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zl101封闭开关外体铸造工艺设计 近年来，中国的铸造业正在引导并发展形成，铸造业也发生了一些新的变化。在铸造工艺设计上，注重应用计算机和铸造材料，趋于高度精炼和减少。其中铸造铝合金是我国铸造业重点发展的新型材料, 同时它也将被广泛用于其他行业, 尤其在汽车、航空等行业, 有很大的发展前景。 铝合金为传统的金属材料, 密度小, 强度高, 流动性好, 熔炼温度低, 特别适用于金属型铸造、压铸、挤压铸造。但对于单件小批生产, 若采用金属造型或压铸, 会增加铸造成本, 使产品变得很不经济。而砂型铸造因不受零件大小、形状、复杂程度及合金种类的限制, 造型材料来源广, 生产准备周期短, 成本低而被广泛应用。本文以铝硅合金砂型铸造为例, 设计了零件的铸造工艺。 一、 材料要求和工艺设计 1. 材料的泄漏试验 此零件为ZL101的封闭开关外体, 是用于航空业的压力阀, 在满足正常使用的情况下, 对铸件要求在0.5MPa的煤油压力下进行渗漏试验, 保持5min不得有渗漏, 铸件如图1所示。 2. 浇注位置和阻流截面的确定 该封闭开关外体零件质量为0.81kg, 属于小型壁厚不均的薄壁件, 铸造难度较大。在此拟定为用树脂砂手工造型的铸造方法, 其型芯为干砂, 冷铁为45钢, 铸造材料为ZL101, 浇注温度为720℃, 生产类型为单件小批生产。根据铸件的厚大部分应放在上部或侧面的分型原则, 确定出分型面。根据铸件的结构特点确定浇注位置, 如图2所示。 铸造材料为铝合金, 极易氧化吸气, 凝固体积收缩率大, 易产生缩孔、缩松, 且混入铝液中的氧化物很难浮起, 使铝液中存有夹杂。因此对浇注系统的要求有:快速;平稳充型;不产生飞溅、冲击和涡流;有强的挡渣能力;并使铸件进行顺序凝固。故选择开放式浇注系统, 浇注系统各部分比例为:ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1 (2~3) ∶ (1.5~4) 。 根据公式计算出浇注系统的阻流截面1.99cm2。因此直浇道的最小直径为D直=1.5957cm, 取整得D直=16mm。根据比例分别求出其他部分的截面面积F内=2×1.5=3 (cm2) , F单内=1.5 (cm2) , 面积为F横=2×4=8 (cm2) , 则F横单=4 (cm2) , 规格如图3所示。 3. 箱的凝固过程 根据铸件的结构特点, 对于下箱铸件厚大部位M1(见图2) 采用增加冷铁的方法, 而上箱M2则采用加冒口的方法, 进行顺序凝固。 根据相关计算, 对M1、M3处均采用厚度为10mm的冷铁。对M2、M4处分别采用φ24mm×40mm、φ26mm×40mm的暗冒口, 冒口颈长度为5mm。根据以上参数可确定铸件浇注系统及补缩系统, 如图4所示。 二、 铸造和研磨过程的数值模拟 1. 铸造缺陷的缺陷分析 图5为凝固过程模拟结果, 图中透明的部分表明此部位的金属已经凝固。从模拟结果可以看出, 冒口先于铸件凝固, 因此基本没有起到补缩作用, 那么在这些区域肯定会产生铸造缺陷。图6为缺陷预测, 从结果可以看出, 在铸件安放冒口的位置出现了铸造缺陷。 2. 铸造工艺改进 根据图6的预测结果, 进行两次优化: (1) 将扁平状截面的内浇道改为高梯形截面, 但不改变截面积。 (2) 将M2、M4处冒口增大至φ36mm×54mm、φ42mm×63mm, 将M1处改为冒口补缩, 规格为φ24mm×47mm。 (3) 将内浇道模数增大, 规格如图7所示。 (4) 将初次优化时在砂芯上加冷铁改为在铸件外部加冷铁的方法, 如图8所示。 根据此次改动, 凝固结果如图9所示, 缺陷预测如图10所示。 由图10可知, 经过两次优化设计, 铸件最终达到无缺陷的结果。 3. u2004充型时间 其充型过程模拟结果如图11所示。 整个充型过程历时4.9s, 充型时间不会过长, 符合此铸件生产要求。充型过程中, 金属液由分型面处开始填充, 液面上升平稳, 没有出现金属液间的碰撞和紊流现象。 三、 工艺方案优化及模拟分析 (1) 根据零件的结构特点和技术要求, 确定了造型方法、分型面、浇注位置和铸造工艺参数等, 设计了砂芯的结构和浇注系统, 并根据铸件的特点计算出冒口和冷铁的大小, 但未计入薄壁处的补缩和冷铁的加入使冒口的补缩能力增强等因素, 使冒口体积过小, 冒口补缩效果不佳。 (2) 根据两次模拟结果, 在M1处的有效激冷范围内再添加冷铁, 在圆角处也使用冷铁, 将M3处改用冒口补缩, M2和M4的冒口适当增大, 将内浇道改为高梯形。 另外, 将内浇道的截面模数适量增大, 对M3处冒口进行了优化, 在M1处也进一步做了调整。结果表明, 由于内浇道和M2处冒口的共同补缩, 使铸件最终达到无缺陷的结果。 (3) 对优化后的工艺方案进行充型模拟, 模拟的结果显示, 充型平稳, 没有产生飞溅