3A03006B铝硅合金真空密封造型铸造工艺研究与应用

序号：编码：3A03006B第九届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：铝硅合金真空密封造型铸造工艺研究与应用学校全称：南阳理工学院个人申报者姓名（集体名称）：石欢等类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文√科技制作□小发明创造1A2申报者情况（集体项目）说明：1．必须由申报者本人按要求填写；2．申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3．本表中的学籍管理部门盖章视为申报者情况的确认。姓名石欢性别男出生年月1988年10月申报者情况学校南阳理工学院专业机械设制造及其自动化专业现学历本科年级三学制四年入学时间2008年9月作品全称铝硅合金真空密封造型铸造工艺研究与应用毕业论文题目通讯地址南阳理工学院机电工程系邮政编码473004办公电话[phone]常住地通讯地址南阳理工学院机电工程系邮政编码473004住宅电话[phone]其他作者情况姓名性别年龄学历所在单位孙晓云女21本科南阳理工学院机电工程系贺勇焱男21本科南阳理工学院机电工程系颜胜克男22本科南阳理工学院机电工程系资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的的各类高等学校专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。√是□否（部门盖章）年月日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。√是□否负责人签名：年月日2B3．申报作品情况（科技发明制作）说明：1．必须由申报者本人填写；2．本部分中的科研管理部门盖章视为对申报者所填内容的确认；3．本表必须要有1000字以内的作品说明，并附有研究报告、图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，也可附鉴定证书和应用证书等，打印或粘贴到申报书后。4．作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称铝硅合金真空密封造型铸造工艺研究与应用作品分类（A）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路目的：解决大型、薄壁、高外观质量铸件的铸造生产。基本思路：1、分析现有铸造工艺方法存在的缺陷，提出真空密封造型铸造工艺方案；2、铝硅合金真空密封造型所用设备、工装研究、设计、制造；3、铝硅合金真空密封造型工艺过程（造型、抽真空、浇注等）研究、试验；4、铝硅合金真空密封造型方法生产铸件的性能检测；5、铝硅合金真空密封造型铸造工艺的生产实践应用、验证。创新点、技术关键和主要技术指标一、创新点：1、研究出了适合于铝硅合金的普通砂型真空密封造型工艺，优化了工艺技术参数，解决了大型、薄壁、表面质量要求高的铝硅合金铸件的生产瓶颈。2、利用自行设计研制的倾转浇注工作台，成功地实现了铝硅合金真空密封造型铸造的倾转浇注工艺。3、开发设计出了适合中小企业实际应用的真空密封造型装置,减少了投资。二、技术关键：1、结合塑料薄膜密封的砂箱密封技术；2、干砂的振动充实技术；3、型砂的抽真空自硬技术；4、铝硅合金的不搅拌熔炼、精炼＋炉外过滤精炼技术；5、倾转浇注工艺技术。三、主要技术指标：1、型砂规格：30（0.425、0.300、0.212筛）组水洗烘干石英砂。2、塑料薄膜加热烘软温度：60～l00℃；覆膜真空度：0.035MPa。3、真空度：0.040～0.075MPa。4、浇注方式：倾转浇注。3作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）1、设备简单、投资少。2、金属利用率高。金属液在真空密封造型的型腔中冷却速度较慢，有利于金属液的补给，故冒口尺寸可大幅减小，从而提高了15%的金属材料利用率。