本发明涉及铸造工业技术领域，具体为一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺。
背景技术：
近十多年来国内黑色金属消失模铸造取得了长足进步，不论是产量或质量都有很大提高，产品品种也在进一步扩大。但是铝合金消失模铸造进展一直较缓慢。在发动机行业，一汽曾生产了一段时间的进气管，但后来停止了生产，长沙从国外引进的制作铝气缸盖的消失模生产线从一开始就遇到精炼铝合金的难题，以致未投入正式生产应下了巴。还有一些厂家也浓度过试制生产进气管等铸件，从早到晚在产量特别是在质量上并未形成真正意义上的突破。在欧美一些发达国家，铝合金消失模铸造技术却较铸铁、铸造钢铁等日趋成熟，一些工厂大规模地用消失模铸造生产铝铸件。为什么反差如此之大？国外主要有以下几个原因：一是成本竞争的需要：消失模铸造比金属砂芯效率高，成本比湿型树脂砂芯便宜。由于模片粘接容易，两个以下零件组成一个新消失模件更进一步降低了成本。二是消失模件表面无凸聘物（砂型有），流体铸件表面流过时阻力小，由于气体流动阻力小，发动机功率有所提高，且壁厚均匀，不易出现砂型铸造时的偏芯现象。铝合金消失模件浇注成型比较容易。三是巨大的汽车铝件市场需要潜力很大。相比起来，国内铝合金生产熔炼技术和设备滞后较多，汽车工业轻量华发展的时间理解不长，原有的金属型铸造用铁合金熔炼和浇注技术不能适应消失模的质量需要。加上国崔有的客户不像国外强调实际使用效果过分强调表面质量，不愿接受泡沫碧粒痕迹，铸造过程中需控制的工艺因素叠多，以致困难重重。实际上国外的一些铝合金消失模件珠粒印迹和不重要面的针孔相当明显。
铝合金消失模铸造的主要缺点如下：1、因用干砂充填，铸件冷却速度很慢，加剧了铝消溶中产生针孔以致壁厚一点的断面上想消除针孔是难上加难； 2、也由于冷却速度低，在厚处会形成粗大的金属结晶并可能产生缩孔缩松，降低机械强度；3、若采用湿砂充填，铸件的冷却速度虽有所提升，但湿的砂粒遇到高温熔融状态的铝水易产生热的水汽刺破砂型面，产生冲孔，影响铸件的外观和铸件内部的机械强度。
因此需要一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺是很有前景的。
技术实现要素：
发明目的：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，包括如下步骤：准备步骤，制作泡沫实体模型；造芯步骤，将泡沫实体模型涂敷耐火涂料并充分干燥，在砂箱上形成浇口和流道后，固定并用湿型砂埋设该泡沫实体模型，然后设置浇口和排气通道，该湿型砂包括沙粒、水和粘接剂的混合物；浇铸步骤，熔炼该铝合金材料，将熔融状的该铝合金材料的温度控制在预定温度，通过浇口进行浇注；以及后处理步骤，割除铸件上的浇冒口，并对铸件进行热处理；快速冷却，铸件冷却时在浇口通入经干燥后的冷空气，2S后再次抽出，再次通入经干燥的冷空气2S再抽出，如此反复至铸造工件冷却至室温。
作为优选，所述浇铸步骤中，型腔内的湿压强度保持在50-60Kpa之间，湿型砂含水量为2.6-2.8％；
作为优选，所述湿型砂的紧实率与含水量的比例在7-9之间；
作为优选，所述熔融状的该铝合金材料的温度控制在650-680 ℃之间；
作为优选，所述湿砂型中设置有聚渣剂，聚渣剂中SiO2的含量为：70-76%，Al2O3的含量为：8-14%；
作为优选，所述涂敷在泡沫实体模型中的耐火涂料为刚玉；
作为优选，所述湿型砂中的粘接剂为硅溶胶；
1、本发明中所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，通过浇铸步骤中，型腔内的湿压强度保持在50-60Kpa之间，湿型砂含水量为2.6-2.8％，能够达到减少砂孔的缺陷；
2、本发明中所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，通过湿型砂的紧实率与含水量的比例在7-9之间，能够提高型砂的韧性；
