本文關(guān)鍵詞：鋁合金真空低壓消失模殼型鑄造技術(shù)特征研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華中科技大學(xué)》 2011年

鋁（鎂）合金真空低壓消失模殼型鑄造技術(shù)基礎(chǔ)研究

蔣文明  

【摘要】：隨著國(guó)內(nèi)外航空航天、汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展,鋁(鎂)合金鑄件得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,尤其是較大尺寸復(fù)雜薄壁鋁(鎂)合金精密鑄件。目前,鋁(鎂)合金鑄件的常用鑄造方法有壓力鑄造、金屬型鑄造、砂型鑄造、熔模鑄造及消失模鑄造等,但這些鑄造方法各有優(yōu)、缺點(diǎn),難以同時(shí)滿(mǎn)足較大尺寸、復(fù)雜薄壁、精確成形及高品質(zhì)等要求。 本文將“消失模鑄造精密泡沫模樣成形”、“熔模精密鑄造制殼技術(shù)”及“反重力真空低壓鑄造成形”多項(xiàng)精密鑄造技術(shù)結(jié)合起來(lái),開(kāi)發(fā)出鋁(鎂)合金真空低壓消失模殼型鑄造新技術(shù),該技術(shù)綜合了泡沫模的低成本、收縮小、較大尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活,陶瓷型殼的高精度以及真空低壓鑄造的高性能成形性等特點(diǎn),適合生產(chǎn)較大尺寸的復(fù)雜薄壁鋁(鎂)合金精密鑄件。本文進(jìn)行了真空低壓消失模殼型鑄造關(guān)鍵技術(shù)的研究,主要包括基于泡沫模樣的高質(zhì)量型殼制備材料及工藝、型殼失模開(kāi)裂機(jī)理、成形工藝參數(shù)優(yōu)化和組織性能特征等研究?jī)?nèi)容,結(jié)合復(fù)雜薄壁鋁(鎂)合金鑄件的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用,形成了一套生產(chǎn)高質(zhì)量較大尺寸的復(fù)雜薄壁鋁(鎂)合金精密鑄件新技術(shù)。 采用模具發(fā)泡成型工藝制備高質(zhì)量泡沫模樣,首次提出通過(guò)在泡沫模表面涂掛蠟基有機(jī)物光潔劑進(jìn)一步提高泡沫模表面質(zhì)量,為后續(xù)制備高質(zhì)量型殼打下了良好基礎(chǔ)。研究了影響鑄件表面質(zhì)量的因素,包括泡沫模表面質(zhì)量、型殼表面質(zhì)量、金屬與鑄型間的潤(rùn)濕性等,結(jié)果表明：由高密度泡沫模樣、優(yōu)質(zhì)性能涂料、硅溶膠粘結(jié)劑和細(xì)粉料等制備的型殼可較大改善鑄件表面質(zhì)量,采用真空壓力下澆注、開(kāi)設(shè)型殼排氣孔等也可提高鑄件表面質(zhì)量。 通過(guò)對(duì)不同材料制備的型殼的組織性能分析和涂料粉液比對(duì)涂料、型殼性能影響規(guī)律探討,進(jìn)行型殼制備關(guān)鍵材料及工藝研究,獲得了優(yōu)化的制殼工藝；對(duì)硅溶膠型殼進(jìn)行了改性研究。研究結(jié)果表明：隨著涂料粉液比的增大,涂料的粘度、密度、涂片重增大,型殼強(qiáng)度提高；面層鋁礬土硅溶膠涂料粉液比在2.2-2.4較宜,鋯英粉硅溶膠涂料粉液比3.2-3.4較宜。獲得優(yōu)化的制殼工藝為：鋯英粉硅溶膠做表面層,過(guò)渡層采用鋁礬土硅溶膠,最外層采用鋁礬土水玻璃。這種硅溶膠-水玻璃復(fù)合型殼,表面質(zhì)量好、強(qiáng)度高、制殼周期短、成本低及脫殼方便。將助粘劑聚乙烯醇(PVA)與耐火材料相混合,通過(guò)雨淋方式撒至型殼表面可以提高涂料的穩(wěn)定性、增大型殼常溫強(qiáng)度、縮短型殼干燥時(shí)間。 系統(tǒng)研究了泡沫模樣材料和失模工藝特性,探討了型殼失模過(guò)程開(kāi)裂機(jī)理,提出了“失模-焙燒”一體化方法。