铝合金消失模铸造的实践

铝合金消失模铸造的实践福清龙泰机械有限公司 孙平 孙之郕一、 铝合金消失模铸造的特点近十多年来国内黑色金属消失模铸造取得了长足进步，不论是产量或质量都有很大提高，产品品种也在进一步扩大。

但是铝合金消失模铸造进展一直较缓慢。

在发动机行业，一汽曾生产了一段时间的进气管，但后来停止了生产，长沙从国外引进的制作铝气缸盖的消失模生产线从一开始就遇到精炼铝合金的难题，以致未投入正式生产应下了巴。

还有一些厂家也浓度过试制生产进气管烦铸件，从早到晚在产量特别是在质量上并未形成真正意义上的突破。

在欧美一些发达国家，铝合金消失模铸造技术却较铸铁、铸造钢铁理解申地趋球成熟，一些厂大规模地用消失模铸造生产铝铸件。

为什么反差如此之大？国外主要有以下几个原因：一是成本竞争的需要：消失模铸造比金属砂芯效率高，成本比湿型树脂砂芯便宜。

由于模片粘接容易，两个以下零件组成一个新消失模件更进一步降低了成本。

二是消失模件表面无凸聘物（砂型有），流体铸件表面流过时阻力小，用球发动机进排气管及罐美国等铸件，由于气体流动阻力小，发动机功率有所提高，且壁厚均匀，不易出现砂型铸造时的偏芯现象。

铝合金消失模件浇注成型比较容易。

三是巨大的汽车铝件市场需要潜力很大。

相比起来，国内铝合金生产熔炼技术和设备滞后较多，汽车工业轻量华发展的时间理解不长，原有的金属型铸造用铁合金熔炼和浇注技术不能适应消失模的质量需要。

加上国崔有的客户不像国外强调实际使用效果过分强调表面质量，不愿接受泡沫碧粒痕迹，铸造过程中需控制的工艺因素叠多，以致困难重重。

实际上国外的一些铝合金消失模件珠粒印迹和不重要面的针孔相当明显。

铝合金消失模铸造的主要特点如下：1、由于浇温比铸铁低利多，浇注时泡沫模主要是液化少量气孔华。

为保证泡沫模“消失”，必须提高熔炼和浇注温度。

铝合金吸气孔夹渣倾向本来就大，大幅度提高温度必然加重吸气孔和夹渣，在铸件加工面上出现较多和较大的针孔（常伴随有渣）。

泡沫的部分气化还会在铸件内部和表面形成较大的渣气孔。

2、因用干砂充填，铸件冷却速度很慢，加剧了铝消中溶但氢气孔的析聘以致辞厚一点的断面上想消除针孔真是难上加难。

3、也由于冷却速度低，在厚处会形成粗大的金属结晶并可能产生缩孔缩松，降低机械强度。

4、铝铸件一般壁厚较小，稍大一些的铸造件在振实时容易变形。

5、泡沫模液华后可能有少部分液体未被涂料完全吸收，会加深铸件表面的珠粒印痕。

而黑色金属消失模铸造中常见的浇不足、冷隔、涂料夹渣在铝合金消失模铸造中也经常出现。

几年来，针对消失模铝件的特点，结合产品开发，我们做了大量工作，从模具制造、珠粒选择、预发、成型、粘接、涂料、浇道、振实、熔炼及浇注、清理、试压、热处理，全过程摸索了规律，初步掌握了生产控制因素，为今后更大规模的生产奠定了基础。

二、 铝铸件的开发状况六年来，我们陆续开发和生产了一批与发动机有关的铸铝件，计有单缸柴油机的进气管和缸盖，船用水冷排气管及节温器壳体，汽车发动机摇臂不着边际罩，目前正在开发一种船用小型发动机的机体。

分别介绍如下：1、单缸柴油机的进气管和船用节温器壳体及其他小件：这类铸件，尺寸较小，壁厚也较小且均匀，泡沫模容易制作成型，振实造型时充填也无太大困难，铸件变形容易控制。

由于壁厚较小且均匀，冷却速度相对较快，因而针孔和渣气孔较容易控制。

一般采用多个铸件串铸群铸的方法以提高生产率。

对单个铸件而言，可采用侧注或上注的工艺。

只要成份控制正确，浇温又足够，铸件容易浇注成型，成品率较高，生产效率亦高。

（图1为此类铸件及泡沫模）图1 进气管与节温器壳体泡沫及铸件2、单缸柴油机的几种缸盖，铸件较小，最大铸件才两公斤不到，且此件两侧有散热层，圆形弯曲的进气道很难分型。

