Проектирование процесса литья и пробное производство корпусных отливок из алюминиевых сплавов

1
Конструктивные характеристики и требования к отливкам

Базовый размер отливки оболочки составляет 157,8×151,1×64,6 мм, материал – AlSi7Mg0,3, вес – 0,91 кг. Трехмерная модель и основные размеры отливки показаны на рисунке 1, которая представляет собой небольшую и сложную деталь. Его технические требования включают в себя: допуски незаполненных отливок должны соответствовать BS6615/ISO 8062 и инженерному стандарту E3-20, дефекты должны соответствовать технической спецификации E4-05-006, а отливки должны соответствовать соответствующим требованиям качества в спецификациях материалов. Минимальная толщина стенок отливки составляет 4 мм, при этом на нескольких поверхностях не допускаются заусенцы, заусенцы и выступы, поэтому необходимо учитывать положение заливки и поверхность разъема; Кроме того, максимальное поперечное сечение отливки не находится в одной плоскости, поэтому разумно проектируйте разделяющую поверхность.

Рис.1 Трехмерная модель и контурный размер отливки

Толщина стенки средней части и вертикального фланца отливки корпуса под давлением относительно велика, что позволяет легко образовывать горячие точки и дефекты усадки в процессе затвердевания. Поэтому в этих двух позициях добавляются стояки для подачи.

2
Проектирование процесса литья

2.1 Положение заливки и разделительная поверхность

Сначала определите положение заливки и разделительную поверхность. Поскольку для формования используется машина прецизионной формовки цифрового безформового литья, при проектировании положения заливки и поверхности разъема необходимо учитывать, может ли машина фрезеровать соответствующую песчаную форму и песчаный стержень. Проконсультировавшись с руководством по процессу литья и сравнив преимущества и недостатки различных положений заливки, выберите положение заливки и поверхность разделения, как показано на рисунке 2. Преимущество состоит в том, что место с наибольшей толщиной стенки расположено в верхней части, то есть способствует реализации последовательного затвердевания, а опорная плоскость измерения расположена в нижней части. Легко обеспечить качество литья; поверхность разъема обычно плоская, а поверхность разделения частично изогнутая, форма относительно проста, нет плоскости, которая влияет на технические требования чертежа (заусенцы, заусенцы и выступы не допускаются для требований к нескольким поверхностям).

Рисунок 2. Положение заливки и разделительная поверхность

2.2 Конструкция песчаного сердечника и литниковой системы

В соответствии со структурой отливки проектируются два песчаных стержня, как показано на рисунке 3.

Рис.3 Трехмерная модельная схема двух песчаных кернов

Поскольку деталь представляет собой небольшую алюминиевую отливку, после проверки руководства по литью и соответствующей информации становится известно, что для алюминиевой отливки в основном используется открытая система заливки. Открытая литниковая система может обеспечить низкую скорость потока заполняющей жидкости при заполнении формы, чтобы заполнение было стабильным, а также можно избежать турбулентного потока и вовлечения оксидной пленки, чтобы гарантировать, что расплавленный металл, попадающий в полость, относительно чистый, поэтому этот процесс принимается. Для открытой литниковой системы соотношение секций каждого бегуна составляет ΣA прямой: ΣA горизонтальный: ΣA внутренний = 1:1,4:1,3. Кроме того, при использовании системы центрального разлива расплавленный металл поступает в полость из середины. Поскольку конструкция детали представляет собой конструкцию корпуса турбины, в процессе наполнения легко вызвать захват воздуха. Таким образом, часть рабочего колеса с боковым впрыском заполняется в тангенциальном направлении, что может уменьшить количество воздуха.

Рисунок 4. Конструкция литниковой системы (a) 1 # песчаный сердечник

Для расчета времени заливки алюминиевого сплава можно использовать следующую эмпирическую формулу:

В формуле: t – время заливки, с; s – коэффициент, обычно s=3; G – общий вес расплавленного металла в кристаллизаторе, кг.

Исходя из этого, время заливки рассчитывается как t=3,27 с. Для контроля времени заливки при фактической заливке время заливки принимается равным 3 с.

Обратитесь к руководству по алюминиевому сплаву и используйте формулу (2) для расчета площади поперечного сечения литника:

В формуле: ΣА – общая площадь сечения самой узкой части стояка, см²; η — коэффициент, обычно 0,04–0,07; H – средний напор, см, формула его расчета приведена в формуле (3).

В формуле: H0 – высота стояка над внутренним полозником, см; h0 – высота отливки над внутренним полозьем, см; h – высота отливки, см.

Расчетная площадь поперечного сечения литника составляет 2 см². Окончательно полученные расчетным путем поперечное сечение и размеры каждой части литниковой системы показаны на рисунке 5.

Рисунок 5. Сечение и размеры каждой части литниковой системы.

3

Предварительное моделирование и анализ процесса литья

Предварительный процесс литья оболочки под давлением был смоделирован с помощью программного обеспечения ProCAST, а результаты моделирования процесса заполнения и затвердевания показаны на рисунках 6 и 7.

Рис.6 Поле скоростей заполнения отливки в момент времени 1,1 с

Рис.7 Поле температур заливки и затвердевания отливки через 3 с

Из рисунка видно, что расплавленный металл инжектируется по внутреннему желобу к стенке полости и затем постепенно заполняет полость. В течение всего процесса заливки расплавленный металл течет относительно плавно, без явного увлечения газами. Результаты моделирования усадочной пористости и усадочной полости отливки оболочки представлены на рис. 8.