研究結(jié)果表明：隨著泡沫模的密度增大,泡沫模的發(fā)氣量、發(fā)氣速度和體積變化率增大,型殼開(kāi)裂傾向增加,泡沫模密度控制在0.05-0.065 g/cm3范圍較佳；采取隨爐升溫失模,型殼不會(huì)開(kāi)裂；400℃以上高溫直接放入爐內(nèi)失模,型殼因迅速失水收縮受阻易開(kāi)裂；250-300℃低溫直接放入爐內(nèi)失模,型殼失水收縮相對(duì)緩慢,失模時(shí)受到泡沫模膨脹力的作用時(shí)間較長(zhǎng),易于開(kāi)裂；70℃預(yù)烘干后的型殼直接放入400℃以上爐內(nèi)高溫失模不會(huì)開(kāi)裂；失模溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)、泡沫模尺寸越大,型殼受到泡沫模膨脹力越大,型殼開(kāi)裂傾向越大。“失模-焙燒”一體化方法為：將型殼放入爐內(nèi)升溫,型殼隨爐升溫到250℃時(shí)保溫30 min,泡沫模樣受熱液化；爐溫進(jìn)一步升至500℃保溫30 min,泡沫模樣氣化分解；最后將爐溫升至800℃保溫60 min,焙燒型殼。 研究了工藝參數(shù)對(duì)真空低壓消失模殼型鑄造鋁合金鑄件充型能力和內(nèi)部質(zhì)量的影響規(guī)律,優(yōu)化了成形工藝；推導(dǎo)了充型速度、加壓速度及充氣流量間的相互關(guān)系,表明充型速度、加壓速度、充氣流量互成正比關(guān)系,因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)充氣流量大小來(lái)控制加壓速度和金屬液充型速度。影響真空低壓消失模殼型鑄造充型能力因素的強(qiáng)弱依次為充氣流量、澆注溫度、充氣壓力和真空度。鋁合金真空低壓消失模殼型鑄造的優(yōu)化參數(shù)范圍為澆注溫度720-750℃、充氣流量12-19m3/h、充氣壓力0.03-0.04 MPa、真空度0.02-0.03 MPa。成形較大尺寸復(fù)雜薄壁鑄件時(shí),一般選擇工藝參數(shù)的上限值。 研究了真空低壓消失模殼型鑄造A356鋁合金組織性能特征。結(jié)果表明：真空低壓消失模殼型鑄造A356鋁合金組織主要由α-A1基體、共晶Si和Mg2Si相組成,其晶粒尺寸較其它消失模鑄造工藝明顯細(xì)化,其鑄態(tài)晶粒尺寸分別僅為重力消失模鑄造、重力消失模殼型鑄造和真空低壓消失模鑄造的45.0%、54.3%、56.9%。鑄件的內(nèi)部質(zhì)量也較其它消失模鑄造工藝明顯改善,孔隙率較低(0.16%),分別為重力消失模鑄造、重力消失模殼型鑄造和真空低壓消失模鑄造的8.1%、24.2%、20.2%。鑄件力學(xué)性能較其它消失模鑄造工藝大大提高,其抗拉強(qiáng)度、延伸率和布氏硬度分別達(dá)到278.27 MPa、8.10%和93.1,相比重力消失模鑄造分別高了20.2%、166.4%、17.6%,相比重力消失模殼型鑄造分別提高了6.8%、31.7%、8.3%,相比真空低壓消失模鑄造分別提高了10.4%、145.4%、15.1%。鑄件表面質(zhì)量也優(yōu)于其它消失模鑄件。 研究了典型復(fù)雜薄壁零件的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn),利用數(shù)值模擬軟件分析了其鑄造充型與凝固過(guò)程,預(yù)測(cè)澆注過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷,獲得了優(yōu)化的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；進(jìn)行了典型復(fù)雜薄壁零件的真空低壓消失模殼型鑄造澆注實(shí)踐,成功試制出高質(zhì)量的復(fù)雜薄壁鋁(鎂)合金鑄件,驗(yàn)證了真空低壓消失模殼型鑄造新工藝在成形復(fù)雜薄壁鑄件時(shí)的優(yōu)越性。研究了真空低壓消失模殼型鑄造典型缺陷特征和形成原因,提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TG292
【目錄】：

