本发明涉及铝合金铸件的技术领域，特别是涉及一种铝合金铸件的铸造方法。
背景技术：
铸造铝合金是新型的金属材料，基于其较小的密度和较高的比强度，广泛地应用于机械、汽车、航空、航天等各行各业。
铸造按金属液的浇注工艺分为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在自身重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等。重力铸造是依靠金属液的自身重力注入铸型并在型腔中流动，铝液的流动性比较差，铸件的补缩能力较低，容易产生缩孔、缩松等缺陷。压力铸造是指金属液在其他外力(不含重力)作用下注入铸型的工艺。压力铸造包括真空铸造、低压铸造、离心铸造等。铝合金铸件产品生产一般采用低压铸造工艺。
传统的低压铸造的工艺过程是：在密封的坩埚中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使升液管中未凝固的金属液回流到坩埚，再开型并推出铸件。在压力条件下铸造，提高了铝液的流动性，铸件的补缩能力比普通重力浇注有所提高。
但是，传统的低压铸造生产的铝合金铸件质量较难控制，容易产生缩松、疏松和针孔；而且浇道耗费的铝液较多，且这部分铝块杂质较多，不能回炉循环利用，造成原材料的严重浪费，制备成本较高。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种表面质量高且制备成本较低的铝合金铸件的铸造方法。
一种铝合金铸件的铸造方法，包括以下步骤：
1)根据铸件形状制作上砂箱和下砂箱，并对所述上砂箱和所述下砂箱进行涂料处理；
2)将所述上砂箱与所述下砂箱进行合模形成型腔，进行紧固处理；
3)对所述型腔进行抽真空处理；
4)采用2m/s-6m/s的压射速度将铝合金金属液充满所述型腔；
5)将所述型腔的压力增压至5Mpa-10Mpa，进行保压处理；
6)当所述型腔形成的铸件完全凝固后，将所述型腔的压力卸压至常压，将所述上砂箱与所述下砂箱开型，取出铸件，即得铝合金铸件。
在其中一个实施例中，所述步骤3)中的抽真空处理后的真空度为10Kpa-20Kpa。
在其中一个实施例中，其特征在于，所述步骤4)中铝合金金属液的浇注温度为650℃-750℃。
在其中一个实施例中，其特征在于，所述步骤4)中铝合金金属液的压射时间为5s-15s。
在其中一个实施例中，所述步骤5)中的加压速度为1Kpa/s-10Kpa/s。
在其中一个实施例中，所述步骤5)中所述保压时间为5min-20min。
在其中一个实施例中，所述上砂箱上设置有浇注系统。
在其中一个实施例中，所述铝合金铸件为轮毂。
本发明的铝合金铸件的铸造方法在铝液充型时，通过采用抽真空使型腔中的压力降低，从而减小了充型时的阻力。且真空度越高，型腔中的背压低，进而越容易建立有益于充型过程的压差。本发明在低压下充型，高压下凝固，明显减少缩孔和缩松缺陷的产生，可以获得组织致密的铸件。
本发明在在铝液充型时，使用较低的加压压力，有助于减少气孔、提高延伸率；在冷却成型阶段，使用较高的压力，有助于提高铸件硬度和抗拉强度，改善铸件的致密性。本发明制备的铸件的力学性能显著提高，与传统技术制备的铸件力学性能相比，其抗拉强度可提高15％～40％，延伸率可提高30％～55％。
本发明还通过控制压射速度和保压压力，有效提高充型过程平稳性和顺序性，浇道耗费的铝液较少，原材料的浪费较少，而且显著降低紊流和夹渣，进一步提高铸件质量。
此外，本发明还通过控制成型压力，确保铝合金液通过凝固枝晶间的狭窄通道向补缩区流动的驱动力，补缩效果良好，晶粒得到细化、组织更为致密。制备得到的铸件的质量显著提高。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种铝合金铸件的铸造方法，包括以下步骤：
1)根据铸件形状制作上砂箱和下砂箱，并对该上砂箱和该下砂箱进行涂料处理；
2)将该上砂箱与该下砂箱进行合模形成型腔，进行紧固处理；
3)对该型腔进行抽真空处理；
4)采用2m/s-6m/s的压射速度将铝合金金属液充满该型腔；
5)将该型腔的压力增压至5Mpa-10Mpa，进行保压处理；
6)当该型腔形成的铸件完全凝固后，将该型腔的压力卸压至常压，将该上砂箱与该下砂箱开型，取出铸件，即得铝合金铸件。
真空度是影响铸件充型能力的重要参数。真空度的大小不仅影响铸型中剩余压力，而且也影响充型动力的建立。真空度对充型的影响主要表现在以下三方面：一是减小铸件型腔中的背压，从而减少充型时的阻力，充型能力越强；二是真空度越大，越易建立较大的充型压差，有利于金属液的充型；三是真空度较高时，可有效避免金属液的氧化和产生氧化夹杂，从而避免由于氧化物存在导致表面张力大大提高而影响对铸件薄壁部位的充填。
