差壓鑄造2012

1、2022-5-27 特種低壓鑄造技術(shù)2022-5-22022-5-2 目 錄 7.1差壓鑄造 1 概述 1） 差壓鑄造的工作原理 2） 差壓鑄造工藝特點 2 差壓鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 差壓鑄造鑄件工藝設(shè)計 4 差壓鑄造工藝 5 應(yīng)用范圍7.2 真空差壓鑄造（調(diào)壓鑄造）7.3 真空吸鑄2022-5-22022-5-27.1 7.1 差壓鑄造差壓鑄造 1 1 概述概述 差壓鑄造（也稱反壓鑄造），是液態(tài)金屬在差壓鑄造（也稱反壓鑄造），是液態(tài)金屬在差壓差壓作用下，充填到預(yù)先有一定壓力的鑄型中，進行結(jié)作用下，充填到預(yù)先有一定壓力的鑄型中，進行結(jié)晶、凝固而獲得鑄件的一種工藝方法。是低壓鑄造晶、凝固而獲得鑄

2、件的一種工藝方法。是低壓鑄造和壓力下結(jié)晶凝固兩種工藝的結(jié)合。和壓力下結(jié)晶凝固兩種工藝的結(jié)合。 2022-5-22022-5-2 該工藝可以根據(jù)鑄件形狀，工藝要求和鑄型該工藝可以根據(jù)鑄件形狀，工藝要求和鑄型特點，調(diào)整型腔內(nèi)的壓力，使金屬液特點，調(diào)整型腔內(nèi)的壓力，使金屬液受控受控制地流制地流進鑄型，并在不改變鑄型受力狀態(tài)條件下，使鑄進鑄型，并在不改變鑄型受力狀態(tài)條件下，使鑄件在件在較高的壓力下凝固較高的壓力下凝固，生產(chǎn)出用其它成形方法，生產(chǎn)出用其它成形方法難以澆注的難以澆注的復(fù)雜、薄壁、整體鋁鑄件復(fù)雜、薄壁、整體鋁鑄件，解決了鑄，解決了鑄件澆注技術(shù)中的一個重大關(guān)鍵。件澆注技術(shù)中的一個重大關(guān)鍵。20

3、22-5-22022-5-21） 差壓鑄造的工作原理 差壓鑄造工藝原理示意圖差壓鑄造工藝原理示意圖 2022-5-22022-5-2 鑄型放在上壓力筒中，坩堝爐放在下壓力筒中，上下壓力筒以中隔板分開，升液管使鑄型與保溫爐相通。 金屬液充型方法有：1）增壓法： 2）減壓法：2022-5-22022-5-22） 差壓鑄造工藝特點 因差壓鑄造金屬液是在一定壓力下充型，故帶來一因差壓鑄造金屬液是在一定壓力下充型，故帶來一系列有利于獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的因素。系列有利于獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的因素。（1） 可以控制充型速度；可以獲得不同壓差可以控制充型速度；可以獲得不同壓差P P充型速度，充型速度，獲得最佳的充型速度；獲

4、得最佳的充型速度；（2） 可獲得最優(yōu)質(zhì)的充型金屬液，可避免外來夾雜物進入可獲得最優(yōu)質(zhì)的充型金屬液，可避免外來夾雜物進入型內(nèi)。型內(nèi)。（3） 由于在高壓下結(jié)晶凝固，因此鑄件補縮條件改善，從由于在高壓下結(jié)晶凝固，因此鑄件補縮條件改善，從而大大提高鑄件的致密度；鑄件局部最薄厚度可達而大大提高鑄件的致密度；鑄件局部最薄厚度可達0.250.25毫米，且輪廓清晰。毫米，且輪廓清晰。2022-5-22022-5-2（4 4） 在保壓期間，鑄件仍處于高壓狀態(tài)，在外壓在外壓力作用下，會產(chǎn)生微量的塑性變形，從而減少力作用下，會產(chǎn)生微量的塑性變形，從而減少“顯微縮松顯微縮松”，提高鑄件的機械性能；，提高鑄件的機械性能

