一个飞机制造用途的大型薄壁复杂曲面铝合金铸件

1.大型薄壁复杂曲面铝合金铸件概况

本项目中大型薄壁复杂曲面铝合金铸件是用来制造飞机零件成型模具的。铸件材质ZL104，轮廓尺寸4123X2360X2087mm,均匀壁厚，40mm。是目前世界上轮廓尺寸最大的铝合金铸件之一。成型模具形状如图1所示，是U形曲面壳体，在铸造时，容易发生尺寸变形而导致铸件报废。尺寸庞大，薄壁，容易变形，铸件有气密性要求。这些因素叠加起来使得成型模具铸件铸造成型极为困难，是一个巨大的挑战。经过半年多各协作单位的努力和通力合作，沈阳宇航金属材料研究所圆满完成了成型模具的铸造成型。

图1.成型模具轮廓尺寸

2.铸造工艺设计

成型模具铸件使用内表面。因此，对于本产品，铸造工艺设计的要点是保证内表面致密和保证铸件不发生尺寸变形。铸造工艺为：口朝下姿态，树脂砂型重力铸造。为保证内表面铸造质量，铸件内表面全部铺上厚度80的铝合金冷铁，采用缝隙式浇道填充金属，龙背上放置冒口，以利于金属凝固时的补缩。为了防止铸件变形，U型口部设置拉筋。铸造工艺如图2所示。

图2.成型模具铸件的铸造工艺

3.合金熔炼与浇注

电炉熔炼ZL104铸造铝合金。720℃精练变质。680-690℃浇注。浇注铝合金重量5吨。

清理打磨后，铸件称重：铸件毛坯2433公斤。铸件毛坯理论重量2368公斤。

4.铸件清理打磨喷砂与退火处理

因为铸件是复杂曲面，且尺寸庞大，故清理打磨全部手工完成。手持喷枪在室外完成喷砂工作。如图3.所示

铸件退火消除应力。铸件热处理退火消除应力的工艺为：升温速率55-60℃/h，175℃，保温15h，出炉空冷。大型热处理炉的精度±3℃。

图3.铸件喷砂处理

图4.热处理消除应力

5.  铸件的尺寸检查

用铸件内表面纵、横随型样板和三维激光扫描仪检查铸件尺寸。在早期清理打磨时用样板检验，快速方便。交付前，用激光扫描，以确保全部内表面尺寸都正确，并有合适的加工余量。激光扫描结果表明：全部内表面都有加工余量，加工余量基本均匀，满足加工要求。

铸件合格，可以交付。

交付那天下午，天空蔚蓝，金风送爽，红旗飘飘。大型铝合金铸件向国旗行注目礼，礼成，奔向为祖国建功立业的伟大征程。

图5.铸件交付，启程

6.  后记

用户安排铸件进行了粗加工，为精加工留2mm余量，到这个阶段，仔细检查全部内表面，结果：无瑕。如图6所示。

致谢：

沈阳宇航金属材料研究所在研制这一大型铝合金铸件的过程中，团队团结合作，刻苦攻关，圆满完成国家任务。项目得到中国建筑材料科学研究院、沈阳重宝龙机械制造有限公司、沈阳明腾科技有限公司、沈阳金工热处理中心和辽宁铠龙矿机有限公司的支持与帮助。在此，谨表示衷心的感谢。

图6.铸件粗加工，为精加工留2mm余量，全部内表面无瑕