專利名稱：一種飛機艙門的砂型鑄造成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金鑄造成型方法，具體提供了一種飛機艙門的砂型鑄造成型方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，鋁合金薄壁鑄件(例如飛機艙門類鑄件)鑄造技術(shù)是制約技術(shù)發(fā)展的技術(shù)難點。在現(xiàn)代飛機制造中，采用高強度鋁合金鑄件代替變形加工后經(jīng)焊接或鉚接組合件，能顯著減輕構(gòu)件重量，降低制造成本，縮短制造周期。在商用和軍用各種飛機上廣泛采用鋁合金鑄造件已經(jīng)成為當(dāng)前世界飛機制造的大趨勢。飛機用鋁合金鑄造艙門尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁薄，常規(guī)鑄造方法難以實現(xiàn)完整充型；由于承力和可靠性需要，艙門對力學(xué)性能和內(nèi)在質(zhì)量要求很高，常規(guī)鑄造方法無法達到。因此，目前現(xiàn)有的艙門類鑄件鑄造技術(shù)都是少數(shù)幾個國際大公司開發(fā)的專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。例如，國外采用快速冷卻熔模精密鑄造技術(shù)，使鑄件熱殼澆注，充滿鑄型后能快速冷卻， 從而得到細小結(jié)晶組織，保證鑄件力學(xué)性能。典型的快速冷卻熔模精密鑄造技術(shù)有TITAL 公司開發(fā)的HERO Premium Casting 工藝和歐洲的科技開發(fā)項目開發(fā)的SOPHIA工藝。目前我國還沒有成熟的飛機艙門類鋁合金薄壁鑄件的制造技術(shù)。差壓鑄造可以使鑄件平穩(wěn)充型，在壓力下凝固，是生產(chǎn)高致密度、高性能鑄件的重要工藝方法。但是，通常的差壓鑄造不適合生產(chǎn)壁厚很薄的鑄件。因為差壓鑄造充型時采用的同步壓力比較大，通常在500 700Kpa之間，會在型內(nèi)形成較大的反壓，影響液態(tài)金屬的充型；另外，高壓下空氣導(dǎo)熱系數(shù)大，致使鑄型對充型金屬液的冷卻作用增強，也影響液態(tài)金屬充填鑄型的薄壁處。因此，常規(guī)差壓鑄造工藝不利于薄壁鑄件的完整充型。據(jù)報道， 目前我國用差壓鑄造工藝生產(chǎn)出的鋁合金鑄件有主要壁厚為5. 5mm魚雷殼體和葉片厚度為6mm的發(fā)電設(shè)備用葉輪。像壁厚只有2mm艙門鑄件，常規(guī)差壓鑄造工藝是無法生產(chǎn)的。為了鑄造更薄的鋁合金鑄件，我國開發(fā)了調(diào)壓鑄造技術(shù)和真空差壓鑄造技術(shù)。這兩種鑄造工藝都是在真空條件下充型，有利于薄壁鑄件完整充型，為提高鑄件補縮能力，鑄型充滿后快速增壓。但由于薄壁鑄件充型后很快凝固，鑄件結(jié)晶實際壓力不高，鑄件致密性不好，很容易出現(xiàn)針孔等缺陷。飛機艙門對鑄件內(nèi)在質(zhì)量和力學(xué)性能要求很高，采用調(diào)壓或真空差壓鑄造工藝很難達到要求。通常而言飛機艙門類鑄件主要壁厚只有2mm左右，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，驗收技術(shù)條件要求高，其鑄造難度主要是因壁厚太薄，難以完整充型，對鑄件本體力學(xué)性能和內(nèi)部缺陷要求高，難以達到驗收條件要求。人們期望獲得一種技術(shù)效果更好的飛機艙門的砂型鑄造成型方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)效果更好的飛機艙門的砂型鑄造成型方法。本發(fā)明一種飛機艙門的砂型鑄造成型方法，用于鑄造壁厚為1. 5 3mm鋁合金艙門類薄壁鑄件，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法具體要求是使用專利ZL200510047615. 