3、本发明中所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，通过熔融状的该铝合金材料的温度控制在650-680 ℃之间，使得温度达到铝合金熔点的同时能够减少气孔发生；
4、本发明中所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，通过湿砂型中设置有聚渣剂，聚渣剂中SiO2的含量为：70-76%，Al2O3的含量为：8-14%，使难以处理的熔渣凝取成塑性渣层，从而方便、干净地清除熔炼中的杂质、炉渣，提高金属液体质量，降低成本；
5、本发明中所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，通过涂敷在泡沫实体模型中的耐火涂料为刚玉，使得取材方便，成本低，效果好；
6、本发明中所述的一种用于铝合金消失模快速冷却的铸造工艺，通过湿型砂中的粘接剂为硅溶胶，使得硅溶胶不仅能够起到良好的粘接湿型砂的作用，同时也能够被熔融状态的铝合金气化消失，不会产生残渣；
由于采用前述技术方案，本发明的有益效果为：用湿型砂代替传统的干砂，减少了砂孔缺陷；还由于采用了聚渣剂，在熔炼金属表面起保温、除渣作用，可使难以处理的熔渣凝取成塑性渣层，从而方便、干净地清除熔炼中的杂质、炉渣，提高金属液体质量，降低成本；还由于铸造过程中使湿压强度保持在在50-60Kpa 左右，含水量为2.6-2.8％，使( 紧实率)/( 含水量) 的比例在7-9 的范围，这样就能提高型砂韧性和减少砂孔的缺陷；且由于将熔融状的该铝合金材料的温度控制在650-680 ℃之间，可以减少气孔缺陷的发生；最后通过快速冷去反复通入经干燥后的冷气，可以带走熔融状态下铝水遇到湿型砂中的湿气产生的水汽，从而避免了热的水汽刺破砂型面，产生冲孔，影响铸件的外观和铸件内部的机械强度。
具体实施方式
实施例1
适合于铝合金材料的消失模铸造工艺主要包括准备步骤、造芯步骤、浇铸步骤和快速冷却步骤。在下面的描述中，与现有技术相似的部分仅进行一般性的描述：
在准备步骤中，制作泡沫实体模型，泡沫实体模型的制作方法可依照现有技术的适合于消失模铸造工艺的模型生产方法进行，一般包括预发泡、模型成型和模型簇组合等步骤，预发泡步骤主要是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度，一般通过蒸汽快速加热来进行，在模型成型步骤中，经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理，然后再送到成型机的料斗中，通过加料孔进行加料，模具型腔充满预发的珠粒后，开始通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且粘合成一体，这样就完成了泡沫模型的制造过程，成型后，在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却，然后打开模具取出模型；在模型簇组合步骤中，模型熟化稳定后，可对分块模型进行胶粘结合，得到最终的与铸件的形状和结构相同的泡沫实体模型，该铸件可以是汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。
接下来，进行造芯步骤。在造芯步骤中，首先将泡沫实体模型涂敷耐火涂料并充分干燥，例如，把泡沫实体模型浸入耐火涂料中，然后在大约40℃的空气循环烘炉中干燥4个小时；然后，在砂箱上形成浇口和流道后，固定并用湿型砂埋设该泡沫实体模型，然后设置浇口和排气通道，该湿型砂是包括沙粒、水和粘接剂的混合物，粘接剂可以是粘土，在该湿型砂中，沙粒占大部分。湿砂型中设置有聚渣剂，聚渣剂中SiO2的含量为：70%，Al2O3的含量为：8%，排气通道主要用于在泡沫实体模型汽化后排出由此产生的气体。所述耐火涂料可以是涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体(水或其他溶剂) 和各种附加物。