5、；與低壓鑄造相比，差壓鑄造的鑄件材料的抗拉強度可提高10-50，伸長率可提高25-50。（5 5） 在高壓下結(jié)晶凝固高壓下結(jié)晶凝固，又可提高氣體在金屬液中的溶解度，因而能大大減少鑄件中的能大大減少鑄件中的“氣孔氣孔”和和“針孔針孔”缺陷缺陷。2022-5-22022-5-2（6） 鑄件表面質(zhì)量改善鑄件表面質(zhì)量改善-由于壓差P的可調(diào)性，因此，可以通過壓差P減少“冷隔”及“機械粘砂”；（7）可以實現(xiàn)控制氣氛澆注可以實現(xiàn)控制氣氛澆注； （8）便于機械化和自動化，提高了勞動生產(chǎn)率，減少了清理工作量和改善了勞動條件。2022-5-22022-5-2鑄造方法 力學(xué)性能 ZL101 ZL102壁厚 5mm壁

6、厚 20mm壁厚 5mm壁厚 20mm差壓鑄造抗拉強度b/Mpa 171 190 190 184斷后伸長率/% 8.0 7.2 6.5 6.5低壓鑄造抗拉強度b /Mpa 171 132 168 143斷后伸長率/% 4.0 2.0 4.0 2.0差壓鑄造與低壓鑄造鋁合金力學(xué)性能的比較2022-5-22022-5-22 2 差壓鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計差壓鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 差壓鑄造設(shè)備主要有三部分組成： 主機 壓力控制 供氣2022-5-22022-5-2 差壓鑄造設(shè)備外形圖2022-5-22022-5-2 差壓鑄造設(shè)備組成示意圖2022-5-22022-5-21） 壓力罐設(shè)計 封頭部分2） 鎖緊機構(gòu)

7、3） 充氣方法 氣控系統(tǒng)及其附屬裝置2022-5-22022-5-23 差壓鑄造鑄件工藝設(shè)計1）澆注位置的選擇 確立澆注位置時，要使鑄件由遠離澆道處先要使鑄件由遠離澆道處先凝固，澆道最后凝固，實現(xiàn)鑄件順序凝固，凝固，澆道最后凝固，實現(xiàn)鑄件順序凝固，常常是將鑄件薄壁部位遠離澆道，讓金屬液從厚壁處引入，與低壓鑄造澆注位置的選擇是相同的。2022-5-22022-5-22）加工余量及工藝余量 對于壁厚均勻的鑄件，為了實現(xiàn)向澆口方向的順序凝固，可以采取增加加工余量，不加工平面可以采用工藝余量的辦法，使鑄件壁厚向澆道方向遞增。3）澆注系統(tǒng)的選擇（1）合理的澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求 在保證金屬液平穩(wěn)充型的前提

8、下，充型要快。 有利于擋渣及排氣。 有利于鑄件實現(xiàn)順序凝固。2022-5-22022-5-2（2）澆注系統(tǒng)的形式 一般選用底注式澆注系統(tǒng)，鋁、鎂合金鑄件常采用開放式澆注系統(tǒng)，對于高度大于300mm的鑄件，可以選用縫隙式澆注系統(tǒng)。2022-5-22022-5-2 鎂合金殼體類鑄件差壓鑄造工藝 2022-5-22022-5-24）冒口與冷鐵 差壓鑄造有效地強化了冒口的補縮作用，因此，對個別厚大的熱節(jié)部位，一般只需采用暗冒口。冷鐵常和冒口、澆道配合使用，用以加快鑄件局部熱節(jié)處的冷卻速度，使該熱節(jié)部位與相鄰的連接壁同時凝固，以達到整個鑄件順序凝固的目的。 2022-5-22022-5-24、差壓鑄造澆