3、铸件轮廓清晰、表面粗糙度好、尺寸精度高。真空密封造型的铸型内腔表面覆有塑料薄膜和涂料，铸型面光滑无瑕庇，保证铸件的表面粗糙度好。4、生产成本低。由于真空密封造型使用无粘接剂的干砂，砂子的回用率可达95%以上，有效节约了造型材料，降低了生产成本。5、模型和砂箱使用寿命长。6、改善了工作环境。7、降低了劳动强度。造型过程干砂靠微震充填砂箱、靠抽真空紧实铸型，不需舂砂、捣砂，降低了劳动强度。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶段（）A实验室阶段B中试阶段C生产阶段D企业实际应用及项目推广阶段（自填）技术转让方式作品可展示的形式√实物、产品□模型□图纸□磁盘□现场演示√图片□录像□样品4使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测1、使用说明：向特制的砂箱内填入无粘接剂的干砂，再用塑料薄膜将砂型顶面密封，将砂型抽真空，借住砂型内外压力差，使型砂紧实并具有一定硬度，然后除去模样中吸膜的真空，起模后制成砂型。下芯、合型后即可浇注，待铸件全部凝固后，除去砂型的真空，砂型自行溃散，取出铸件。2、技术特点和优势：（1）采用无粘结剂的干砂，使型砂的耗量降到最低限度，堪称绿色环保的现代铸造技术。（2）用塑料薄膜使砂型成型，改善了劳动条件，使造型和砂处理系统大大得以简化。（3）铸件尺寸精度高、轮廓清晰、表面光洁。（4）金属利用率高。（5）模型和砂箱使用寿命长。3、市场分析：铝合金真空密封造型铸造新工艺技术可行、工艺可靠、实用性强，除了产生巨大的经济效益之外，对铝硅合金铸造行业如何减少环境污染、实现“绿色铸造”具有指导作用，同时还能为缓解我国能源紧缺的现状做出贡献，因此铝合金真空密封铸造新工艺是一种很有发展前途的、先进的铸造工艺，是值得推广的铸造工艺。专利申报情况□提出专利申报申报号申报日期年月日□已获专利权批准批准号批准日期年月日√未提出专利申请科研管理部门盖章年月日5C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于评审。真空密封造型工艺是由日本长野县工业实验所和秋田株式会社于20世纪70年代初发明并研制成功的一种特种铸造方法，自投入使用以来，世界上有十几个国家和地区约300条生产线在使用，生产黑色金属铸件取得了较好效果。我国自20世纪80年代开始引进真空密封造型技术和设备，同时上海、武汉、北京、沈阳和合肥等铸造界的科技人员对真空密封造型工艺的设备工装等开始研制，国内也有不少家铸造厂使用这种造型线，但大都采用的是进口设备，而且都是应用于黑色金属铸造。由于铝硅合金的热容量小，温度降低快，化学性质非常活泼，极易氧化和吸气，氢在铝液、固态中的溶解度差值大，如图1所示；而真空密封造型导热性差，结晶慢，在铸件内部容易形成针孔、气孔缺陷，严重影响铸件的质量和性能，因此真空密封造型工艺在有色金属铝硅合金铸造方面的应用还没有相关的研究报道。图1氢在铝中的溶解度6D.推荐者情况及对作品的说明说明：1．由推荐者本人填写；2．推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体）推荐亦可；3．推荐者填写此部分，即视为同意推荐；4．推荐者所在单位盖章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓名林红旗性别女年龄44职称教授工作单位南阳理工学院机电工程系通讯地址南阳理工学院机电工程系邮编473004单位电话62232686住宅电话手机[phone]推荐者所在单位盖章（盖章）年月日请对申报者申报情况的真实性作出阐述本项目是由南阳理工学院机电系与南阳市汇森精密仪器铸造有限公司联合开发的科技攻关项目，旨在解决南阳市汇森精密仪器铸造有限公司生产的高压开关上大型、薄壁、高外观质量铸件的供货生产，已投入使用。因此申报者申报的情况是真实的。