铝合金大型薄壁平板件反重力铸造技术研究

2022-09-08 14:25孟凡奇
世界有色金属 2022年12期
关键词:铸件薄壁压差

在对高冶金品质复杂的薄壁轻合金构件进行制造时,反重力铸造技术有着非常广泛的应用,在具体的应用过程中主要是以低压以及差压为核心,目前已经受到我国制造业的高度重视。反重力铸造技术在使用时可以体现出明显的逆重力方向充型特点,通过液面加压控制系统作用的发挥,合金液能够实现可控充型,在比较高的压力环境下,能够达到一定的凝固状态,在整个形成过程中可以满足一定的平稳性,并且最终所形成的铸件,其结构非常紧密,可以发挥出非常好的使用性能,对于提升复杂薄壁轻合金构件质量有着非常重要的作用。如今,随着我国科学技术水平的不断提升,铸造计算也实现了对计算机技术的充分利用,从而可以满足一定的高效、节能等优势,在整个工矿企业生产中实现了非常广泛的应用。本文主要应用到了模拟仿真技术,对铝合金大型薄壁平板件反重力铸造进行了深入分析。

1 现有反重力铸造工艺技术与特点

1.1 低压铸造

针对于低压铸造工艺而言,在实际的应用过程中,主要是将压缩空气填充到具有封闭性的下室中,在压力的影响作用下,坩埚当中的金属液会通过升液管进入到铸型中,当压力处于20KPa~60KPa之间时,可以达到一定的凝固状态。目前在轻合金制备工作中,低压铸造作为一种非常普遍的反重力精密成形技术,已经实现了非常广泛的应用。低压铸造技术可以对压力进行有效调节,从而使金属液流动性实现明显提升,可以为复杂薄壁铸件生产提供非常大的便利。另外,在压力环境下,也能保证铸件达到一定的凝固状态,所以实现非常好的力学性能。

1.2 差压铸造

差压铸造主要指的是金属液在压差作用下,充填到预先有一定压力的铸型当中,在达到充型凝固状态之后,可以得到非常好的铸件工艺技术。通常情况下,可以将差压铸造工艺划分为两种形式,分别为增压法与减压法,增压法主要是可以提升坩埚内的压力,在产生一定的压差之后,可以很好的进行充型。而减压法在应用过程中主要是可以降低密封罩当中的压力,在形成压差之后进行充型。差压铸造工艺在应用过程中,其特点主要体现在了以下几个方面:第一,可以对充型压力以及型腔当中的反压力进行有效调节,可以有效防止低压铸造型腔当中的反压力出现变动现象,可以实现最好的金属液平稳充型速度,从而可以防止金属液出现喷射以及飞溅等现象;第二,对压差大小进行有效调节,可以对熔体充型能力进行有效调节,最终保证铸件尺寸可以达到非常好的精准性;第三,通过调节压力差,在一定的压力下,可以保证金属液达到结晶凝固状态,最终所获取到的铸件组织具有较好的密度,同时实现非常好的力学性能。与低压铸造技术相比,差压铸造工艺技术所制备的合金铸件,可以实现非常好的抗拉强度,同时伸长率也能实现明显提升。因此,在对不同合金种类的薄壁复杂铸件进行制备的过程中,使用差压制造工艺可以发挥出非常明显的优势。

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1.3 调压铸造

调压铸造方法主要是在差压铸造研发基础上形成的,属于一种新型薄壁铸件形成技术。在对调压铸造方法进行使用的过程中,可以对薄壁铸件充型能力以及铸件性能起到非常好的调节作用。

采取浇注工艺技术,压力值会对浇铸件质量产生非常大的影响,在对平板铸件所需压力进行计算时,其中铝合金的密度为2.7g/cm

,严格参照重量密度比之间的关系,760mm恭柱相当于铝合金液柱高度,其高度计算为760X13.6÷2.7=3828mm,也就是100KPa大约为1个标准大气压等于3828mm铝合金业柱。所以,1KPa大约等于38mm铝合金液柱。

在具体的应用过程中,其工艺原理主要体现在了以下两个方面:第一,在同一时间内,对上下室进行抽真空,当型腔处于真空状态下时,对下室与上室之间的压力差进行有效调节,使液态金属沿反重力方向进入到型腔。在充型工作结束之后,对充型压力差进行改善,使铸件凝固环境从真空状态向高压状态发生转变,从而在可调压力下,使铸件能够达到一定的凝固状态。