要求进排气道尺寸形状正确流畅底部缸盖面连加工壁厚有14.5毫米，叶片和加工后要保证无肉眼可见针孔，散热片用侧向抽芯，气道用增加泡沫模片活块方法解决了。

铸件拐角的变形也通过控制加砂和振动加速度和振动时间解决了，唯独针渣孔由于精炼过程不稳定。

时好时坏，经常脱气精炼试样非常好，但铸件上仍有问题，而且一出就是一批。

这说明不是试样没有代表性就是在出炉浇注过程或浇道设置出了问题。

通过严格精炼，采用过滤技术，并加快浇注铸件的冷却过程。

基本控制了质量，装机台架试验，发动机功率有明显提高。

此件四个长细栓孔铸出，稍留了一点加工量，多次测量铸件及加工厂的反映说明，铸孔尺寸相当稳定，位置精度较高。

这些都为下一步开发大的发动机铸铝件打下了工艺基础。

（图2是泡沫模铸件及加工后零件）图2 单气缸186泡沫、铸件及加工件3、毓水冷却排气管：船用系列水冷排气管本来多是灰铸铁件，但有一部分用户希望用铸铝件。

此类铸件的特点是有水套夹层，用四片或更多模片粘接成泡沫模，因为双层空心结构，振实时变形不大。

由于粘接面多且长、粘接质量的好坏成了关键之一，粘不好会在粘缝中渗入涂料造成试压时渗漏。

采用自制粘接机用热熔胶粘接基本上能保证粘接质量和效率。

图3是泡沫模及铸件。

这类零件对针渣孔度要求虽不如缸盖底面要求高，但也不能在加工面上出现明显的渣孔及针孔，铸件也要试压，严格的精炼除渣十分必要。

此类零件各向收缩率差异圈套，制模时必须注意。

4、发动机摇臂盖罩是某汽车厂引进新型发动机上的一个消失模铸铝件，它运用消失模的特点将进气管气缸罩，凸轮轴箱组合成一个零件。

技术文件规定在好几个部位不能有气孔，零件要在进气管和凸轮轴箱部分分别试压，由于面积较大，铸件稍有变形就会使加工量不够。

局部狭窄的空间和横向充填很容易使砂充填不满而形成铝件局部多肉。

试制中产生的主要缺陷是变形，内部多肉，渣气孔，冷隔、缩孔及缩松。

最为严格的是在端部二个较厚部分的孔不允许有任何气孔。

虽然在铸件的其他加工面上的针孔度甚至比进口样品都好，唯独此部分总有缺陷，出现很小的针孔。

经多次的努力攻关，问题已基本得到解决。

5、铝合金的气缸体目前正处在模具开发阶段。

虽然模具复杂，重量更重，但工艺分析认定：展开面积比摇臂盖罩小一些，砂充填和变形都好一点，试压操作也容易一些，只要模具不出现较大失误，浇道设置正确，但因硅含量稍高，需严格精炼、变质和固溶化热处理操作，试制成功的把握还较大的。