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价铝硅合金真空密封造型工艺具有设备简单、成本低、合金流动性及表面质量好、环境污染小的特点，较好解决了大型、薄壁、高外观质量铝硅合金铸件的生产；本项目研究成果降低了真空密封造型技术的使用门槛，使真空密封造型技术的大量推广应用成为可能。采用该工艺生产的大型薄壁铝硅合金铸件性能超过了国内同类产品，具有国内领先水平。其它说明该技术已在企业实际应用，效果良好，通过了企业验收。7推荐者情况姓名田光辉性别男年龄40职称副教授工作单位南阳理工学院机电工程系通讯地址南阳理工学院机电工程系邮编473004单位电话62232716住宅电话手机[phone]推荐者所在单位盖章（盖章）年月日请对申报者申报情况的真实性作出阐述本项目是由南阳市汇森精密仪器铸造有限公司联系南阳理工学院机电工程系，成立的校企联合技术攻关小组开发的，由我系部分教授和企业高级工程师担任的指导老师，我系在校大学生承担的项目设计、制造和试验。申报者申报的情况是真实的。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价本项目采用的密封铸型中真空吸力有利于金属液的快速充型，塑料薄膜、涂料、细砂成型提高了铸件表面质量，无粘结剂干砂利用率高，使造型、落砂、清理等工序简化，粉尘量和有害气体量减少，污染小，设备投资少，成本低，适合于多品种、小批量、大型、薄壁、表面质量高的铝硅合金铸件生产，属于绿色铸造，对铸造行业如何减少环境污染具有重要指导作用，是一种很有发展前途、先进的铸造工艺，值得推广应用。其它说明8学校组织协调机构确认并盖章（团委代章）年月日学校确认盖章（学校行政公章）年月日省指导委员会资格和形式审查意见□合格□不合格审查人（签名）负责人（签名）年月日9E．省评审委员会评审意见预审意见评委（签名）：负责人（签名）：年月日终审意见评委（签名）：负责人（签名）：年月日10G．科技发明制作类作品说明（附件）打印或粘贴处铝硅合金真空密封造型铸造工艺研究与应用作品说明一、项目研究的目的、意义铸造铝硅合金密度小、比强度高，成形方便，在承受同样载荷条件下采用铝合金制件，可以减轻结构质量，因而在现代航空工业、飞机制造业、汽车、拖拉机、造船、仪器仪表、电力行业得到了广泛应用。铝硅合金铸造方法有压力铸造、低压铸造、砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造等。对于大型、薄壁、复杂铸件，生产中常用自硬树脂砂型铸造和金属型铸造两种。采用金属型铸造时，所用金属模具尺寸大，加工困难，制造周期长，制造费用高（每套模具的价格在5～12万元之间），且生产过程中金属液仅靠重力充型，薄壁部位不易充满、铸件合格率较低。采用自硬树脂砂型铸造时，对原砂质量要求高，生产中要采用21（0.300，0.212，0.150筛）组和30（0.425、0.300、0.212筛）组的砂，树脂成本较高、刺激性气味大，旧砂回收和再生成本高，型砂只能一次使用，费用昂贵，劳动强度较大，混砂、落砂时粉尘飞扬，空气污染严重，生产过程中金属液仅靠重力充型，薄壁部位不易充满，铸件合格率较低。南阳市汇森精密仪器铸造有限公司是一家专业生产铝合金铸件的企业，年产大型铝硅合金铸件2000多吨，为彻底解决这一问题，汇森公司决定成立校企联合技术攻关小组，由南阳理工学院机电系学识渊博的教授和专业技术过硬的企业高级工程师担任指导老师，南阳理工学院机电系在校学生承担大部分项目的设计、制造和试验任务,开发铝硅合金真空密封造型铸造工艺，以解决这一制约企业发展的瓶颈问题。11二、项目研究主要内容1、真空密封造型工艺装置研究研究、设计、制造了真空密封造型用专用模板（模型、底板）、四壁封闭砂箱、塑料薄膜加热器、铸型振实设备、真空抽气系统等工艺装置。2、真空密封造型用原材料研究（1）塑料薄膜型腔薄膜采用性能较好的乙烯醋酸乙烯共聚体薄膜(EVA），背膜采用成型性差一些、价格低廉的农用聚乙烯薄膜(PE)。（2）涂料真空密封造型时，在覆膜成型之后，放置砂箱填砂之前，在型砂一侧的塑料薄膜表面上要涂刷涂料。涂料由锆英粉（主要成分是ZrO2·SiO2）作耐火材料、乙烯醇缩丁醛料作粘结剂、酒精作分散介质等组成。