本文關(guān)鍵詞：大型薄壁復(fù)雜鋁件鑄造技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第５期（總第８６期）機(jī)械管理開發(fā)

Ｎｏ．５（ＳＵＭＮｏ．８６）ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ

２００５年１０月

Ｏｃｔ．２００５

大型薄壁復(fù)雜鋁件鑄造技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

張

【摘

諍楊

山西

晶

太原

（中北大學(xué)鑄造中心０３００５１）

要】隨著航天、國防、汽車等工業(yè)的不斷發(fā)展，對鑄件的要求向小余量、薄壁、高精度、高性能方向發(fā)展。介紹

了大型薄壁鑄件的特征，敘述鋁合金復(fù)雜薄壁鑄件的發(fā)展特點(diǎn)，提出復(fù)雜薄壁鑄件對先進(jìn)的精密成形技術(shù)及鑄造工藝的要求。【關(guān)鍵詞】鋁合金【中圖分類號(hào)】ＴＦ８２１

大型薄壁鑄件

精密成形

鑄造工藝

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】Ｂ

【文章編號(hào)】１００３－７７３Ｘ（２００５）０５－００６５－０３

引言

鋁的相對密度僅為鐵的１／３，輕金屬的應(yīng)用越來越

別重要部件外，一般不需機(jī)械加工。幾毫米厚的薄壁鑄件，不能設(shè)置過大的加工余量或工藝余量，其尺寸精度

得到制造業(yè)的重視。鋁礦在地殼中的儲(chǔ)量十分豐富，目前全世界鋁的產(chǎn)量比其他有色金屬總和還要多，是鐵以外應(yīng)用最廣的第二金屬。所以研究鋁鑄件成形技術(shù)有著重要的意義。隨著航空航天、國防、汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，要求鑄件向小余量、薄壁、高精度、高性能、大型復(fù)雜、整體化的方向發(fā)展。１９９９年在德國杜塞爾多夫舉行的鑄造國際博覽會(huì)（ＧＩＦＡ，９９）提出未來鑄件要向“精密化、輕量化、近無余量鑄件和零缺陷鑄件”方面發(fā)展。而鋁合金作為典型的輕質(zhì)材料用于制造車輛、飛機(jī)、武器零部件的優(yōu)勢已越來越為人們所認(rèn)識(shí)。因此，加速鋁合金材料在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有十分重要的意義，對先進(jìn)的鋁合金鑄造工藝的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用也勢在必行。

（用公差等級(jí)表示）應(yīng)低于ＣＴ６（ＨＢ６１０３～８６）。

（３）傳熱學(xué)因素在充型過程中起重要作用。充型時(shí)

流動(dòng)過程和傳熱過程相互影響，鑄件的溫度場以及縮孔、縮松、欠鑄、冷隔、氧化夾雜等鑄造缺陷的形成由流體動(dòng)力學(xué)因素和傳熱學(xué)因素共同確定。

２大型薄壁復(fù)雜鋁鑄件的鑄造難點(diǎn)２．１尺寸精度問題

一般大型精密鑄件的尺寸超過５００ｍｍ，形狀復(fù)雜，壁厚不均勻，對鑄型材料及金屬材料收縮和鑄件變?nèi)粜我?guī)律掌握不準(zhǔn)時(shí)，不能滿足鑄件尺寸精度的要求。尺寸精度要求很高時(shí)，鑄件尺寸精度的控制就成為首要問題［６］。

２．２補(bǔ)縮問題

鑄件表面積大，平均壁厚小，局部厚度大時(shí)，對這

１復(fù)雜薄壁鑄件的特征

鑄件的薄壁化是現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展方向�！皬�(fù)雜

陷。

些部位的補(bǔ)縮是很困難的，常會(huì)形成縮孔、縮松等缺

薄壁”鑄件的含義是壁薄。一般小于４ｍｍ，局部薄至

０．５ｍｍ，這類鑄件往往由幾個(gè)大的平面和曲面組成，難

以加工成形。復(fù)雜薄壁鑄件至少具備以下特征［５］：

（１）在薄壁鑄件的澆注過程中，由液態(tài)金屬表面張力引起的拉普拉斯力起重要作用。設(shè)液態(tài)金屬的表面張力為σ，鑄件的壁厚為δ，拉普拉斯力的表達(dá)式為Ｐ＝，研究表明，對鋁合金平板類鑄件來說，當(dāng)鑄件的４σ／δ

壁厚大約小于４ｍｍ時(shí)，拉普拉斯力將對充型的流動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生很大影響，對于大型薄壁鑄件，粘滯力的作用也將變得不可忽視。

（２）薄壁鑄件應(yīng)具有精密鑄件的含義，鑄件尺寸精度和表面品質(zhì)要求高，具有近無余量鑄件的特征，除個(gè)