真空度的大小和铸件的复杂程度、最小壁厚和铸型种类有关。铸件越复杂、壁越薄，真空度要越高。石膏型和熔模精铸型的真空度要比金属型和砂型高，且必须设置通气孔。一般情况下，平均壁厚大于6mm的铸件，真空度控制在20～30KPa；平均壁厚为2mm～6mm的铸件，真空度控制在10KPa～20KPa；平均壁厚小于2mm的铸件，真空度控制在10KPa以下。具体地，该步骤3)中的抽真空处理后的真空度为10Kpa-20Kpa。
本发明中浇注温度不能过高或过低，要综合合金类型、压铸件结构等因素考虑，铝合金的浇注温度范围在650℃-750℃之间。模具温度对铸件质量、尺寸精度及模具寿命也有影响，因此生产中也要控制在一定的范围内，保证整个压铸过程稳定，铝合金的压铸模具温度范围是200℃-300℃。
在一个实施例中，其特征在于，该步骤4)中铝合金金属液的压射时间为5s-15s。通过控制压射时间，确保金属液完全充满型腔，也能够减少浇道耗费的铝液，降低原材料的浪费。
充型速度反映了充型过程中金属液的上升情况，对铸件质量有直接影响。金属液在充型过程中必须呈层流运动，使液流平稳，即保证获得“正向充填”。充型速度大小的控制主要通过控制加压速度，即控制充型流量的大小。要保证获得“正向充填”，必须保证充型速度小于临界充型速度，临界充型速度大小一般是通过试验来确定的。一般情况下，充型速度大小的选择和铸件的壁厚有很大关系，铸件壁越厚，充型速度要越小，否则容易产生“反向充填”，影响铸件的质量；铸件壁越薄，充型速度可以选择大一些。实际生产中采用的充型速度一般也是通过试验来确定的。具体地，该步骤5)中的加压速度为1Kpa/s-10Kpa/s。
升压速度反映了当型腔被金属液充满以后，气体压力由充型压力增加到凝固压力的快慢程度。升压速度也应根据铸型种类和铸件结构选定。一般情况下，金属型的升压速度一般为0.2～0.3大气压/秒左右；石膏型和熔模精铸型的升压速度一般为0.1～0.2大气压/秒左右；干砂型的升压速度一般为0.05～0.1大气压/秒左右；湿砂型应取较低值。铸件壁厚大小对升压速度的要求也不一样，壁越薄，升压速度要越快。
凝固结晶压力为铸件结晶凝固提供一个高压的条件，金属在较高的压力下结晶，可使晶粒细化，组织致密，性能提高。凝固结晶压力的大小应根据铸件结构特点、铸型种类并通过生产实践来确定。铸件结构越复杂，凝固结晶压力要求越大。铸型种类不一样，凝固结晶压力要求也不一样。具体地，本发明的凝固结晶压力为5Mpa-10Mpa，通过提高凝固结晶压力，可使晶粒细化，组织致密，性能提高。
当压力升到结晶凝固压力以后，保持一定的时间，直到铸件完全凝固结束的时间称为保压时间。保压时间的精确控制是保证获得优质铸件的重要工艺因素。若保压时间过短，金属没有完全凝固，过早卸压，铸件得不到充分补缩，甚至不能成形；保压时间太长，升液管容易堵塞，浇口残留过多，清理困难。一般以铸件完全凝固所需要的时间来参考。
保压时间的长短与铸件的壁厚、合金种类、铸型性质以及结晶凝固压力有关，铸件壁越厚、合金的结晶温度范围越宽，保压时间要越长；采用的结晶压力越大，保压时间可以短一些。具体地，在其中一个实施例中，该步骤5)中该保压时间为5min-20min。
在一个实施例中，该上砂箱上设置有浇注系统。通过设有浇注系统，便于将铝合金金属液注入到型腔中。
在一个实施例中，所述铝合金铸件为轮毂。
本发明的铝合金铸件的铸造方法在铝液充型时，通过采用抽真空使型腔中的压力降低，从而减小了充型时的阻力。且真空度越高，型腔中的背压低，进而越容易建立有益于充型过程的压差。本发明在低压下充型，高压下凝固，明显减少缩孔和缩松缺陷的产生，可以获得组织致密的铸件。
本发明在在铝液充型时，使用较低的加压压力，有助于减少气孔、提高延伸率；在冷却成型阶段，使用较高的压力，有助于提高铸件硬度和抗拉强度，改善铸件的致密性。本发明制备的铸件的力学性能显著提高，与传统技术制备的铸件力学性能相比，其抗拉强度可提高15％～40％，延伸率可提高30％～55％。
本发明还通过控制压射速度和保压压力，有效提高充型过程平稳性和顺序性，浇道耗费的铝液较少，原材料的浪费较少，而且显著降低紊流和夹渣，进一步提高铸件质量。
此外，本发明还通过控制成型压力，确保铝合金液通过凝固枝晶间的狭窄通道向补缩区流动的驱动力，补缩效果良好，晶粒得到细化、组织更为致密。制备得到的铸件的质量显著提高。
本发明的铝合金铸件的铸造方法中，当金属液充完型后，气体压力开始增加，使金属液与型腔壁紧密接触，外层金属液的温度下降很快，与中心金属液的温度相差很大，但是经过一段时间后，型腔内的金属液在压力的作用下产生流动，均化了各部位的温度，减小了熔体之间的温度差。温度梯度的减小不能与增加的压力相比，所以增大补缩压力，其对铸件的补缩有很大的好处，可以有效地防止缩松缩孔的产生。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。