Рис.8 Результаты моделирования усадочной полости и усадочной пористости

На рисунке 8 видно, что, за исключением литниковой системы, усадочные полости и дефекты пористости в основном сосредоточены вверху и в толстой части вблизи середины отливки, а также небольшое количество дефектов появляется и в нижней части. фланца и задней бобышки фланца. Основная причина этих дефектов заключается в том, что средняя толщина стенок этих деталей относительно велика и отвод тепла затруднен.

4

Оптимизация процесса литья

В соответствии с характеристиками формы отливок оболочки под давлением и приведенными выше результатами моделирования процесс литья оптимизируется и проектируется верхний стояк. Целью установки верхнего стояка является подача верхней части отливки, чтобы исключить толщину верха и середины отливки. Частичная усадочная полость и дефекты усадочной пористости. В то же время в верхней части фланца добавлен плоский стояк для выпуска воздуха, который может подавать жидкость и усадку фланца при затвердевании, а также взаимодействовать с полукруглым конформным холодным утюгом, расположенным в нижней части фланца, для регулировки метода. . Распределение температурного поля фланцевой детали используется для устранения небольшого количества усадочных полостей и дефектов усадочной пористости в фланцевой детали. Кроме того, добавлены 4 круглых воздуховыпускных отверстия, главным образом для улучшения отвода газа в полость. Оптимизированная схема процесса литья показана на рисунке 9. С использованием программного обеспечения ProCAST для моделирования результаты моделирования усадочной полости и дефектов усадочной пористости показаны на рисунке 10.

Рис. 9. Оптимизированная схема процесса литья

Рис.10 Результаты моделирования усадочной полости и дефектов пористости оптимизированной технологической схемы

На рисунке 10 видно, что усадочная полость и дефекты усадки в основной части отливки оболочки под давлением устранены. Поэтому окончательная схема процесса литья, показанная на рисунке 9, была принята для опытного производства.

5

Реальное производство корпусных отливок

5.1 Обработка пресс-формы

Смоланый песок используется для обработки с числовым программным управлением верхней формы, нижней формы и песчаного стержня с помощью цифровой машины прецизионного безформового литья (модель: CAMTC-SMM2000). Используйте модуль обработки программного обеспечения UG для создания траектории обработки песчаной формы и песчаного стержня. Инструмент, используемый для черновой обработки, представляет собой плоский нож диаметром 8 мм; Кормят, разделывая между несушками.

Нанесите цирконовую порошковую краску на спиртовой основе на обработанную песчаную форму и песчаный стержень соответственно; окрашенная песчаная форма и песчаный стержень показаны на рисунке 11. Нижняя форма с собранным песчаным стержнем показана на рисунке 12.

Рисунок 11. Песчаные формы и песчаные стержни, окрашенные краской.

Рисунок 12. Нижняя форма с песчаным стержнем в сборе.

5.2 Плавка и разливка алюминиевых сплавов и последующая обработка отливок

Затем установите форму и подготовьтесь к заливке. Поместите необходимую массу слитка литейного сплава AlSi7Mg0,3 (ЗЛ101А) в тигельную печь сопротивления для нагрева и плавления, установите температуру плавления 750 °С, температуру разливки (730±5) °С. Для обработки расплава используется специальный агент для дегазации и удаления шлака из алюминиевого сплава, а для модифицированной обработки расплава алюминиевого сплава используется Al-5Ti-1B.

После охлаждения отливки в течение 1 ч ее упаковывали и встряхивали, а заусенцы и заусенцы на разделительной поверхности отливки очищали инструментами. Окончательно полученная отливка (с процессом литья) показана на рисунке 13.

Проводится проверка качества отливок, размер соответствует требованиям BS6615/ISO8062 и инженерного стандарта E3-20. Видно, что дефекты соответствуют требованиям технической спецификации Е4-05-006, а химический состав соответствует соответствующему качеству, указанному в национальном стандарте «Литье из алюминиевого сплава».

Рисунок 13. Фактическая отливка опытного производства (включая технологическую часть)

4

в заключение

(1) В соответствии со структурными характеристиками отливок небольших корпусов под давлением было выполнено полное проектирование процесса литья и проведено пробное производство с использованием технологии цифрового безформового прецизионного формования. Полученные отливки соответствовали техническим требованиям чертежей и гравитации. Метод литья закладывает технологическую основу для следующего этапа опытно-промышленных испытаний и крупносерийного производства, а также дает определенный ориентир для проектирования процесса литья других отливок с оболочкой под давлением.

(2) Выход годных отливок под давлением, полученных с помощью оптимизированного процесса, описанного в этой статье, составляет 69%. Если необходимо дальнейшее повышение производительности процесса, требуются специальные методы литья, такие как литье в металлические формы или литье под низким давлением.

(3) Технология цифрового безформового прецизионного литья отличается высокой точностью обработки песчаных форм и песчаных стержней, моделированием изогнутых поверхностей, отсутствием необходимости изготовления форм и коротким производственным циклом. Он особенно подходит для мелкосерийного единичного производства, разработки процесса литья и пробного производства отливок.

автор
Ма Юци Лю Жуйсян Цзэн Вэньвэнь Книги по истории
Ван Чэнъюнь Чжан Вэй Сян Цинчун
Школа материаловедения и инженерии Шэньянского технологического университета

Ю Вэйе
Далянь Бобст Мотор Ко., Лтд.

Эта статья взята из журнала Foundry Magazine.