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中国航发哈尔滨东安发动机有限公司,黑龙江哈尔滨150066摘要:熔模精密铸造是一种高精度铸造技术,主要用于生产复杂形状、精密度高的镁合金零件。通过优化工艺参数、改进模具材料与结构、引入先进技术和加强质量控制,可以进一步提高铸件质量和生产效率。本文对镁合金熔模精密铸造技术的研究进行了概述,并探讨中国航发哈尔滨东安发动机有限公司,黑龙江哈尔滨 150066
摘要:熔模精密铸造是一种高精度铸造技术,主要用于生产复杂形状、精密度高的镁合金零件。通过优化工艺参数、改进模具材料与结构、引入先进技术和加强质量控制,可以进一步提高铸件质量和生产效率。本文对镁合金熔模精密铸造技术的研究进行了概述,并探讨了工艺改进与优化的方向。
关键词:熔模精密铸造;镁合金;优化
镁合金作为轻量化材料,在汽车、航空航天、电子设备等领域具有广泛应用前景。熔模精密铸造技术作为制备高精度镁合金零件的重要方法,受到了越来越多的关注和研究。
1、镁合金熔模精密铸造技术
1.1 模具设计与制备
在镁合金熔模精密铸造工艺中,模具设计与制备是至关重要的一环。精密铸造要求零件尺寸精确、表面光洁,并能生产复杂形状的零件。因此,模具的设计与制备必须考虑多方面因素,以确保高质量的铸造成品。
首先,模具材料的选择是模具设计的基础。在镁合金熔模精密铸造中,通常采用高温耐火材料、陶瓷材料或高温合金作为模具材料。这些材料能够在高温环境下保持稳定性,抵抗熔融镁合金的侵蚀,并保证模具的寿命和精度。其次,模具结构设计需要根据零件的形状、尺寸和几何特征进行合理规划。包括确定分型面、浇口、冒口以及通气系统等。合理的分型面设计有助于实现铸件的顺利脱模,减少缺陷的产生。浇口和冒口的位置和形状会影响熔体的充填和凝固行为,需要根据材料特性和零件要求进行优化设计。同时,通气系统的设计能够有效排除熔体中的气体,减少气孔的形成。在模具制备工艺方面,精密数控加工技术的应用使得模具制造变得更加精准和高效。传统的手工制模难以满足高精度铸造的要求,而数控加工可以实现复杂形状的精密加工,确保模具的尺寸和表面质量符合设计要求。
1.2 材料选用与准备
材料选用与准备在镁合金熔模精密铸造工艺中是确保铸件性能和质量的关键步骤。合理的材料选择和精心的准备过程对于获得高品质的镁合金铸件至关重要。
首先,针对不同应用和性能要求,需要仔细选择合适的镁合金材料。常见的镁合金有AZ91、AM60、AZ31等,它们具有优异的轻质、高强度和优良的耐腐蚀性能。根据零件的具体要求,如强度、耐热性、耐腐蚀性等,选择相应的镁合金材料,确保满足设计和使用的功能需求。其次,材料的准备过程也至关重要。在熔融铸造之前,镁合金原料需要经过一系列的预处理步骤。这包括除杂、除气和预加热等工艺。除杂是指去除原料中的杂质和夹杂物,以提高合金的纯度和均匀性。除气过程能有效去除原料中的气体,减少气孔的形成。预加热则有助于降低熔融温度和熔体的粘度,有利于后续的熔炼和浇注过程。在材料的准备过程中,严格控制原料的配比和加工条件,以确保每一批材料的成分和性能的一致性。这对于提高铸件的稳定性和一致性,避免因材料变化引起的质量问题,具有重要意义。
1.3 熔炼与浇注
熔炼设备和工艺的选择对于获得稳定的熔融合金至关重要。通常,采用电炉、感应炉或氩弧炉等设备进行熔炼。这些设备能够提供足够高的温度和保持一定的保温时间,确保镁合金完全熔化,并达到所需的熔融温度。同时,还需要对熔炼过程进行严格的温度控制,以保持熔融合金的稳定性和均匀性。
