鑄鋁件造型制芯技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

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最后更新：	2017-08-28 09:11
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鑄鋁件造型制芯技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展
由于石油危機(jī)、海灣戰(zhàn)爭等事件給人們敲響了能源危機(jī)的警鐘，加上全世界范圍內(nèi)保護(hù)環(huán)境的呼聲日益高漲，節(jié)約能源成為汽車制造商對所制造產(chǎn)品的追求的首要目標(biāo)。鑄鋁件在經(jīng)歷了相當(dāng)深入的研究工作之后，人們的注意力已集中在減輕汽車的自重方面，因?yàn)楫?dāng)其重量減少1%時(shí)，汽車的油耗將降低大約1%。
因而現(xiàn)在密度為8t/m3左右的鋼鐵材料占主導(dǎo)地位的汽車零部件將由密度低于3t/m3的鋁等有色合金材料所取代。例如日本的鑄鋁件產(chǎn)量在80年代末期到90年代初期一直保持著年遞增10%左右的高增長率，在鑄件生產(chǎn)總量停滯甚至下降的時(shí)候，該成就十分引人注目。日本1990年由壓鑄法以外的鑄造方法生產(chǎn)的鑄鋁件共計(jì)39.5萬t，其中用于汽車零部件生產(chǎn)的為34.4萬t，占總產(chǎn)量的87%(用壓鑄法生產(chǎn)的鑄鋁件約為69.0萬)。
日本已頒布CAFF(汽車制造商燃料消耗-效率基準(zhǔn))強(qiáng)化法案，對2001年汽車的燃料消耗規(guī)定了十分明確的目標(biāo)，即以1989年日本各種型號的汽車平均燃料消耗為基準(zhǔn)，1995年應(yīng)下降20%，2001年降低率應(yīng)為40%。
為達(dá)到該法案所規(guī)定目標(biāo)，汽車制造商紛紛進(jìn)行對策研究。壓鑄鋁件所得的結(jié)論是：采用鋁等有色合金鑄件取代鋼鐵鑄件，到2001年使汽車的自重降低35%。以發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1800ml轎車為例，1989年總重量為1300kg，其中鋼鐵零部件共重900kg，鋁合金零件重55kg，到2001年，汽車的總重降低為800kg，其中鋼鐵零部件200kg，鋁合金零部件275kg，
鎂合金由無增為40kg，可知鋁和鎂等有色金屬的總用量將大大超過鋼鐵材料。不難想象，在今后的一段時(shí)期內(nèi)，鋁等有色合金鑄件的生產(chǎn)量將會(huì)有更快的增長，給全球范圍內(nèi)的鑄造生產(chǎn)以極大刺激。我國已經(jīng)制定了今后汽車工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，即以轎車整車生產(chǎn)和零部件生產(chǎn)為重點(diǎn)，第一汽車制造廠所上的轎車項(xiàng)目中，已將鑄鋁件生產(chǎn)基地?cái)[在十分重要的位置上，已引進(jìn)重力澆鑄工藝、設(shè)備以及生產(chǎn)消失模的關(guān)鍵設(shè)備，生產(chǎn)鑄鋁缸蓋和進(jìn)氣管，為鑄鋁件的生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。我國汽車工業(yè)即將起飛，將刺激國內(nèi)有色合金鑄件生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速提高。
由于鑄鋁件的澆鑄溫度比灰口鑄件、球墨鑄鐵低得多(一般情況下，鋁合金的澆鑄溫度約為720℃，而鑄鐵的澆鑄溫度在1450℃左右)，采用壓鑄或金屬型鑄造法生產(chǎn)鑄鋁件時(shí)鑄型所受到的熱沖擊要低得多，但其中所使用的砂芯，以及其他鑄造法中采用的鑄型、砂芯，在借用鑄鋼、鑄鐵用型(芯)砂粘結(jié)劑體系時(shí)，卻存在著極為尖銳的潰散性問題。在鑄鋁件生產(chǎn)工藝方法中，潰散性較高的濕型法也有一定的使用，熱硬化法及氣體硬化法等為金屬型、高壓壓鑄及濕型法生產(chǎn)使用的型芯所占比例較大，特別是殼芯方面有著很好的應(yīng)用前景，用自硬樹脂砂或氣體硬化砂制造的鑄型、型芯也占有一席之地。