作者簡介：張

２．３表面質(zhì)量問題

精密薄壁鑄件對表面的質(zhì)量的要求都很高，如雷

達(dá)波導(dǎo)元件對鑄件內(nèi)表面粗糙度的要求嚴(yán)格，Ｒａ＜ｌ．６￣

２．５μｍ。表面粗糙度達(dá)不到要求，波導(dǎo)元件的電性能就

達(dá)不到要求。因此在鑄造過程中保證鑄件的表面粗糙度達(dá)到要求是很重要的問題。

３大型薄壁復(fù)雜鋁鑄件的鑄造工藝

針對大型復(fù)雜薄壁鑄件的特點(diǎn)，其成形工藝應(yīng)滿

足以下要求［７］。

（１）充型速度要快。復(fù)雜薄壁鑄件具有型腔狹小，且彎彎曲曲的特點(diǎn)，合金液充填過程中要多次改變流

諍，男，１９７９年生，２００３華北工學(xué)院分院畢業(yè)，中北大學(xué)在讀研究生。

?６５?

動(dòng)方向，流程長，溫度降低顯著，由此液態(tài)金屬粘度增大，粘滯力和表面張力增加，因而其充填阻力增大，要求金屬液在型腔中的平均充型速度比一般鑄件要快。一般而言，充型速度過大將使充型過程不平穩(wěn)，使紊流加劇，甚至?xí)鸾饘僖旱娘w濺裹氣、氧化夾雜等缺陷；但金屬液的平均充型速度也不能小于最小臨界冷隔等缺陷而得不到完速度，否則，就會(huì)產(chǎn)生澆不足、好的鑄件。

（２）鑄型中的背壓要盡可能小。薄壁復(fù)雜鑄件充型時(shí)，型腔中的氣體受熱體積膨脹，反壓力增大，阻礙金屬液流入型腔，同時(shí)，澆注過程中鋁合金液表面生成氧化膜，也會(huì)使金屬液表面張力提高，因而使充填阻力增大，因此，盡可能地消除型腔中的背壓，避免充型過程中的卷氣是減少缺陷的重要措施。

（３）增強(qiáng)補(bǔ)縮能力。復(fù)雜薄壁鑄件平均壁厚小，表面積大，型腔狹小，且彎彎曲曲，合金液充填過程中要多次改變流動(dòng)方向，流程長，金屬液的補(bǔ)縮是很困難的，特別是對局部厚大處，補(bǔ)縮更加困難，常會(huì)形成縮孔、縮松等缺陷。這就需要增加金屬液凝固過程中的補(bǔ)縮能力，使復(fù)雜薄壁致密。

（４）選擇合適的鑄型材料。選擇合適的鑄型材料也是保證復(fù)雜薄壁鑄件成形工藝的一個(gè)重要條件，目前復(fù)雜薄壁鑄件采用的鑄型主要有熔模精鑄型、石膏型、金屬型、樹脂砂型等。

目前生產(chǎn)大型薄壁復(fù)雜件有許多工藝可選擇，最廣泛采用的是低壓鑄造和差壓鑄造工藝。介紹如下：

（１）消失模鑄造。即是把涂有耐火材料涂層的模型放入砂箱，模型四周用干砂充填緊實(shí)，澆注液態(tài)金屬，取代泡沫塑料模型，這種鑄造工藝被稱為：消失模鑄造（ＥＰＣ）、氣化模鑄造及實(shí)型鑄造等。美國鑄造協(xié)會(huì)消失模鑄造委員會(huì)采用了“消失模鑄造”作為該工藝的名稱。消失模鑄工藝在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)三個(gè)主要方面具有優(yōu)勢是一種很有前途的鑄造技術(shù)。

（２）調(diào)壓鑄造。為了克服已有技術(shù)的局限，實(shí)現(xiàn)薄壁充型能力及冶金品質(zhì)的雙方面提升，在周堯和院士指導(dǎo)下，曾建民教授針對薄壁件鑄造問題于１９８７年在差壓鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種新型薄壁鑄件成形方法即調(diào)壓鑄造法。這種方法汲取了傳統(tǒng)反重力鑄造方法的優(yōu)點(diǎn)并加以改進(jìn)提高，使充型平穩(wěn)性，充型能力和順序凝固條件均優(yōu)于普通差壓鑄造，因而可鑄造壁厚更薄、力學(xué)性能更好的大型薄壁鑄件，適用于大型復(fù)雜薄壁鑄件的生產(chǎn)。該方法于１９９０年獲得國家發(fā)明三等獎(jiǎng)。其與差壓鑄造最大的區(qū)別在于不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正壓的控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)壓的控制。目前調(diào)壓鑄造技術(shù)已成功應(yīng)用于航空類鋁合金鑄件的工程化生產(chǎn)，鑄件不僅獲得十分優(yōu)異的冶金品質(zhì)，而且實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鑄造技術(shù)難以達(dá)到的鑄件合格率，其產(chǎn)品可取代傳統(tǒng)鈑金鉚接件。調(diào)壓鑄造技術(shù)已經(jīng)成為大型復(fù)雜薄壁鑄件高品質(zhì)精密鑄造的重要手段。

