铝合金飞轮壳低压铸造控制技术

铝合金飞轮壳低压铸造控制技术

芦功辉

宁波强盛机械模具有限公司

摘要：本文介绍了当前典型的低压铸造工艺控制过程，及其补缩系统不同时段的补缩特点，介绍了低压铸造浇道以满足补缩为要点，兼顾排气、充型的设计特点。结合铝合金飞轮壳铸件，分析了该产品热节厚大、分布分散的结构特征，介绍了飞轮壳铸造低压铸造工艺的设计方案，负压排气设计原理，及其工艺过程参数充型压力、充型速度、温度场三方面的控制技术。通过以上方法取得开发的成功，保证了生产条件的稳定。

关键词：飞轮壳低压铸造工艺设计控制技术

低压铸造主要用来生产质量要求高的铝、镁合金铸件。本文结合某飞轮壳工艺设计的试述该类工艺的设计及其控制技术。

1．低压铸造与飞轮铸造工艺的选择：

低压铸造是介于重力铸造(如砂型铸造、金属型铸造)和高压铸造之问的一种铸造方法。

低压铸造是液态合金在压力作用下，自下而上地充填型腔，并在压力下结晶、凝固、成形。由于所加的压力较低(22～70kPa)，所以称之为低压铸造。

飞轮壳、取力器壳等铸件是发动机重要的承载零件或载荷输出部件。一般平均壁厚8mm

以上，重量在15—80Kg，热节厚大，结构属于厚壁中重型零件，附加浇注系统以后浇注重量一般在30Kg以上。该类零件内在质量要求较高，不允许有缩孔、缩松、夹渣等类铸造缺陷存在。低压铸造劳动强度低，铝液充型平稳，工艺出品率高，热节在压力条件下补缩，浇注温度低，同种材料机械性能比重力铸造高出15％一20％，铸件质量稳定可靠。本文飞轮壳零件净重20.5Kg，顶面壁厚8mm，侧面壁厚10mm，最大热节圆直径ø42mm，热节散布。其铸造工艺采用低压铸造，工艺设计重点在补缩方案、排气方法，生产工艺过程参数的选择与控制。

2．低压铸造工艺特点及其阶段的作用：

2.1 低压铸造工艺补缩特点：

低压铸造工艺的补缩控制有别于重力铸造：重力铸造金属液的补缩是冒口内铝液保证必须的静压，在重力作用下，从上向下，从高温区向低温区进行。低压铸造金属液充型是纯粹的底注式，有外加压力存在时，其补缩是从下向上，从高温区向低温区进行；没有外加压力作用时，补缩与重力铸造方式相同(参见下图所示)。浇注过程中，上下倒置的温度梯度分布，下模恶劣的散热条件。使得低压铸造顶冒口、侧冒口设计比重力铸造零件要大出20％以上，甚至更多。铸件重点的补缩区域，工艺系统补缩能力最强的区域应设置在下模。

充型初期自下而上的补缩充型后期自上而下

2.2低压铸造浇注系统的设计特点：

低压铸造金属液自下而上充型，浇注过程充型平稳，紊流程度小，氧化少，不卷入气体型腔排气方向与金属液充型方向一致，型腔排气条件好。浇注系统弊渣功能要求稍低，洁净的铝液甚至可以取消弊渣环节的设置。浇道设计以满足补缩为要点，兼顾排气、充型。如本文举例零件直浇口，横浇道尺寸结构，即按补缩通道要求进行设计。浇注速度主要由气控系统充型压力与进气流量控制，浇道结构影响较小，但要注意浇道与铸件搭接的“实际内浇口”截面尺寸能够满足充型速度的需要。模具温度场下模偏高，热节主要依靠下模浇道补缩，补

缩效率高。浇道距离短，工艺出口率较高。大型铸件浇道设计在充分考虑补缩要求的基础上，要注意高温金属液通过时带来的较大的温度梯度对生产效率的影响。粗大的浇道可能需要较长的保压凝固时间。

2.3典型的低压铸造控制过程及其各阶段的目的：

目前典型的低压铸造控制过程，见下图所示(典型的低压浇注工艺曲线图)。升液一充型一结壳凝固一增压凝固一保压凝固一卸压凝固六个阶段，结壳凝固视需要而定，薄壁铸件通常取消该阶段或压缩的很短。

升液压力的目的是完成金属液到浇道口的抬升。大流量的进气量，A—B段斜率较大，升液速度较快，可以有效的提高生产效率。

升液压力有称之为悬浮压力，区别在于恒定的升液压力不能弥补生产过程炉内液面降低带来的压力损失，每模次充型初期升液管内液面高度动态变化；悬浮压力=升液压力+压力损失△P，因此可以保证铸件充型压力参数稳定在一定的水平不变，每模次充型初期升液管内液面高度不变。

充型压力目的是完成金属液充满型腔内的过程。通气量一定，在满足充型的前提下，较低的压力可以获得较低的充型速度，可以保证型腔气体充分排出，提高模具间隙对金属液的封堵能力和砂芯承受能力，降低铸件的气孔，粘砂等缺陷的废品率。

结壳主要针对有砂芯铸件，充型结束作一个短时间的保压(根据壁厚确定约0.4秒左右)，铸件表层形成薄壳，提高砂芯抗机械粘砂能力和模具间隙对金属液的封堵能力。

保压压力主要目前提高浇注系统的补缩能力。

一般保压压力越高，补缩效果也越好。

2.4飞轮壳热节分布及其铸造工艺设计：

2.4.1飞轮壳的结构特点及热节分布：

飞轮壳结构及热节分布如右图(飞轮壳热节分布示意图)所示，热节分布分三个重点区域：铸件侧面的吊装螺孔区，法兰面环形的法兰区，起动机孔周边的厚壁区，铸件顶面散布的螺孔搭子以及周边均布的加强筋。

2.4.2铸件和补缩及浇注系统的设计：

依据前述2.1—2内容，飞轮壳法兰面向下，从热节位置引入浇道比较合理。浇注工艺设计(参见飞轮壳浇注系统示意图)。

浇道从热节圆开始，横浇道到直浇口呈依次扩大的结构。

该工艺的优点是：散布在铸件顶面的螺孔搭子处在浇注系统流场未端，表现为心部的缩松，工艺上可采用减薄模腔局部涂料厚度、风冷或砂芯局部涂刷金属粉末配制的激冷型涂料等方法加以控制。铸件侧面均布的加强筋与环形法兰相连，通过环形法兰可得到非常有效的补缩。针；铸件侧面的厚大热节直接开通与直浇口相连的补缩横浇道，对其进行充分的补缩。设置三叉浇道对环形浇道补缩，环形浇道对环形的厚大法兰进行补缩，通过均布四周的加强筋对铸件顶面、侧壁进行充分的补缩。偏厚的起动机孔侧壁可以设置顶面冒口对其补缩。

这样补缩系统对铸件热节的覆盖，就比较充分，比较全面，能够有效的避免铸件缩孔、缩松缺陷的产生。

2.4-3排气系统的设计：