9、注工藝 1）差壓鑄造澆注過程的特點 差壓鑄造加壓分為6個階段 0t1: 充氣階段 t1t2: 壓力平衡階段 t2t3: 升液階段 t3t4: 充型階段 t4t5: 保壓階段 t5t6: 互通階段2022-5-22022-5-2 差壓鑄造加壓工藝示意圖 增壓法增壓法減壓法減壓法2022-5-22022-5-2 差壓鑄造的充氣、排氣特性圖 增壓充氣特性 減壓充氣特性 2022-5-22022-5-2 增壓法和減壓法比較 增壓法：從特性曲線上看出，升壓曲線ab線段性較 差，金屬液充型速度會發(fā)生波動。 減壓法： ab段占整個曲線比例很小，非常接近直線，因此，減壓法金屬液上升平穩(wěn)。2022-5-2202

10、2-5-2 2）工藝參數(shù)的選擇 （1）充型壓力差p 可按 p=HK/10200計算 （2）結(jié)晶壓力 結(jié)晶壓力越大，鑄件越致密，鑄件力學(xué)性能也越好。結(jié)晶壓力和鑄件結(jié)構(gòu)、合金結(jié)晶特性等因素有關(guān)。 （3）升液速度 為保持金屬液平穩(wěn)、緩慢升液。避免噴濺，升液應(yīng)較慢。 2022-5-22022-5-2（4）充型速度 充型速度應(yīng)比升液速度快，但不宜過快，要防止二次夾雜的產(chǎn)生。充型速度與鑄件復(fù)雜程度、壁厚、大小和合金種類有關(guān)，所用鑄型種類有關(guān)。（5）保壓時間 保壓時間應(yīng)大體與鑄件凝固時間相同。保壓時間與鑄件大小、壁厚、合金種類及結(jié)晶壓力等有關(guān)。鑄件壁厚越厚，合金結(jié)晶溫度范圍越寬，保壓時間就越長。（6）澆注溫

11、度 差壓鑄造澆注溫度比一般重力鑄造可低些。鋁合金，澆注溫度可低3060。 2022-5-22022-5-25 應(yīng)用范圍 差壓鑄適除了可用砂型外，也可用金屬型。單件、單件、小批量生產(chǎn)時可用砂型，生產(chǎn)批量大時，可用金屬型。鑄小批量生產(chǎn)時可用砂型，生產(chǎn)批量大時，可用金屬型。鑄件重量可從小于件重量可從小于1kg1kg至至100kg100kg以上。以上。 目前國內(nèi)最大鑄造直徑目前國內(nèi)最大鑄造直徑540mm540mm、高度、高度890mm890mm、壁厚、壁厚8 810mm10mm的的大型復(fù)雜薄壁整體艙鑄件。可鑄造的合金有鋁合金、鑄件?？设T造的合金有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金，還有鑄鋼。生產(chǎn)的鑄件有電

12、機鋅合金、鎂合金、銅合金，還有鑄鋼。生產(chǎn)的鑄件有電機殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導(dǎo)輪、船體等。殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導(dǎo)輪、船體等。 在壓力鑄造機上生產(chǎn)受投影面積或壁厚限制的鑄件均可用差壓鑄造法生產(chǎn)。2022-5-22022-5-27.2 真空差壓鑄造 1、工作原理2022-5-22022-5-22022-5-22022-5-2調(diào)壓鑄造控制系統(tǒng)的原理框圖調(diào)壓鑄造控制系統(tǒng)的原理框圖 2022-5-22022-5-2 （10） 或 P1-P2=P=常數(shù) （11）12dpdpdtdt2022-5-22022-5-2式中 P1-上密封室的壓力（Mpa）； P2-下密封室的壓力（Mpa）；