摘要4-7

Abstract7-13

1 緒論13-31

1.1 本課題研究的背景和意義13-15

1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀15-28

1.3 研究目標(biāo)及內(nèi)容28-31

2 光整、薄壁型殼制備材料及工藝研究31-60

2.1 高質(zhì)量泡沫模制備及模樣表面光整新方法31-35

2.2 不同材料制備型殼組織和性能35-43

2.3 復(fù)合型殼的快速制備工藝研究43-49

2.4 硅溶膠型殼改性研究49-53

2.5 影響鑄件表面質(zhì)量的因素研究53-58

2.6 本章小結(jié)58-60

3 型殼失模開(kāi)裂機(jī)理研究60-81

3.1 泡沫模材料特性分析60-66

3.2 型殼失模開(kāi)裂機(jī)理研究66-76

3.3 型殼焙燒工藝研究76-79

3.4 型殼失模-焙燒一體化方法79-80

3.5 本章小結(jié)80-81

4 鋁(鎂)合金真空低壓消失模殼型鑄造工藝優(yōu)化研究81-105

4.1 真空低壓消失模殼型鑄造充型理論基礎(chǔ)81-85

4.2 鋁(鎂)合金真空低壓消失模殼型鑄造成形工藝參數(shù)研究85-101

4.3 不同鑄造工藝充型能力和鑄件內(nèi)部質(zhì)量對(duì)比101-103

4.4 本章小結(jié)103-105

5 真空低壓消失模殼型鑄造鋁合金組織性能特征研究105-120

5.1 實(shí)驗(yàn)方法105-107

5.2 真空低壓消失模殼型鑄造鋁合金組織特征107-109

5.3 不同鑄造工藝組織和性能特征對(duì)比分析109-119

5.4 本章小結(jié)119-120

6 典型薄壁復(fù)雜鋁(鎂)合金零件鑄造成形及缺陷研究120-157

6.1 典型薄壁復(fù)雜零件鑄造過(guò)程數(shù)值模擬120-133

6.2 典型薄壁復(fù)雜零件的鑄造成形研究133-147

6.3 真空低壓消失模殼型鑄造缺陷形成機(jī)理及防治措施147-155

6.4 本章小結(jié)155-157

7 主要結(jié)論與發(fā)展方向157-161

7.1 主要結(jié)論157-159

7.2 發(fā)展方向159-161

致謝161-162

參考文獻(xiàn)162-172

附錄1 攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表的論文172-174

附錄2 攻讀博士學(xué)位期間獲得的獎(jiǎng)勵(lì)174

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【引證文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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【二級(jí)引證文獻(xiàn)】

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2 郝紹菊;張磊;;橋梁支座的消失模鑄造工藝及影響因素分析[J];鑄造技術(shù);2014年02期

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 蔣文明;鋁（鎂）合金真空低壓消失模殼型鑄造技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 宿文龍;鎂合金消失模鑄造充型性能數(shù)值模擬[D];太原科技大學(xué);2011年

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3 朱宗良;箱體消失模零件CAD/CAE/CAM技術(shù)研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2013年

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7 劉其濤;Ti48Al2Cr2Nb合金鑄件應(yīng)力和變形的數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 董振義;Ti47Al2Cr2Nb合金鑄件應(yīng)力和變形數(shù)值模擬的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 王玉;Ti-48Al-2Cr-2Nb熔模鑄造應(yīng)力及缺陷的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 王黎遲;從熔模鑄造舊型殼中分離鋯英砂（粉）的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：鋁合金真空低壓消失模殼型鑄造技術(shù)特征研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：204476