0方法制備的SR-I精煉變質(zhì)細化劑處理鋁液和氬氣加熔劑旋轉(zhuǎn)噴吹復(fù)合精煉，使鋁液變質(zhì)效果更優(yōu)、渣和氣含量更低，達到更加細化最終鑄件晶粒以提高力學(xué)性能以及純化和凈化后獲得更好內(nèi)部質(zhì)量鑄件的目的；使用“輪廓分型，內(nèi)芯配打”的整體制芯技術(shù)配合精密設(shè)計的組型方法，不僅保證了如此薄鑄件壁厚尺寸精度，和更重要的是保證了鑄件的整體結(jié)構(gòu)尺寸精度；采用差壓鑄造的方式，鑄件在壓力下凝固，以便不僅使鑄件組織更細，同時確保鑄件凝固過程處在不容易形成析出氣孔的壓力狀態(tài)下，保證鑄件的高致密性；之后采用特殊的專門的熱處理方法，保證鑄件力學(xué)性能滿足要求而且避免了熱處理過程造成的鑄件極難或者無法校正的熱處理變形。本發(fā)明所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，對爐內(nèi)鋁合金液進行精煉、變質(zhì)、細化處理的要求是使用按專利 ZL200510047615. 0方法制備的SR-I精煉變質(zhì)細化劑，對爐內(nèi)鋁合金液進行精煉、變質(zhì)、細化綜合處理，具體做法是按百分比稱量SR-I精煉變質(zhì)細化劑的用量為處理鋁液的0. 5 5%，用鐵制容器盛裝放于烘箱內(nèi)，在^0 330°C (進一步優(yōu)選為300°C)下烘烤2 4(進一步優(yōu)選為3) 小時；然后將其均勻地倒在鋁液表面，采用帶微孔的石墨壓頭(圖幻將精煉變質(zhì)細化劑壓入鋁液，每次壓入不同的位置和深度(參見圖6)，持續(xù)30秒 1分鐘，整個處理過程持續(xù) 25 30分鐘，要遍及坩堝內(nèi)鋁液各處，處理完成后扒渣；加入SR-I處理結(jié)束后靜止5 10分鐘，再次澆注減壓試樣，測定合金液含氣量， 同時澆注板型試樣，斷開試樣，可以用肉眼檢察斷口粗細程度，根據(jù)經(jīng)驗判斷合金晶粒度； 目視檢查斷口是否存在夾雜，如果合金含氣量、斷口粗細程度和夾雜物含量中有一項不合格，就需要補加SR-1，再次處理，以便保證直到含氣量、晶粒度和夾雜物全合格。本發(fā)明所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，還要求保護下述優(yōu)選內(nèi)容所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，采用電阻熔煉爐快速熔化合金，具體要求是當(dāng)熔煉爐中爐料熔清并調(diào)整好成分后，用移動式旋轉(zhuǎn)噴吹裝置向爐內(nèi)吹氬氣8 15min(參見圖幻，進行第一次精煉，并采用減壓法(參見圖4)測定合金液含氣量。所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，制備如

圖1所示艙門鑄件砂芯造型以及組型工藝要求是如圖7所示過程，在一個整體芯盒中同時打制鑄件所需內(nèi)芯，即先將芯盒外框組合后，在相應(yīng)位置插入定位銷，然后將隔板插入(隔板即形成鑄件壁厚)，之后將定位塊卡在隔板和外框的上，在剩余的各個空腔中填入自硬樹脂砂，等砂子硬后即形成了一模多芯的鑄件全部內(nèi)芯；之后起芯，并進行必要的邊角修理和局部修補；將鑄型和內(nèi)芯表面均勻地噴上一層鋯螢粉涂料，要覆蓋完整、厚度均一、無流痕、斑點(眼睛觀察)，晾干后即可開始組型；組型過程要求(見圖8)將下型近似水平放置于地面上，在預(yù)留好的定位孔中插入和打制內(nèi)芯時同樣尺寸和數(shù)目的定位銷，將內(nèi)芯固定在下型上，然后將鑄件的砂型和砂芯，包括砂型和砂芯中鑲嵌的冷鐵，表面都加熱到50 70°C，將上型扣上即可等待澆注。