基因位于Y染色体的非同源区段上,其遗传特点为仅雄性个体会表现出相应的性状,而雌性个体不会表现出相应的性状。上述情况很容易判断出,各类型考试中鲜有考查。

2 研究方法

本文在具体的研究过程中,主要是应用到了平板结构件,在对浇注系统进行选择时,采用了缝隙式浇注系统,实现低压浇注。平板试验件与浇注系统设计如下图1a所以。在图2b中,分别排列的是6块平板,分别浇注冒口系统与通用冷铁。

针对以上问题的产生,对整个过程进行严格控制,保证冷铁之间的间隙在5mm以下,然后再进行浇注工作。最后,平板之间产生的缺陷,仍然是缩松缺陷。虽然缺陷在类型上具有一定的相似性,但是,缺陷出现的位置与冷铁之间间隙较大时具有明显的差异。在平板当中,缩松缺陷分布具有明显的分散性,主要是分布在了平板上部、下部、立筒侧附近以及立筒侧较远位置等,同时,在冷铁的中心处也可能会分散缩松缺陷。

第一种浪形划分是针对2449点上升的正常回调。2703点运行的是ABC三浪下跌调整结构,C3已经结束于2489点或者是已经结束于2462点了,目前处于C4小微浪的反弹过程当中;最关键的问题是这里的C5小微浪并不能确认最后会运行到哪里。因为C5小微浪可以是失败的不创新低的,甚至C3-5小浪和C5小浪有时候都很难进行有效的区分清楚。

3 结果与讨论

3.1 冷铁分布产生的影响

在研究过程中采取低压浇注方法,将保压压值设计为35KPa。在对平板件进行浇注的过程中,平板出现了一些问题,主要体现为缩松缺陷,位置主要发生在冷铁比较大的间隙中。针对缺陷出现的位置,对缺陷问题产生的原因进行深入分析。最大冷铁间隙超出30mm,这些位置要低于四周的凝固时间,在凝固阶段中无法实现金属液补充,最终引发缩松缺陷问题的产生。

在对平板铸件进行设计的过程中,将初始厚度设计为20mm,尺寸为576mm×573mm,因为平板铸件的面积比较大,所以在每一块平板当中设置了一条缝隙浇道,其中浇道的直径在67mm左右,浇道的长度为800mm。在对通用冷铁初始厚度进行设计时,将其设置为了15mm。因为典型壁的厚度比较薄,所以在对冒口进行放置时存在一定的难度,所以,可以对缝隙浇道的长度进行延长,从而可以对铸件起到非常好的补缩作用。

结合最终的模拟仿真研究结果进行分析,当铸件厚度平均为20mm,冷铁厚度为15mm时,压差由原本的15KPa上升到20KPa,这时缺陷形成不会出现太大的变化。当压差上升到35KPa时,缺陷形成比较明显。在具体的检验过程中,应用到了压差为20KPa的浇注工艺,从而完成对平板的浇注工作,结合最终的缺陷产生数量来看,明显超出了压差为35KPa时所形成的缺陷数量。由此可以看出,压差对铸件缺陷产生有着很大影响。

为了更好的检验保压压力对铸件缺陷所产生的影响,所以进行了模拟仿真研究工作。结合下表1中的相关内容进行分析,分别体现出了浇注过程中所产生的低压工艺参数,保压增压值为35KPa、20KPa以及15KPa。

3.2 保压增压值的影响

除此之外,在一些建设规模比较大的高速公路工程当中,通过设立中心试验室,能够帮助工程管理人员更加全面的掌握各项原材料的使用情况,通过有效分析中心试验室提供的各项数据,优化高速公路工程施工工艺,进一步提升工程的整体施工管理水平。为了保证高速公路工程中的中心试验室得到更好的构建,相关试验人员要明确各项试验流程,针对工程试验室设立过程中存在的问题,制定科学的解决对策,不断提升高速公路工程中心试验室建设水平。

在对平板进行浇注的过程中,合金液面与铸件型腔顶部的高度差在2344mm以上,要想确保铸件最终能够完全浇注成型,最终所需要的压力在62KPa以上。同时,为了降低铸件内部缺陷问题发生概率,结壳压力需要使用10KPa,保压压力需要35KPa。所以,在对铸件进行浇注的过程中,一共所需要的压力为107KPa,压差的上限最少要达到107KPa。