接着，进行浇铸步骤。在浇铸步骤中，首先是熔炼该铝合金材料，例如，通过坩锅熔化铝锭，待铝锭全部融化后，将清渣济、变质济分别置于铝水中，等待10分钟变质，将坩锅内铝渣清除干净，用测量仪测量铝水温度，一般铝水温度应控制在650℃，并适当保温一定时间，先测算铸件的理论重量，然后将铝液倒入事先准备好的座包，使该铸件在浇铸时更加平稳和连续，以免产生氧化皮等铸造缺陷。型腔内的湿压强度保持在50Kpa，湿型砂含水量为2.6％，湿型砂的紧实率与含水量的比例为7/1，然后，通过浇口进行浇注，熔融状的铝合金材料从流道进入由泡沫实体模型充满的型腔内，高温的铝合金材料使得泡沫实体模型被汽化，汽化所产生的气体从排气通道被排出，待铝合金材料熔液占据泡沫实体模型的空间后，得到铝合金材料铸件。
后处理步骤，割除铸件上的浇冒口，并对铸件进行热处理。
快速冷却，铸件冷却时在浇口通入经干燥后的冷空气，3s后再次抽出，再次通入经干燥的冷空气3s再抽出，如此反复至铸造工件冷却至室温。
实施例2
适合于铝合金材料的消失模铸造工艺主要包括准备步骤、造芯步骤、浇铸步骤和快速冷却步骤。在下面的描述中，与现有技术相似的部分仅进行一般性的描述：
在准备步骤中，制作泡沫实体模型，泡沫实体模型的制作方法可依照现有技术的适合于消失模铸造工艺的模型生产方法进行，一般包括预发泡、模型成型和模型簇组合等步骤，预发泡步骤主要是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度，一般通过蒸汽快速加热来进行，在模型成型步骤中，经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理，然后再送到成型机的料斗中，通过加料孔进行加料，模具型腔充满预发的珠粒后，开始通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且粘合成一体，这样就完成了泡沫模型的制造过程，成型后，在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却，然后打开模具取出模型；在模型簇组合步骤中，模型熟化稳定后，可对分块模型进行胶粘结合，得到最终的与铸件的形状和结构相同的泡沫实体模型，该铸件可以是汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。
接下来，进行造芯步骤。在造芯步骤中，首先将泡沫实体模型涂敷耐火涂料并充分干燥，例如，把泡沫实体模型浸入耐火涂料中，然后在大约40℃的空气循环烘炉中干燥4个小时；然后，在砂箱上形成浇口和流道后，固定并用湿型砂埋设该泡沫实体模型，然后设置浇口和排气通道，该湿型砂是包括沙粒、水和粘接剂的混合物，粘接剂可以是粘土，在该湿型砂中，沙粒占大部分。湿砂型中设置有聚渣剂，聚渣剂中SiO2的含量为：76%，Al2O3的含量为：14%，排气通道主要用于在泡沫实体模型汽化后排出由此产生的气体。所述耐火涂料可以是涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体(水或其他溶剂) 和各种附加物。
接着，进行浇铸步骤。在浇铸步骤中，首先是熔炼该铝合金材料，例如，通过坩锅熔化铝锭，待铝锭全部融化后，将清渣济、变质济分别置于铝水中，等待10分钟变质，将坩锅内铝渣清除干净，用测量仪测量铝水温度，一般铝水温度应控制在680℃，并适当保温一定时间，先测算铸件的理论重量，然后将铝液倒入事先准备好的座包，使该铸件在浇铸时更加平稳和连续，以免产生氧化皮等铸造缺陷。型腔内的湿压强度保持在60Kpa，湿型砂含水量为2.8％，湿型砂的紧实率与含水量的比例为9/1，然后，通过浇口进行浇注，熔融状的铝合金材料从流道进入由泡沫实体模型充满的型腔内，高温的铝合金材料使得泡沫实体模型被汽化，汽化所产生的气体从排气通道被排出，待铝合金材料熔液占据泡沫实体模型的空间后，得到铝合金材料铸件。