（３）電磁泵低壓鑄造。低壓鑄造是介于壓力鑄造與液傳重力鑄造之間的一種鑄造方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)。輸平穩(wěn)，無劇烈的加壓和減壓過程，避免由湍流而引起的氧化和吸氣；金屬液經(jīng)過強(qiáng)磁場作用，對改善鑄件的組織、性能有積極的作用；流量及加壓規(guī)范可精確、連續(xù)控制，反應(yīng)迅速準(zhǔn)確，嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝，重復(fù)性極好；體內(nèi)不加壓縮空氣，并可在保護(hù)氣氛下工作，從而減少氣體浸入，防止金屬液被二次污染，減少氣孔及二次氧化夾雜。

［１２］

［１１］

［１０］

３．１低壓鑄造

低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，

以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。

３．２差壓鑄造

差壓鑄造又稱反壓鑄造。壓差鑄造是在低壓鑄造

的基礎(chǔ)上，鑄型外罩個(gè)密封罩，同時(shí)向坩堝和罩內(nèi)通入壓縮空氣，但坩堝內(nèi)的壓力略高，使坩堝內(nèi)的金屬液在壓力差的作用下經(jīng)升液管充填鑄型，并在壓力下結(jié)晶。它是低壓鑄造與壓力下結(jié)晶兩種鑄造方法的結(jié)合。

４結(jié)論

輕型、整體化的方向發(fā)２１世紀(jì)鋁合金鑄件向精密、

展，復(fù)雜薄壁鑄件的市場需求將越來越大，在強(qiáng)化企業(yè)的科學(xué)管理的同時(shí)加強(qiáng)技術(shù)投入，加大力度推廣新技術(shù)、新工藝的研發(fā)，把我國鋁合金鑄造水平推上一個(gè)新的臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

［１］黃乃瑜，羅吉榮．第九屆國際鑄造博覽會(huì)（ＧＩＦＡ９９）綜述，ｌ９９９（５）：

４８￣５２．

［２］曾建民，周堯和．航空鑄件成形新技術(shù)－調(diào)壓精鑄法．航空精密制造

技術(shù)１９９７．３３（６）３０￣３１．

３．３新的先進(jìn)鑄造方法

未來的市場對鋁合金復(fù)雜薄壁鑄件的需求將會(huì)

越來越大，對鋁合金復(fù)雜薄壁鑄件的成形技術(shù)的要求必將越來越高，優(yōu)良的成形性和內(nèi)在品質(zhì)的統(tǒng)一更加重要，鑄造技術(shù)無疑要更廣泛的引入高技術(shù)。須加大新的鑄造技術(shù)的研究和開發(fā)力度。下面介紹幾種新的鑄造方法：［９］

［３］林家駱，姜

（３）：１８￣２０．

軍．超薄壁鋁合金鑄件移動(dòng)磁場鑄造的研究．鑄造，１９９６

（下轉(zhuǎn)第６８頁）

梁、斜支承分成左右兩片分別在地面拼裝，然后用履帶吊將兩片豎起定位

，這樣來完成門架的豎立。

把岸橋組成兩大部分：將門腿、底梁、中橫梁、斜支承組成一個(gè)大的鋼結(jié)構(gòu)（對要被吊的上部結(jié)構(gòu)起到支承作用），將后大梁、前大梁、機(jī)房、塔頭及上橫梁組成一個(gè)上部結(jié)構(gòu)�，F(xiàn)在啟用自起升系統(tǒng)，將４套卷揚(yáng)機(jī)放在４個(gè)門腿下部，其鋼絲繩繞過上部支承的動(dòng)定滑輪組，一端固定于卷筒，另一端固定于上部支承；然后將吊環(huán)與上橫梁連接，這樣自起升系統(tǒng)的吊裝準(zhǔn)備工作就緒；繼而啟動(dòng)電機(jī)后，卷揚(yáng)機(jī)使帶動(dòng)吊環(huán)緩緩地將整個(gè)上部鋼結(jié)構(gòu)吊起；當(dāng)?shù)醯介T腿頂部、校平４角度后，可將門腿和海陸側(cè)上橫梁焊接，完成自起升吊裝過程。整個(gè)自起升過程，由準(zhǔn)備工作開始至焊接結(jié)束，大約兩天左右。

