鑄造件在當(dāng)今世界鑄件的構(gòu)成中,已經(jīng)出現(xiàn)了一個引人注目的趨勢,這就是有色合金鑄件的產(chǎn)量增加,而鈦合金鑄件的產(chǎn)量在鑄件的總產(chǎn)量構(gòu)成比中則出現(xiàn)了下降的趨勢。據(jù)有關(guān)資料介紹,目前有色合金鑄件在鑄件材質(zhì)的構(gòu)成比中,我國僅占4%,而美國為7.9%,日本為11.6%,而且日、美的有色合金鑄件百分比在鑄件材質(zhì)的構(gòu)成比中,仍在繼續(xù)增加。
近十幾年來,航空、航天、汽車、船舶、兵器、電子等行業(yè)為追求零部件結(jié)構(gòu)合理、重量輕量化等目的,大力發(fā)展大型復(fù)雜、薄壁、整體的鋁合金 鑄件。
宇航飛行器上有許多鋁合金、鈦合金等合金零件是經(jīng)鍛造、機(jī)械加工、焊接或鉚接而制成的。但近年來出來了這樣一種趨勢,這就是把原來由幾個機(jī)械加工零件組合而成的部件改用一個整體鑄件來代替。
1大型、復(fù)雜、薄壁、整體 鑄件
1.1大型、復(fù)雜、薄壁、整體的概念
所謂大型,一般是指鋁合金 鑄件的尺寸超過500mm。
所謂薄壁,一般是指鋁合金 鑄件的平均壁厚小于2mm。
所謂復(fù)雜,一般有二個涵義:一是指鑄件的外形和內(nèi)腔復(fù)雜;二是指結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如有夾層結(jié)構(gòu)以及鑄件壁的厚薄過渡急劇等。
所謂整體,就是指把原來由幾個機(jī)械加工零件組合裝配的部件改為一個整體鑄件。
1.2 薄壁鑄件
有些圓盤式腳手架配件的尺寸既不大,形狀亦不太復(fù)雜,但壁薄,對尺寸精度和內(nèi)表面粗糙度要求很高,如雷達(dá)用波導(dǎo)管元件。
雷達(dá)用波導(dǎo)元件的內(nèi)腔多呈矩形,對外表面要求不高,但對尺寸精度要求很高(士0.03~0.05mm/22mm),對內(nèi)表面粗糙度的要求亦很高(Ra=1.6~2.5μm)。波導(dǎo)元件的一般制造方法是先將波導(dǎo)元件(如彎頭、魔梯)分為幾片,經(jīng)機(jī)械加工制作矩形內(nèi)腔片,再組焊成整體元件。對90度角的內(nèi)腔,機(jī)加工很困難。焊成的波導(dǎo)管通過其兩端較厚的法蘭邊,用螺釘互相聯(lián)接,組裝成復(fù)合波導(dǎo)管。這種生產(chǎn)方法不僅機(jī)械加工的難度大,而且生產(chǎn)周期長,焊接處電性能差,同時由于厚的法蘭邊(波導(dǎo)管本體壁厚為1~1.5mm,法蘭邊厚5~6mm),會增加波導(dǎo)管的重量。這種方法的制造成本昂貴,是鑄造方法的幾十倍。 早已用 鑄造方法生產(chǎn)雷達(dá)波導(dǎo)元件,既有簡單的波導(dǎo)元件,也有復(fù)雜的組合波導(dǎo)管。
2大型、復(fù)雜、薄壁、整體有色合金 鑄件的特點(diǎn)
2.1為設(shè)計結(jié)構(gòu) 為復(fù)雜的零部件提供可能性
由于零件經(jīng)機(jī)械加工后再將其焊接成組合件。將會受到機(jī)械加工和焊接工藝的影響,使零部件的復(fù)雜程度受到限制。但使用 鑄造技術(shù)可以使結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的零部件一次鑄造成形,經(jīng)稍許機(jī)械加工即可裝配到機(jī)器上。
比較典型的例子是美國太克公司生產(chǎn)的波音767飛機(jī)上的嫩油增壓泵殼體。其外形和結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜,用A356鋁合金澆注成形,重6.3kg。該鑄件模組由22個蠟?zāi)7謩e壓制后再組合成四個組合蠟?zāi)?,然后把這四個組合蠟?zāi)=M裝成增壓泵殼體整體蠟?zāi)?,用石膏混合漿料灌注成石膏型,在真空下澆成鑄件。在鑄件內(nèi)可直接鑄出大量油路通道, 孔間距誤差不超過士0.25mm。又如航空電子儀器設(shè)備的殼體和機(jī)架,為電路系統(tǒng)工作穩(wěn)定,希望將屏蔽室、印刷電路導(dǎo)板、散熱系統(tǒng)一次鑄出,形成整體的機(jī)殼鋁鑄件。同時為了提高散熱效率和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度,在鑄件表面上鑄出大量扁薄的散熱片和凸塊等,還可鑄成夾層結(jié)構(gòu)。
目前,工業(yè)發(fā)達(dá) 生產(chǎn)的大型電子設(shè)備框架、殼體鑄件,其較大尺寸可達(dá)800~1000mm,壁厚一般為1.5mm,誤差不超過士0.125mm/25mm。
2.2可以顯著地提高材料的利用率
由鍛造成型經(jīng)機(jī)械加工制成的零件需要切除掉大量的金屬。從而造成金屬材料的很大浪費(fèi)。如果用整體 鑄件代替某些經(jīng)機(jī)械加工后再組合的部件,就會提高材料利用率,從而顯著降低產(chǎn)品的制造成本。例如,黑華直升飛機(jī)旋轉(zhuǎn)翼槳葉,原來使用鈦鍛件經(jīng)機(jī)械加工制成。鍛件重454kg,而經(jīng)機(jī)械加工后制成的零件只有68kg.絕大部分金屬材料被機(jī)加工切掉了。改用 鑄件后,同樣的旋轉(zhuǎn)翼槳葉加工前只有113kg,材料可以節(jié)省75%。