1、铸件工艺分析
试制前分析，生产此铸件的难点有以下几处。
(1)ZL205A合金虽综合力学性能很好，但铸造性能相对较差，结晶温度范围宽，流动性差，易发生缩松，缩裂，针孔等缺陷，普通重力铸造必须使用大尺寸的冒口，或给冒口加压，保温，增加冒口的补缩能力，否则难以保证铸件的内部质量。
(2)铸件内腔空间大，结构复杂，呈狭长状。窗口很少且尺寸小，分布着许多复杂交错的隔板和加强筋，对制芯，落砂，铸件排气及后续的测量检验都造成了极大的不便。
(3)铸件整体呈扁平状，两侧壁都类似于1400mm×300mm的大平板，这种大平面在凝固及热处理过程中都难免会产生变形，要保证如此大平面范围内的厚度公差达到±1mm，对手工砂型铸造来说实属不易。
(4)整体壁厚不均匀，有两处特别厚大的部位，热节比较集中。
(5)内腔均是非加工面，尺寸精度及表面粗糙度要求高，窗口小，不易落砂，所以对砂芯的强度，抗变形能力及溃散性等综合性能要求较高。
2、工艺方案
综合考虑车间的设备情况及技术水平，确定采用砂型低压铸造工艺。
(1)采用树脂砂组芯造型方法，加入钢制框架芯骨提高砂芯抗变形能力。
(2)使用金属芯盒制芯，以保证其尺寸精度及尺寸稳定性，其余砂芯使用木制芯盒制作。
(3)做出砂芯尺寸检查记录表，制芯工在砂芯表面喷涂涂料后，用200目的细砂纸对砂芯表面进行打磨，使砂芯表面达到比较高的光洁度;砂芯制成后在画线平台上进行画线检测，将检测结果填入表内，如果某处尺寸偏差≥0.3mm，则必须在该部位重新喷涂及打磨，直到符合表格要求为止。
由于ZL205A合金结晶温度宽，易发生分散的表面缩松，所以在两侧的大平面上放置薄的贴面冷铁，形成半金属型浇注形式，增加过冷度防止其产生表面缩松;在冷铁表面做出间隔20mm的排气槽避免憋气，在顶部的厚大部位放置钢冷铁，其余部位扎出气眼，在保证铸件内部质量的前提下尽量加强顶芯排气，避免顶部出现气孔缺陷。
(5)采用底注加缝隙式混合浇注系统，以使铝液平稳的充填型腔，避免产生卷气，飞溅现象和氧化皮夹渣缺陷。因为采用低压浇注机注铸时升液管是始终埋在铝液液面以下的，经由浇注系统进入型腔的氧化皮或夹渣都非常少，所以在设计浇注系统时更多的考虑补缩和充型平稳，而不需要过多的考虑浇注系统的挡渣作用。由于ZL205A易产生铜及钛元素偏析，所以采用对称式浇注形式，这也使零件的内应力分布比较均匀，降低变形量。在芯盒中刻出定位槽，对补缩立柱进行准确定位，严格控制其补缩距离，并保证其正对铸件侧壁和隔板连接处形成的热节，用低压浇注机进行浇注。
3、试制过程
试生产3件后进行了X光，荧光，剖开划线等检验工序，发现了以下几个问题。
①铸件前端形似鼻梁部位出现两处较大的气孔缺陷;②在铸件顶面(VI#及VII#腔顶部)有1～2个气孔缺陷;③侧壁的非加工面有多处局部壁厚超厚，且超厚部位表面粗糙度过高;④内腔窗口附近有毛刺极难打磨平整;⑤高度方向上的内腔尺寸偏小;⑥砂芯有时会产生0.5mm左右的变形。
3.1、原因分析
(1)鼻梁部位及铸件顶面气孔缺陷的产生，是由于充型速度过快及铸件内腔的砂芯排气不畅两个因素综合作用所造成的。工艺方面，为了保证铸件内部质量及尺寸精度而不得不将窗口少的平面置为顶面，这样一来，一旦浇注速度过快，则型腔内本身所含的气体，以及芯砂遇高温铝液而产生的气体就很可能会来不及排出而留在型腔里，因此产生气孔缺陷。
(2)局部壁厚超厚及毛刺的产生是由于制芯时操作不当，使得砂芯局部紧实度不够，在加热，加压的情况下，该部位产生凹陷或铝液钻入芯砂间隙造成。工艺上为了保证内腔尺寸精度而将整个内腔用一个砂芯做出，由此提高了制芯操作的难度，使得一些部位在制芯时难以舂实，是产生此缺陷的主要原因。