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调压铸造是以上两种反重力铸造方法的改进技术,不仅能将以上两点工艺的优势作用充分发挥出来,同时还具备自身特点,具体主要体现在了以下几个方面:第一,上室与下室同时抽真空,在负压条件状态下,可以将铸型表面吸附的气体和水分进行有效去除,可以对金属液纯净化起到非常好的效果;第二,在负压状态下进行充型,可以保证整个充型过程中满足一定的平稳性;第三,在压力状态下进行凝固,通过这种方式不但可以保证金属液出现回流现象,同时还能为金属液补缩提供非常重要的驱动作用,从而使铸件的紧密程度实现明显提升,最终降低缩松或者是缩孔问题发生概率。通过对调节铸造工艺技术的使用,可以对铸件凝固顺序起到非常重要的强化效果,使最终的补缩效果能够很大的改善,在更大程度上提升铸件的强度与塑性,对拉普拉斯作用进行有效克服,这时铸件微观组织以及性能等能得到非常大的改善,所以,可以促进1mm~5mm厚度的复杂薄壁铸件更好的形成。

3.3 铸件壁厚与冷铁厚度之间的关系

在压差达到35KPa的情况下,对冷铁厚度与铸件厚度对缺陷产生的影响关系进行了深入分析,并在此基础上进行了模拟仿真研究工作,具体如下图2所示。

结合最终的仿真结果来看,在保压压力条件为35KPa的情况下,当铸件厚度或者是冷铁厚度达到一定值时,通过调整冷铁厚度,缺陷形成趋势会非常明显,两者之间存在互相匹配的关系。另外,在冷铁之间间隙比较大的情况下,铸件相应位置会产生非常明显的缺陷倾向,与实际浇注结果相适应。在实际的浇注过程中,结合最终的拍片结果来看,未放置冷铁厚度20mm平板拍片合格,剩余都不合格。

当铸件的厚度为20mm时,冷铁厚度由原本的15mm下降到10mm,然后在取消冷铁,通过这种方式可以降低铸件出现缩松问题发生概率。当冷铁厚度达到10mm时,铸件厚度由原本的12mm上升到20mm,或者是当冷铁的厚度为15mm时,铸件的厚度由16mm上升到20mm,通过这种方式可以降低铸件缩松问题发生概率,以上结果与最终模拟仿真结果相同。

3.4 缺陷形成分析

针对铸件所产生的缩松缺陷问题,将缺陷所产生的位置进行打开,可以看出缩松缺陷在厚度方向都分布在了远离冷铁的一边,深度大概为11mm。

因为受到冷铁激冷作用的影响,当合金液发生凝固时,与冷铁比较靠近的一边会先出现凝固状态,与冷铁比较远的一边会凝固时间比较晚。在整个凝固阶段中,补缩通道会逐渐变窄,因此,只有补充压力在较高的状态下,才能实现补缩效果。如果是在补缩压力不够的情况下,经常会出现缩松缺陷问题。当保压增压值比较充足时,可以很好的实现补缩效果。在补缩压力一定的情况下,通过增加冷铁的厚度或者是降低铸件厚度,可以使补缩通道变窄,这时缺陷形成的概率就会增加。由此可以看出,铸件厚度、冷铁厚度以及保压压力会对铸件缺陷形成原因铸件有着很大的影响,所以,需要站在整体角度上进行充分考虑。另外,在对平板件进行研制的过程中,如果没有放置冷铁时,会与铝合金舱体以及支架等结构铸件合理研制有着明显的差异,需要进一步加强相应的研究工作。

4 结语

综上所述,针对于平板铸件缺陷形成的原因,冷铁分布有着较大的影响,在冷铁之间缝隙比较大的情况下,间隙位置很容易出现缩松缺陷问题。其次,增压保压值会对铸件缺陷产生很大影响,在增压保压值比较低的情况下,很难实现缩松缺陷问题的补缩,增大保压值可以降低缺陷形成概率,在面对典型铸件时,增压保压值需要超出一定的数值。在增压保压值一定的情况下,铸件厚度与冷铁厚度会对铸件缺陷形成产生非常大的影响。当铸件厚度或者是冷铁厚度一定的情况下,可以降低冷铁的厚度,或者是增加铸件的厚度,通过这种方式可以有效降低铸件缩松缺陷问题形成概率。目前,在铝合金大型薄壁平板件铸件过程中,反重力铸件技术已经实现了非常广泛的应用,与传统的铸造技术相比,整个充型过程可以满足一定的平稳性,同时可以达到非常好的可控效果,对于最终所产生的成品,可以发挥出非常好的使用性能,同时铸件的结构更加紧密,力学性能能够因此有明显的提升。未来,应该进一步加强对高温合金大型薄壁复杂铸造技术的研究工作,从而使该技术可以迎来新的发展前景。

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