铸铝件造型制芯技术的现状与发展

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铸铝件造型制芯技术的现状与发展
由于石油危机、海湾战争等事件给人们敲响了能源危机的警钟，加上全世界范围内保护环境的呼声日益高涨，节约能源成为汽车制造商对所制造产品的追求的首要目标。铸铝件在经历了相当深入的研究工作之后，人们的注意力已集中在减轻汽车的自重方面，因为当其重量减少1%时，汽车的油耗将降低大约1%。
因而现在密度为8t/m3左右的钢铁材料占主导地位的汽车零部件将由密度低于3t/m3的铝等有色合金材料所取代。例如日本的铸铝件产量在80年代末期到90年代初期一直保持着年递增10%左右的高增长率，在铸件生产总量停滞甚至下降的时候，该成就十分引人注目。日本1990年由压铸法以外的铸造方法生产的铸铝件共计39.5万t，其中用于汽车零部件生产的为34.4万t，占总产量的87%(用压铸法生产的铸铝件约为69.0万)。
日本已颁布CAFF(汽车制造商燃料消耗-效率基准)强化法案，对2001年汽车的燃料消耗规定了十分明确的目标，即以1989年日本各种型号的汽车平均燃料消耗为基准，1995年应下降20%，2001年降低率应为40%。
为达到该法案所规定目标，汽车制造商纷纷进行对策研究。压铸铝件所得的结论是：采用铝等有色合金铸件取代钢铁铸件，到2001年使汽车的自重降低35%。以发动机排量为1800ml轿车为例，1989年总重量为1300kg，其中钢铁零部件共重900kg，铝合金零件重55kg，到2001年，汽车的总重降低为800kg，其中钢铁零部件200kg，铝合金零部件275kg，
镁合金由无增为40kg，可知铝和镁等有色金属的总用量将大大超过钢铁材料。不难想象，在今后的一段时期内，铝等有色合金铸件的生产量将会有更快的增长，给全球范围内的铸造生产以极大刺激。我国已经制定了今后汽车工业的发展战略，即以轿车整车生产和零部件生产为重点，第一汽车制造厂所上的轿车项目中，已将铸铝件生产基地摆在十分重要的位置上，已引进重力浇铸工艺、设备以及生产消失模的关键设备，生产铸铝缸盖和进气管，为铸铝件的生产打下基础。我国汽车工业即将起飞，将刺激国内有色合金铸件生产技术水平的迅速提高。
由于铸铝件的浇铸温度比灰口铸件、球墨铸铁低得多(一般情况下，铝合金的浇铸温度约为720℃，而铸铁的浇铸温度在1450℃左右)，采用压铸或金属型铸造法生产铸铝件时铸型所受到的热冲击要低得多，但其中所使用的砂芯，以及其他铸造法中采用的铸型、砂芯，在借用铸钢、铸铁用型(芯)砂粘结剂体系时，却存在着极为尖锐的溃散性问题。在铸铝件生产工艺方法中，溃散性较高的湿型法也有一定的使用，热硬化法及气体硬化法等为金属型、高压压铸及湿型法生产使用的型芯所占比例较大，特别是壳芯方面有着很好的应用前景，用自硬树脂砂或气体硬化砂制造的铸型、型芯也占有一席之地。
涂层厚度对铸件密度的影响，随着涂层厚度的增大，压铸铝件的密度下降。这是因为涂层厚度越小，聚苯乙烯热解产物越易排出型腔，从而减少了其对压铸铝件针孔的影响。涂层太厚，则不利于热解产物的排出，热解产物可能滞留在铸件中形成气孔，从而降低压铸铝件的密度。因此铝合金消失模铸造应采用较薄的涂层厚度，以0.2～0.3mm为佳。但涂层厚度也不能太薄，否则涂层的强度不够，不利于抵抗泡沫塑料模样的变形，影响铸件的精度；并且由于涂层太薄，强度太低，在搬运及造型过程中，涂层可能开裂脱落，从而影响铸件的表面质量。
随着模样厚度的增大，铸件密度下降、针孔增加，这是因为模样厚度增加，则所含有的铝液多，铸件凝固速度慢；另一方面，模样厚度增加，则要热解的泡沫塑料增多，这均会增加铸件针孔倾向。因此，铝合金干砂消失模铸造尤其适合于生产薄壁零件。
直浇道高度对压铸铝件密度的影响有一个峰值，当直浇道高度较小时，由于直浇道内的热解产物少，充型过程中，铝液中可能卷人的热解产物少，所以热解产物对加工定制铸铝件密度的影响小，有利于提高压铸铝件内在质量。
负压度对加工定制铸铝件密度的影响，负压度对加工定制铸铝件密度的影响有一个峰值，当负压度较小时，由于泡沫塑料热解产物不易排出，其对针孔的影响大，会增多加工定制铸铝件的针孔。而当负压度太大时，铝液在充型过程中易产生紊流，有可能把热解产物卷人其中而形成针孔。当负压度适度时，一方面由于有利于热解产物的排出而减少其对加工定制铸铝件针孔的影响；另一方面由于不致于使充型铝液形成紊流，故不易将热解产物卷入铝液中形成针孔。因此适度的负压度有利于减少加工定制铸铝件的针孔，提高其致密性。
负压度对加工定制消防器材专用铸铝件密度的影响有一个峰值，当负压度较小时，由于泡沫塑料热解产物不易排出，其对针孔的影响大，会增多加工定制铸铝件的针孔。而当负压度太大时，铝液在充型过程中易产生紊流，有可能把热解产物卷人其中而形成针孔。当负压度适度时，一方面由于有利于热解产物的排出而减少其对加工定制铸铝件针孔的影响；另一方面由于不致于使充型铝液形成紊流，故不易将热解产物卷入铝液中形成针孔。因此适度的负压度有利于减少加工定制铸铝件的针孔，提高其致密性。
为研究泡沫塑料对加工定制铸铝件密度的影响，用细铁丝网制做了一些210mm×45mm×20mm铁丝框。在一些铁丝框内装满泡沫塑料，而另一些铁丝框内则不装泡沫塑料，即为空腔。在铁丝网上涂挂1mm厚的自制铝合金消失模涂料，干燥后，把它们埋入相同的干砂中造型，在相同的铸造工艺条件下浇注铝液(铝液没有进行变质处理)，以比较泡沫塑料对加工定制铸铝件密度的影响。
铸铝件厂家研究表明，在消防器材专用铸铝件浇注温度(700～800℃)范围内，模样基本上只分解成蒸气状的液体馏分和一定量的气体，燃烧只是有限地进行。聚苯乙烯是以缓慢的裂解方式形成二聚物、三聚物，单体很少。试验结果表明，消防器材专用铸铝件液态分解产物的形成速率取决于两个因素：流动速度和浇注温度。当流动速度增大时，大量的液态分解产物在铸型中形成，由于在充型过程中产生的紊流，消防器材专用铸铝件少量的液态热解产物可能裹在铸件中，这种液态聚苯乙烯会逐渐气化并形成气泡，使消失模铝铸件的针孔明显增多。
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