三、 一些体会1、在消失模铸生产中工艺与设备的关系问题：应该明确地说工艺始终是第一位的，设备是为工艺服务的。

要根据产品的技术要求和特点，详细进行技术分析，确定正确的工艺。

工艺错了全盘皆错，要根据工艺选择合适的设备，尤其在消失模铸铝中影响因素更多，尤其是这样，切不可认为有了好设备甚至好模具就能做出好产品，长沙厂就是个例子。

一定要在狠下功夫才能成功，当然这不是说不要好的设备，但必须是满足工艺要求的设备，如预发机、成型机、粘接机、振实台、熔炼炉、精炼及固熔化设备等。

好的满足工艺要求的设备更能保证产品的质和量。

例如：预发机一定要保证在不结块且发泡剂消耗较少的情况下得到满足制模较轻，比重要求又有足够发泡剂含量的松散干燥珠粒。

成型机要保证充填的均匀且较紧实，加热冷却均匀快速，温度时间可控，脱模容易，最好是得到表面光洁平整较干燥的模片等等。

2、工艺问题中要重点抓熔炼和浇注：其它因素如泡沫比重、型砂种类一确定，影响渣孔、气孔、针孔、浇不足、冷隔、晶粒粗大等缺陷的因素只有熔炼和浇注，包括浇道设置。

除了保证合金成分合格外，一定要高潮得到较高浇温下氧化夹渣和氢气含量最少的纯净铝液。

单纯的氧化铝比重大于铝液，难以上浮排除。

要防止熔炼时合金氧化和吸气，还要在精炼过程中将氧化夹渣和氢气排出铝液。

由于成本和设备的原因国内暂时采用气体保护熔炼和浇注还有些困难。

目前只能强化精炼过程，但不管用什么方法精炼，首先要保证试样无针孔夹渣。

精炼方法及含气试样检测方法很多，最近几年有多本铝合金熔炼有关的参考书出版。

阐述十分详尽，此处不再叙述。

实践中认真操作，必有成效，熔炼及浇温低固然针孔会好一些，但同时会带来冷隔、浇不足泡沫渣气孔来不及排出等缺陷，在精炼效果较好的情况下温度还是偏高一点好。

浇注系统采用底注时浇注平衡泡沫渣卷入可能性小，对防止渣气孔有利，但同时就可能发生上部冷隔和浇不足，应多做几个方案工艺试验来确定。

3、目前辆黑区设备竞争激烈，生产厂家很多，虽然水平不一定高，但一般都还能用。

白区设备相对落后。

泡沫模是消失模铸的基础，没有好的泡沫模就没有好铸件。

相比起来，白区设备制作难度大得多，设备高度也麻烦得多，却又常常不为一些消失模铸厂家重视，许多厂家白区陋，设备很简，以致辞泡沫模不是比重大就是表面不光洁，粘接缝也不齐甚至脱胶，严重地影响了铸件的质量和产量。

而在汽车和发动机待业规模生产消失模铸铝件，采用简易设备只能是小打小闹，难以实现批量生产。

因此有必要开发和生产一些价格不太高，功能齐全又适用的白区设备，以促进消失模铸铝业的发展。

3#泡沫模（图3a）4#泡沫模（3b）5#泡沫模（图3c）排气管02AL（图3d）排气管02泡沫（图3e）排气管03AL（图3f）排气管4AL（图3g）5#泡沫模（图3h）排气管23AL（图3i）排气管24AL（图3j）4、国内广泛使用的振动台，紧实效果尚好，但充填效果较差，我们在摇臂罩制作时，既怕充填不好面多肉，又怕加速度过大而变形，因而批量生产时振动台下砂和振动频率的配合是很重要姝，国外振动台自控水平高值得借鉴，另外也应重视提高水平方向加速度以增加充填能力而又不过于造成铸件变形。

5、鉴于铸件各向收缩率并不一致，对于小的或尺寸精度要求不高的铸件采用一种收缩率制作模具问题不大，但对于位置精度要求高的薄壁且尺寸较大的铸件则会超差，因此在正式制作模具前常常有必要用手工线切割的方法拼合成大致的模拟产品，以测得铸件各向的实际收缩率，确保昂贵的模具尺寸正确。

在制作摇臂盖时就是预先浇了手工切割的样件并适当地调整了收缩率再制正式模具的（样件见图4：摇臂盖泡沫模、铸件及加工件、手工切割泡沫的试验件）。

气缸盖罩（反）AL（图4a）气缸罩（正）AL（图4b）气缸盖罩AL（手工）（图4c）气缸罩泡沫模（图4d）图4 摇臂盖泡沫模、铸件及加工件、手工切割泡沫的试验件6、关于铝熔炉：已知情况说明目前没有一种熔炉是真正理想的。

据介绍国外多用没或天然气反射炉亦有用惰性气体保护感应电炉熔炼。

反射炉头直接与铝水接触，熔化速度快，但加剧了铝的烧损和氧化吸气，在目前油价高涨的情况下还不得不考虑成本。

坩埚炉虽可让炉气不接触铝水但效率太低。

感应电炉熔炼虽热效率较高，但翻腾的铝液氧化严重，若采用惰性气体保护则耗气很大，设备费用也高，会大幅度增加成本，还很难完全隔绝空气。

电阻反射炉和电阻坩埚炉熔炼质量尚好，但耗时，效率太低。

此外如红外式电炉还未真正推广，很难评价。

有条件的工厂可以用天然气或没反射炉快速熔炼后转入电阻炉内做精炼处理。