涂層厚度對鑄件密度的影響，隨著涂層厚度的增大，壓鑄鋁件的密度下降。這是因?yàn)橥繉雍穸仍叫。郾揭蚁峤猱a(chǎn)物越易排出型腔，從而減少了其對壓鑄鋁件針孔的影響。涂層太厚，則不利于熱解產(chǎn)物的排出，熱解產(chǎn)物可能滯留在鑄件中形成氣孔，從而降低壓鑄鋁件的密度。因此鋁合金消失模鑄造應(yīng)采用較薄的涂層厚度，以0.2～0.3mm為佳。但涂層厚度也不能太薄，否則涂層的強(qiáng)度不夠，不利于抵抗泡沫塑料模樣的變形，影響鑄件的精度；并且由于涂層太薄，強(qiáng)度太低，在搬運(yùn)及造型過程中，涂層可能開裂脫落，從而影響鑄件的表面質(zhì)量。
隨著模樣厚度的增大，鑄件密度下降、針孔增加，這是因?yàn)槟雍穸仍黾樱瑒t所含有的鋁液多，鑄件凝固速度慢；另一方面，模樣厚度增加，則要熱解的泡沫塑料增多，這均會(huì)增加鑄件針孔傾向。因此，鋁合金干砂消失模鑄造尤其適合于生產(chǎn)薄壁零件。
直澆道高度對壓鑄鋁件密度的影響有一個(gè)峰值，當(dāng)直澆道高度較小時(shí)，由于直澆道內(nèi)的熱解產(chǎn)物少，充型過程中，鋁液中可能卷人的熱解產(chǎn)物少，所以熱解產(chǎn)物對加工定制鑄鋁件密度的影響小，有利于提高壓鑄鋁件內(nèi)在質(zhì)量。
負(fù)壓度對加工定制鑄鋁件密度的影響，負(fù)壓度對加工定制鑄鋁件密度的影響有一個(gè)峰值，當(dāng)負(fù)壓度較小時(shí)，由于泡沫塑料熱解產(chǎn)物不易排出，其對針孔的影響大，會(huì)增多加工定制鑄鋁件的針孔。而當(dāng)負(fù)壓度太大時(shí)，鋁液在充型過程中易產(chǎn)生紊流，有可能把熱解產(chǎn)物卷人其中而形成針孔。當(dāng)負(fù)壓度適度時(shí)，一方面由于有利于熱解產(chǎn)物的排出而減少其對加工定制鑄鋁件針孔的影響；另一方面由于不致于使充型鋁液形成紊流，故不易將熱解產(chǎn)物卷入鋁液中形成針孔。因此適度的負(fù)壓度有利于減少加工定制鑄鋁件的針孔，提高其致密性。
負(fù)壓度對加工定制消防器材專用鑄鋁件密度的影響有一個(gè)峰值，當(dāng)負(fù)壓度較小時(shí)，由于泡沫塑料熱解產(chǎn)物不易排出，其對針孔的影響大，會(huì)增多加工定制鑄鋁件的針孔。而當(dāng)負(fù)壓度太大時(shí)，鋁液在充型過程中易產(chǎn)生紊流，有可能把熱解產(chǎn)物卷人其中而形成針孔。當(dāng)負(fù)壓度適度時(shí)，一方面由于有利于熱解產(chǎn)物的排出而減少其對加工定制鑄鋁件針孔的影響；另一方面由于不致于使充型鋁液形成紊流，故不易將熱解產(chǎn)物卷入鋁液中形成針孔。因此適度的負(fù)壓度有利于減少加工定制鑄鋁件的針孔，提高其致密性。
為研究泡沫塑料對加工定制鑄鋁件密度的影響，用細(xì)鐵絲網(wǎng)制做了一些210mm×45mm×20mm鐵絲框。在一些鐵絲框內(nèi)裝滿泡沫塑料，而另一些鐵絲框內(nèi)則不裝泡沫塑料，即為空腔。在鐵絲網(wǎng)上涂掛1mm厚的自制鋁合金消失模涂料，干燥后，把它們埋入相同的干砂中造型，在相同的鑄造工藝條件下澆注鋁液(鋁液沒有進(jìn)行變質(zhì)處理)，以比較泡沫塑料對加工定制鑄鋁件密度的影響。
鑄鋁件廠家研究表明，在消防器材專用鑄鋁件澆注溫度(700～800℃)范圍內(nèi)，模樣基本上只分解成蒸氣狀的液體餾分和一定量的氣體，燃燒只是有限地進(jìn)行。聚苯乙烯是以緩慢的裂解方式形成二聚物、三聚物，單體很少。試驗(yàn)結(jié)果表明，消防器材專用鑄鋁件液態(tài)分解產(chǎn)物的形成速率取決于兩個(gè)因素：流動(dòng)速度和澆注溫度。當(dāng)流動(dòng)速度增大時(shí)，大量的液態(tài)分解產(chǎn)物在鑄型中形成，由于在充型過程中產(chǎn)生的紊流，消防器材專用鑄鋁件少量的液態(tài)熱解產(chǎn)物可能裹在鑄件中，這種液態(tài)聚苯乙烯會(huì)逐漸氣化并形成氣泡，使消失模鋁鑄件的針孔明顯增多。
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