13、P-充型壓力（上下密封室壓力差） （Mpa）； t-時間（s）。 2022-5-22022-5-2 2、工藝特點 1）鑄型的充填和鑄件凝固分別在不同壓力下進行，具有十分優(yōu)良的充型能力和凝固條件，便于生產(chǎn)具有高氣密性的大型復(fù)雜薄壁鑄件。 2）調(diào)壓鑄造是在真空條件下充型，金屬液充型性好，不會卷氣。充型的調(diào)壓既保證了鑄件在壓力下凝固，但鑄型所受的最高壓力不超過充型壓力。這樣可采用透氣性差、強度低的鑄型。 3）由于調(diào)壓鑄造時壓力場貫穿整個充型和凝固過程，因此，鑄件的壁厚效應(yīng)小，便于澆注壁厚相差較大的鑄件。 2022-5-22022-5-2 3、應(yīng)用 主要用于生產(chǎn)薄壁、復(fù)雜的高精度鑄件，適用于非鐵合金和

14、黑色金屬，尤其適用于鋁、鎂合金的鑄件。2022-5-22022-5-27.37.3 真空吸鑄真空吸鑄 1、工藝過程 真空吸鑄是將鑄型澆道插入金屬液中，再將鑄型抽真空，使鑄型型腔內(nèi)為負壓，讓金屬液充型，并在負壓下進行冷卻、凝固的鑄造方法。2022-5-22022-5-2 帶結(jié)晶器的真空吸鑄示意圖 2022-5-22022-5-2 熔模鑄造真空吸鑄設(shè)備示意圖 2022-5-22022-5-2 真空吸鑄工藝過程 2022-5-22022-5-2合金種類鑄造方法抗拉強度bMPa斷后伸長率布氏硬度HBS條件ZCuSn10Zn2真空吸鑄37314.6107耐磨性比砂型鑄造提高7%砂型鑄造2351397ZL

15、105A熔模真空吸鑄344.614.0_熔模重力鑄造311.58.0_ZG0Cr17Ni4Cu4Nb熔模真空吸鑄1275.713.5_熔模重力鑄造1246.111.0_ 真空吸鑄對鑄件力學(xué)性能的改善真空吸鑄對鑄件力學(xué)性能的改善2022-5-22022-5-22、工藝特點 （1）提高了鑄件質(zhì)量、減少廢品。鑄件晶粒細化，力學(xué)性能提高。 （2）有良好的充型性能，可生產(chǎn)更薄的鑄件。 （3）大大提高了進水液利用率、工藝出品率高。 （4）簡化工藝，降低成本。 （5）改善澆注條件，易于實現(xiàn)機械化。2022-5-22022-5-2 3、應(yīng)用范圍 用結(jié)晶器的真空吸鑄通常用于生產(chǎn)直徑小于120mm的圓筒、圓棒類鑄

16、件。特別是銅合金鑄件應(yīng)用廣泛,鋁合金的應(yīng)用也在發(fā)展中。 2022-5-22022-5-24、設(shè)備 帶結(jié)晶器的真空吸鑄設(shè)備由熔化爐、主機、冷卻系統(tǒng)和真空系統(tǒng)組成。 主機由結(jié)晶器及結(jié)晶器移動機構(gòu)組成。結(jié)晶器由內(nèi)套、外套、水管及抽真空喉管等組成。 真空系統(tǒng)則由真空裝置、測量儀表和真空調(diào)節(jié)裝置組成。 有兩種獲得負壓的方法，一是用負壓噴嘴造成負壓；另一種是用真空泵獲得負壓。2022-5-22022-5-2 帶結(jié)晶器的真空吸鑄設(shè)備組成圖2022-5-22022-5-2 真空吸鑄用結(jié)晶器2022-5-22022-5-25 5、工藝 （1）鑄件最大理論吸鑄高度 由于真空吸鑄是靠大氣壓力把金屬液吸入結(jié)晶器中，因