在熔炼过程中,还需要进行熔体处理,通过添加合适的合金元素和稀土元素等熔体处理剂,来调整合金的成分,改善熔体的流动性和凝固性能。熔体处理能够有效地减少合金中的夹杂物和杂质,提高铸件的质量和性能。浇注工艺控制是确保铸件质量的关键一环。在浇注过程中,必须严格控制浇注温度和浇注速度,以确保熔体能够在模腔内充分填充,避免产生气孔和其他缺陷。合理设计浇注系统,包括浇口、冒口和溢流道,能够保证熔体的平稳流动和充填,减少铸件内部的气体夹杂。
图1 熔模精密铸造熔炼
2、镁合金熔模精密铸造过程控制
2.1 温度控制
温度是影响镁合金熔模精密铸造的重要因素。在熔炼过程中,需要精确控制熔炼温度,确保合金完全熔化且成分均匀。同时,在浇注过程中,需要控制浇注温度和模具预热温度,以保持熔体的流动性,并防止过早凝固或过早凝固。
2.2 流动性控制
熔融镁合金的流动性对于实现复杂形状零件的完全充填至关重要。合理设计浇注系统、冒口和浇口,优化熔体处理工艺,可以改善熔融镁合金的流动性,避免气孔和夹杂的产生。
2.3 熔融镁合金处理
在熔融镁合金中添加合适的合金元素和稀土元素等熔体处理剂,能够调整合金的成分,提高铸件的性能和质量。对于特定合金和复杂零件的铸造,可能还需要施加真空或惰性气氛来控制熔融镁合金的氧化反应。
2.4 润滑剂应用
在模腔表面涂覆润滑剂,可以减少熔融镁合金与模具之间的摩擦力,促进铸件的充填和顺利脱模,改善表面质量。
2.5 机械设备和工艺参数控制
选择适当的熔炼设备和浇注设备,并严格控制熔融合金的熔化时间和保温时间,以确保熔融合金的稳定性和均匀性。
2.6 质量检测和监控
在整个铸造过程中,需要进行质量检测和监控,包括熔融合金的成分分析、铸件的尺寸和表面质量检验等。这有助于及时发现并解决潜在的质量问题,保障产品质量。
3、镁合金熔模精密铸造工艺的改进与优化
3.1 工艺参数优化
通过使用数值模拟和实验方法,全面考虑熔融铸造过程中的温度、流动性、凝固行为等关键工艺参数。优化这些参数可以改善铸件的凝固结构,减少缺陷的产生,并提高铸件的强度和表面质量。同时,考虑到不同合金类型和零件形状的特点,针对性地优化工艺参数,以获得最佳的铸造效果[1]。
3.2 模具材料与结构改进
采用先进的模具材料,如新型耐火材料和高温合金,提高模具的耐磨性和稳定性。通过精密制造技术,保证模具的尺寸精度和表面质量,避免模具磨损对铸件造成影响。优化模具结构设计,包括分型面、浇口、冒口和通气系统,以最大程度地保障熔体的充填和凝固性能。
3.3 先进技术引入与应用
引入先进的成形技术,如3D打印、快速凝固等,可以实现更加复杂形状的零件制造,减少后续加工工序,提高生产效率。利用先进的监测和控制技术,实时监控熔融合金的温度、流动性等参数,实现自动化控制,降低人工干预,提高生产稳定性和一致性。此外,采用先进的浇注设备和自动化系统,确保铸造过程的精确控制和数据记录。
3.4 熔融合金处理改进
优化熔融合金处理工艺,改进添加合金元素和稀土元素等熔体处理剂的方法和比例,以更好地调整合金的成分和改善铸件的性能。在熔融合金处理过程中,采取精确的计量和控制手段,确保添加剂的准确投入,避免过量或不足带来的质量问题。
3.5 质量控制与检测
加强质量控制与检测,建立完善的质量管理体系,对熔融合金的成分、浇注温度、模具预热温度等进行严格监控。采用非破坏性检测技术,如X射线检测、超声波检测等,对铸件进行全面评估,确保其内部和外部的质量完好。定期进行工艺审核和产品评估,及时发现和解决潜在质量问题,不断提高产品的稳定性和一致性。
结语:
镁合金熔模精密铸造技术是一项重要的高精度铸造工艺,具有广阔的应用前景。通过优化工艺参数、改进模具材料与结构、引入先进技术和加强质量控制,可以进一步提高铸件质量和生产效率。在不断探索与创新中,镁合金熔模精密铸造技术将为各个领域的高性能零件提供可靠的制造解决方案,推动镁合金产业的可持续发展。
参考文献:
[1]解海涛,刘金学,郝益伟等.复杂镁合金精密铸件的熔模铸造工艺[J].铸造技术,2021,42(05):367-370.