(3)高度方向上内腔尺寸偏小，主要是由于铸件在该方向上的实际收缩量比预期的要大而造成。初期缩尺采用1.2%，但最后经实践证实，即使在有阻收缩的情况下，1.2%的收缩率都明显偏小。另外，在喷涂涂料过程中发现，形成铸件内腔底面的砂芯表面涂料层厚度不够，原因是该处空隙太小，喷枪不能正对砂芯进行喷涂，涂料很难涂挂在砂芯上造成，从而增加了砂芯在该方向上尺寸的偏差。
(4)制芯时环境湿度较大，导致树脂砂凝固慢，再加上开模时间太早，造成砂芯强度不够，在调运过程中产生了变形。另外，由于砂芯较大，重量较重，放置砂芯的平板平面度不好也会导致砂芯变形。
3.2、采取措施
(1)调整低压浇注工艺参数，降低充型阶段的升压速率，使铝液上升更加平稳，避免出现卷气和飞溅，延长充型时间，使气体有更多的时间上浮而排出型腔。
(2)在鼻梁部位及顶面增设多条宽6mm的排气槽，这样一旦有气体聚集到型腔顶部，可以迅速的排出腔外，有利于充型。另外，减少了上顶面的冷铁尺寸及数量，留出更多的地方扎出气眼，加强顶芯排气。
(3)砂芯内埋入草绳，草绳通过底部的窗口将腔内砂芯遇热产生的气体引导至腔外，并且草绳用细铁丝加固，方便制芯操作，避免草绳暴露在砂芯外。
(4)适当降低树脂与固化剂的加入量，用于形成内腔的芯砂由手工过筛3遍筛出，使芯砂，树脂与固化剂充分的混合。这样可以保证砂芯的强度，同时使砂芯表面更光洁，发气量更小。
(5)在金属芯盒中一些难以舂实的部位开设了一些活块，降低制芯的操作难度，方便制芯操作，以保证砂芯紧实均匀，具有足够的强度。[nextpage]
(6)铸造缩尺调整为1.3%，形成内腔底面的砂芯表面改用毛刷沾取涂料刷涂。
(7)规定在湿度大于70%时制芯，开模时间延长1h，并且砂芯制成后必须在24h内合箱浇注，长期搁置的砂芯不允许使用。并且使用一块平面度较高的平台来存放砂芯。
3.3、后续生产
经过工艺改进后生产的7件骨架，经检验上述问题得到了很好的控制，鼻梁处的气孔，侧壁局部超厚及毛刺问题不再出现，高度方向的尺寸也达到了图纸要求。但是有两件毛坯粗加工后在零件上顶面发现了少量气孔(X射线检查盲区)，其位置均在上表面的冷铁附近。分析认为是冷铁烘烤不够吸附了一些水气，水气与高温铝液反应会产生大量气体而造成的缺陷。针对这个问题我们又适当减少了上顶面的冷铁数量，延长了烘芯时间，并在冷铁附近多开设了一些排气槽，通生产技术与经验交流过以上措施，在后续的批量生产中该部位的气孔缺陷不再出现。
4、小结
(1)此次试制共生产骨架铸件10件，其中剖开画线2件，报废2件，有3件检验后完全合格，另3件经返修后合格，达到了试制的要求。
(2)在树脂砂砂芯表面喷涂涂料，并采用手工打磨的方法，可大大提高铸件的表面光洁度及尺寸精确度，经划线检验，所有铸件的壁厚偏差都小于±1mm，达到了公差等级CT9对壁厚尺寸的要求。
(3)制芯时环境湿度较大会延长树脂砂的凝固时间，若遇类似情况应适当的推迟开模时间。
(4)存放大型树脂砂芯的平板不平整也会造成砂芯变形。
(5)通过开设排气槽，砂芯内加草绳，控制固化剂与树脂的添加量，以及降低充型速率等方法，可以很好地避免顶部封闭排气不畅的铸件产生气孔缺陷。
(6)浇注系统及低压浇铸工艺参数较为合理，铸件未出现大面积偏析，疏松，缩松等铸造缺陷，经X光探伤检验达到了验收标准，可为今后同类型铸件所借鉴。
更多详情，请关注中国铸造网(www.zhuzao.com)铸造材料专题铸造材料技术栏目