圖４吊裝工藝過程簡圖

（２）吊裝大梁、機(jī)房、塔頭等部件：用支承將前大梁、后大梁支承于門架中間底梁之上定位，將后大梁和海陸側(cè)上橫梁連接、然后吊裝塔頭與海陸側(cè)上橫梁連接，同時(shí)吊裝機(jī)房與后大梁連接，所有這些工作都是用履帶吊完成；由于離地不高（最大離地高度５０ｍ左右），一般大型履帶吊就能滿足作業(yè)。

（３）用自起升系統(tǒng)吊裝上部結(jié)構(gòu)：通過上述兩步已

３結(jié)束語

自起升系統(tǒng)吊裝方案的最大優(yōu)點(diǎn)是：能將上部結(jié)

構(gòu)的吊裝都在接近地面的狀態(tài)下完成，節(jié)省了上部結(jié)構(gòu)的吊裝周期；并對履帶吊的性能要求大大降低，同等工作條件下可以吊裝更重更高的岸橋；盡管自起升過程會(huì)有略長的缺點(diǎn)，但是它的優(yōu)點(diǎn)仍很顯著�？傊捎米云鹕到y(tǒng)安裝岸橋是個(gè)較新較好的方案。

（收稿日期：２００５－０７－１９）

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｅｌｆ－ｅｒｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｉｎＱｕａｙＣｒａｎｅＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ

ＦｅｎＪｉｅ

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Ｔｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅａｎｅｗｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｑｕａｙｃｒａｎｅ，ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎｓａｖｅｌｏｔｓｏｆｃｏｓｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ

ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕Ｓｅｌｆ－ｅｒｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第６６頁）

［４］ＡＳｔａｆｆ．ＨｉｇｈＶｏｌｕｍｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＴｈｉｎｗａｌｌｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍＣａｓｔｉｎｇｓ

［Ｊ］．Ｆｏｕｎｄｒｙｍａｎ，１９９９（３）：６９￣７０．

Ｊ」．航空精密制造［５］曾建民，周堯和．薄壁鑄件及其反重力成形技術(shù)「

技術(shù)，１９９９．３５（３）：２３￣２４．

［９］嚴(yán)青松，有色合金復(fù)雜薄壁鑄件．２１世紀(jì)的發(fā)展和展望．鑄造技術(shù)

２００４，７（２）９．

［１０］潘東杰，薛存球，一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型鑄造法—消失模

鑄造（ＥＰＣ）法．機(jī)電工程，１９９４（２）：４６．

［６］葉榮茂，王惠光，等．有色合金薄壁精密鑄件鑄造工藝的發(fā)展和特

點(diǎn)．特種鑄造及有色合金，１９９５（２）：３４．

［１１］王猛，曾建民，黃衛(wèi)東．大型復(fù)雜薄壁鑄件高品質(zhì)高精度調(diào)壓鑄

云，唐海平．電磁泵低壓鑄造工藝試

造技術(shù)．鑄造技術(shù)，２００４，１５（５）．

［７］葛來春．研制大中型復(fù)雜薄壁鋁合金精鑄件的幾點(diǎn)體會(huì)．特種鑄造

及有色合金，１９９７（３）５５．

［１２］侯擊波，霍立興，彭有根，劉

驗(yàn)研究．鑄造，２００３（８）６２３．

［８］董秀琦，低壓及差壓鑄造理論及實(shí)踐．機(jī)械工業(yè)出版社：２００３．（收稿日期：２００５－０５－２９）

ＴｈｅＡｃｔｕａｌｉｔｙａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＨｉｇｈＶｏｌｕｍｅＴｈｉｎＷａｌｌｅｄ

ＡｌｕｍｉｎｕｍＣａｓｔｉｎｇＦｏｕｎｄｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＺｈａｎｇＺｈｅｎｇ

ＹａｎｇＪｉｎｇ

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ，ｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｃｅａｎｄａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙｅｔｃ．ｔｈｅ

ｃａｓｔｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｏｓｍａｌｌｍａｒｇｉｎ，ｔｈｉｎｗａｌｌ，ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅ，ｔｈｉｎｗａｌｌｃａｓｔｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｌａｂｏｒａｔｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ，ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｔｈｉｎｗａｌｌｃａｓｔｉｎｇａｎｄｌｏｏｋｓｆｏｒｗａｒｄｔｏｔｈｅｆｕｔｕｒｅｆｏｕｎｄｒｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄａｄｖａｎｃｅｄｐｒｅｃｉｓｅｆｏｒｍｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｃｏｍｐｌｅｘｔｈｉｎｗａｌｌｃａｓｔｉｎｇｓ．

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕Ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ

ＨｉｇｈｖｏｌｕｍｅｔｈｉｎｗａｌｌｅｄｃａｓｔｉｎｇＰｒｅｃｉｓｅｆｏｒｍｉｎｇＦｏｕｎｄｒｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

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