所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，制備如圖1、2所示艙門鑄件的差壓鑄造工藝要求是當(dāng)鋁合金液的成分、氣體和雜質(zhì)含量及斷口粗糙度全合格，鑄型準(zhǔn)備好后，在熔煉爐上加蓋中間隔板，放置升液管和鑄型，安裝差壓鑄造機上罐體；把熔煉爐內(nèi)的鋁液溫度調(diào)整到700 720°C，準(zhǔn)備澆注；選擇差壓鑄造同步壓力在350 45010 之間，升液和充型速度71 90mm/s，結(jié)殼增壓壓力5 15KPa，采用上罐減壓法實現(xiàn)差壓充型；鑄件澆注和保壓完成后，打開差壓鑄造機上罐，取出鑄型，進行鑄件的清理、熱處理和檢驗，完成圖1、2所示艙門鑄件的鑄造。所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，制備如圖1、2所示艙門鑄件的熱處理工藝要求是采用如圖10、11框架結(jié)構(gòu)盛滿小鋼珠(鋼珠直徑5-10mm)，將鑄件完全包覆其中， 然后在541 士5°C保溫12小時，在30秒時間內(nèi)快速淬入水溫50_80°C的水中8 12分鐘；將鑄件從密封的鋼珠框中取出，進行時效，工藝為160士5°C保溫8小時，即完成了鑄件的熱處理。在鋼珠的作用下，淬火過程中鑄件無法變形或只有極小的變形，就防止了鑄件淬火變形，另外鋼珠之間有足夠的縫隙，可以進入冷卻水，讓鑄件達到足夠的冷卻速度以獲得優(yōu)異的力學(xué)性能。本發(fā)明所述的飛機艙門類薄壁鋁合金鑄件差壓鑄造成型工藝，其最突出的特征在于通過限制合金液中的氣量(觀察減壓試樣凝固過程中的氣泡數(shù)，不多于5個)和氧化雜質(zhì)含量(根據(jù)斷口目測)，提高鋁合金液的純凈度，獲得內(nèi)部質(zhì)量更好、力學(xué)性能更高的鑄件(保證原料品質(zhì)，SR-I精煉變質(zhì)細化)，利用差壓鑄造充型工藝，選擇特有的鑄造充型工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制鑄型溫度和澆注溫度，實現(xiàn)了艙門鑄件的完整充型，并保證了鑄件的本體力學(xué)性能和內(nèi)部缺陷達到驗收要求。力學(xué)性能要求具體如下指定區(qū)域(圖1、2中框選區(qū)域)抗拉強度≥345MPa，屈服強度≥^OMPa，延伸率 ≥ 5% ；非指定區(qū)域抗拉強度≥310MPa，屈服強度≥250MPa，延伸率≥3% ；內(nèi)部缺陷質(zhì)量要求如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種飛機艙門的砂型鑄造成型方法，用于鑄造壁厚為1. 5 3mm鋁合金艙門類薄壁鑄件，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法具體要求是使用SR-I精煉變質(zhì)細化劑處理鋁液和氬氣加熔劑旋轉(zhuǎn)噴吹復(fù)合精煉； 使用“輪廓分型，內(nèi)芯配打”的整體制芯技術(shù)配合組型方法，保證薄鑄件壁厚尺寸精度和鑄件的整體結(jié)構(gòu)尺寸精度；采用差壓鑄造的方式，鑄件在壓力下凝固以便保證鑄件的高致密性； 之后進行熱處理，保證鑄件力學(xué)性能滿足要求而且避免了熱處理過程造成的鑄件熱處理變形。
2.按照權(quán)利要求1所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，對爐內(nèi)鋁合金液進行精煉、變質(zhì)、細化處理的要求是使用SR-I精煉變質(zhì)細化劑，對爐內(nèi)鋁合金液進行精煉、變質(zhì)、細化綜合處理，具體做法是按百分比稱量SR-I精煉變質(zhì)細化劑的用量為處理鋁液的0. 5 5%，用鐵制容器盛裝放于烘箱內(nèi)，在觀0 330°C下烘烤2 4小時；然后將其均勻地倒在鋁液表面，采用帶微孔的石墨壓頭將精煉變質(zhì)細化劑壓入鋁液， 每次壓入不同的位置和深度，持續(xù)30秒 1分鐘，整個處理過程持續(xù)25 30分鐘，要遍及坩堝內(nèi)鋁液各處，處理完成后扒渣；加入SR-I處理結(jié)束后靜止5 10分鐘，再次澆注減壓試樣，測定合金液含氣量，同時澆注板型試樣，斷開試樣，檢察斷口粗細程度，判斷合金晶粒度；檢查斷口是否存在夾雜，以便保證含氣量、晶粒度和夾雜物全合格。