后处理步骤，割除铸件上的浇冒口，并对铸件进行热处理。
快速冷却，铸件冷却时在浇口通入经干燥后的冷空气，6s后再次抽出，再次通入经干燥的冷空气6s再抽出，如此反复至铸造工件冷却至室温。
实施例3
适合于铝合金材料的消失模铸造工艺主要包括准备步骤、造芯步骤、浇铸步骤和快速冷却步骤。在下面的描述中，与现有技术相似的部分仅进行一般性的描述：
在准备步骤中，制作泡沫实体模型，泡沫实体模型的制作方法可依照现有技术的适合于消失模铸造工艺的模型生产方法进行，一般包括预发泡、模型成型和模型簇组合等步骤，预发泡步骤主要是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度，一般通过蒸汽快速加热来进行，在模型成型步骤中，经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理，然后再送到成型机的料斗中，通过加料孔进行加料，模具型腔充满预发的珠粒后，开始通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且粘合成一体，这样就完成了泡沫模型的制造过程，成型后，在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却，然后打开模具取出模型；在模型簇组合步骤中，模型熟化稳定后，可对分块模型进行胶粘结合，得到最终的与铸件的形状和结构相同的泡沫实体模型，该铸件可以是汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。
接下来，进行造芯步骤。在造芯步骤中，首先将泡沫实体模型涂敷耐火涂料并充分干燥，例如，把泡沫实体模型浸入耐火涂料中，然后在大约40℃的空气循环烘炉中干燥4个小时；然后，在砂箱上形成浇口和流道后，固定并用湿型砂埋设该泡沫实体模型，然后设置浇口和排气通道，该湿型砂是包括沙粒、水和粘接剂的混合物，粘接剂可以是粘土，在该湿型砂中，沙粒占大部分。湿砂型中设置有聚渣剂，聚渣剂中SiO2的含量为：73%，Al2O3的含量为：11%，排气通道主要用于在泡沫实体模型汽化后排出由此产生的气体。所述耐火涂料可以是涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体(水或其他溶剂) 和各种附加物。
接着，进行浇铸步骤。在浇铸步骤中，首先是熔炼该铝合金材料，例如，通过坩锅熔化铝锭，待铝锭全部融化后，将清渣济、变质济分别置于铝水中，等待10分钟变质，将坩锅内铝渣清除干净，用测量仪测量铝水温度，一般铝水温度应控制在665℃，并适当保温一定时间，先测算铸件的理论重量，然后将铝液倒入事先准备好的座包，使该铸件在浇铸时更加平稳和连续，以免产生氧化皮等铸造缺陷。型腔内的湿压强度保持在55Kpa ，湿型砂含水量为2.7％，湿型砂的紧实率与含水量的比例为8/1，然后，通过浇口进行浇注，熔融状的铝合金材料从流道进入由泡沫实体模型充满的型腔内，高温的铝合金材料使得泡沫实体模型被汽化，汽化所产生的气体从排气通道被排出，待铝合金材料熔液占据泡沫实体模型的空间后，得到铝合金材料铸件。
后处理步骤，割除铸件上的浇冒口，并对铸件进行热处理。
快速冷却，铸件冷却时在浇口通入经干燥后的冷空气，4.5s后再次抽出，再次通入经干燥的冷空气4.5s再抽出，如此反复至铸造工件冷却至室温。
用实施例1-3得到的压铸模型进行剪切强度、疲劳强度以及硬度的性能测试。
对比例是现有市场销售的牌号为：43的铝合金性能参数。
测试结果如表1所示。
表1 实施例1-3与比较例1的性能测试结果
从上表可知，本发明所述的实施例1-3，前切强度≥180τ/MPa、疲劳强度≥140σ1/MPa、硬度≥80HB，区别于比较例1-3的性能各项力学性能较优，使得按本发明所述的实施例1-3生产所得的铝合金消失模的铸造工件质量好、快速冷却、无污染等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。