視鑄件的具體大小和砂型模具的壁厚而定。4試驗結(jié)果分析本文研究的“自硬樹脂砂型模具傾轉(zhuǎn)澆注”新工藝在某鑄造公司已用于批量生產(chǎn)。鑄件機加后的力學(xué)性能檢測結(jié)果表明,使用本文研究的鑄造新工藝生產(chǎn)出的高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件組織致密,成品率在90%以上,各項性能指標(biāo)都達到或超過了高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件的技術(shù)要求,對該鑄造公司鋁硅合金鑄件整體質(zhì)量水平的提高起到了決定性的作用。用自硬樹脂砂型模具傾轉(zhuǎn)澆注工藝生產(chǎn)的鑄件的力學(xué)性能如表1所示。5產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足質(zhì)量要求高壓開關(guān)用鋁硅合金鑄件品種多、批量小、質(zhì)量要求高,在生產(chǎn)實踐中,采用一般的生產(chǎn)工藝很難滿足質(zhì)量要求。本文研究的“自硬樹脂砂