3.按照權(quán)利要求2所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，采用電阻熔煉爐快速熔化合金，具體要求是當(dāng)熔煉爐中爐料熔清并調(diào)整好成分后，用旋轉(zhuǎn)噴吹裝置向爐內(nèi)吹氬氣8 15min，進行第一次精煉，并采用減壓法測定合金液含氣量。
4.按照權(quán)利要求1所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，制備艙門鑄件砂芯造型以及組型工藝要求是在一個整體芯盒中同時打制鑄件所需內(nèi)芯，即先將芯盒外框組合后，在相應(yīng)位置插入定位銷，然后將隔板插入(隔板即形成鑄件壁厚)，之后將定位塊卡在隔板和外框的上，在剩余的各個空腔中填入自硬樹脂砂，等砂子硬后即形成了一模多芯的鑄件全部內(nèi)芯；之后起芯，并進行必要的邊角修理和局部修補；將鑄型和內(nèi)芯表面均勻地噴上一層鋯螢粉涂料，要覆蓋完整、厚度均一、無流痕、斑點，晾干后即可開始組型；組型過程要求將下型近似水平放置于地面上，在預(yù)留好的定位孔中插入和打制內(nèi)芯時同樣尺寸和數(shù)目的定位銷，將內(nèi)芯固定在下型上，然后將鑄件的砂型和砂芯，包括砂型和砂芯中鑲嵌的冷鐵，表面都加熱到50 70°C，將上型扣上即可等待澆注。
5.按照權(quán)利要求1所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，艙門鑄件的差壓鑄造工藝要求是當(dāng)鋁合金液的成分、氣體和雜質(zhì)含量及斷口粗糙度全合格，鑄型準(zhǔn)備好后，在熔煉爐上加蓋中間隔板，放置升液管和鑄型，安裝差壓鑄造機上罐體； 把熔煉爐內(nèi)的鋁液溫度調(diào)整到700 720°C，準(zhǔn)備澆注；選擇差壓鑄造同步壓力在350 45010 之間，升液和充型速度71 90mm/s，結(jié)殼增壓壓力5 15KPa，采用上罐減壓法實現(xiàn)差壓充型；鑄件澆注和保壓完成后，打開差壓鑄造機上罐，取出鑄型，進行鑄件的清理、熱處理和檢驗，完成艙門鑄件的鑄造。
6.按照權(quán)利要求1 5其中之一所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法，其特征在于所述飛機艙門的砂型鑄造成型方法中，制備艙門鑄件的熱處理工藝要求是采用框架結(jié)構(gòu)盛滿直徑5-10mm小鋼珠，將鑄件完全包覆其中，然后在541 士5°C保溫12小時，在30秒時間內(nèi)快速淬入水溫50-80°C的水中8 12分鐘；將鑄件從密封的鋼珠框中取出，進行時效，工藝為160士5°C保溫8小時，即完成了鑄件的熱處理。
全文摘要
一種飛機艙門的砂型鑄造成型方法，具體要求依次是使用SR-1精煉變質(zhì)細化劑處理鋁液和氬氣加熔劑旋轉(zhuǎn)噴吹復(fù)合精煉；使用“輪廓分型，內(nèi)芯配打”的整體制芯技術(shù)配合組型方法，保證薄鑄件壁厚尺寸精度和鑄件的整體結(jié)構(gòu)尺寸精度；采用差壓鑄造，保證鑄件充型完整并獲得更優(yōu)的內(nèi)部質(zhì)量；采用創(chuàng)新的熱處理方法防止了如此薄壁鑄件極易產(chǎn)生的變形問題。本發(fā)明通過熔煉、造型、鑄造工藝及熱處理方法的集合優(yōu)化創(chuàng)新，開發(fā)了低成本、短周期的復(fù)雜整體薄壁框架結(jié)構(gòu)輕質(zhì)鋁合金鑄件的鑄造成型方法，該方法獲得的鑄件壁厚更薄、力學(xué)性能和內(nèi)部質(zhì)量更優(yōu)，且工藝簡潔，需用的設(shè)備少，具有巨大的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。
文檔編號C22C1/06GK102284694SQ201010202058
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者馮志軍, 吳江, 宋國金, 李宇飛, 王濤, 石飛, 翟虎, 榮福杰 申請人:沈陽鑄造研究所