17、此鑄件有一個最大理論吸鑄高度，按下式計算： hmax=76013600/ 式中 hmax-鑄件最大理論吸鑄高度（mm）； 760-無反壓力時管內(nèi)水銀上升高度（mm）； 13600-水銀密度（kg/m3）； -液體金屬密度（ kg/m3 ）。2022-5-22022-5-2 （2）吸鑄真空度 吸鑄預(yù)定高度鑄-件時，所需吸鑄真空度由下式計算： Pv=133.3L/13600式中 Pv-吸鑄真空度（Pa）； L-鑄件預(yù)定吸鑄高度（mm）； -液體金屬密度（kg/m3）； 13600-水銀密度（kg/m3）； 133.3-計算單位Pa的換算值。2022-5-22022-5-2 （3）結(jié)晶器口浸入金屬液

18、的深度 吸鑄時，爐內(nèi)金屬液面在不斷下降，結(jié)晶器也應(yīng)隨之下降，應(yīng)保證吸鑄完畢時，結(jié)晶器口離金屬液面10mm的接觸深度。 圓形池結(jié)晶器口浸入深度可按下式計算： 10)(222211RrrLH2022-5-22022-5-2式中 H1-晶器口浸入深度（mm）； L-鑄件長度（mm）； r1-鑄件外圓半徑（mm）； r2-鑄件內(nèi)圓半徑（mm）； R-熔池半徑（mm）。 2022-5-22022-5-2 吸鑄前后結(jié)晶器浸入金屬液情況的變化2022-5-22022-5-2 其他形狀的熔池的浸入深度按（15）式計算： （15） 10)(22211ArrLH式中 H1-晶器口浸入深度（mm）； L-鑄件長度（

19、mm）； r1-鑄件外圓半徑（mm）； r2-鑄件內(nèi)圓半徑（mm）； A-熔池面積（mm2）。2022-5-22022-5-2（4）凝固時間 真空吸鑄時鑄件的凝固時間受鑄件凝固厚度、合金種類、冷卻水溫度、澆注溫度、充型速度、結(jié)晶器的導(dǎo)熱性能等因素影響。 生產(chǎn)中可先按下式進行初步計算，再經(jīng)生產(chǎn)試驗修正：kt/22022-5-22022-5-2式中 t-凝固時間（min）； -凝固層厚度（mm）， k-凝固系數(shù)（mm/min2），與結(jié)晶器冷卻強度有關(guān)， k=3070 mm/min2。2022-5-22022-5-2 （5）吸鑄溫度 吸鑄溫度可比一般鑄造的澆注溫度低一些。 （6）鑄件加工余量 一般小

20、頭留11.5mm加工余量。（7）結(jié)晶器內(nèi)可安裝強度較高的砂芯來形成稍復(fù)雜的異形件。 （8）結(jié)晶器用涂料。 2022-5-22022-5-26 6、熔模真空吸鑄、熔模真空吸鑄1）種類 熔模真空吸鑄可分為兩種。 一種是生產(chǎn)一般合金熔模鑄件的真空吸鑄（又稱CLA法）。 另一種是用于生產(chǎn)高溫合金及易氧化合金的真空熔煉澆注的吸鑄法（又稱CLV法）。2022-5-22022-5-2 CLV法吸鑄裝置示意圖 2022-5-22022-5-2 2）工藝中的幾個特殊問題 （1）型殼的強度和透氣性 為使真空吸鑄順利進行，型殼必須有足夠高的強度和高溫透氣性。 （2）吸鑄壓力 一般來說應(yīng)在保證充型良好的前提下盡量采用較低的吸鑄壓力。 2022-5-22022-5-2 型 殼 種 類允許吸鑄壓力（kMPa) 硅溶膠 電熔剛玉 101.0鋁礬土或煤矸石 101.0 硅酸乙酯 硅 砂 33.1電熔剛玉 53.3鋁礬土或煤矸石 60.0 水玻璃 硅 砂 33.3 各種型殼允許的最