差壓鑄造的資料

差壓鑄造的資料第1頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

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(diǎn)

2差壓鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3差壓鑄造鑄件工藝設(shè)計(jì)

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

真空吸鑄第2頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2§7.1差壓鑄造

1概述

差壓鑄造（也稱反壓鑄造），是液態(tài)金屬在差壓作用下，充填到預(yù)先有一定壓力的鑄型中，進(jìn)行結(jié)晶、凝固而獲得鑄件的一種工藝方法。是低壓鑄造和壓力下結(jié)晶凝固兩種工藝的結(jié)合。第3頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

該工藝可以根據(jù)鑄件形狀，工藝要求和鑄型特點(diǎn)，調(diào)整型腔內(nèi)的壓力，使金屬液受控制地流進(jìn)鑄型，并在不改變鑄型受力狀態(tài)條件下，使鑄件在較高的壓力下凝固，生產(chǎn)出用其它成形方法難以澆注的復(fù)雜、薄壁、整體鋁鑄件，解決了鑄件澆注技術(shù)中的一個(gè)重大關(guān)鍵。第4頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/21）差壓鑄造的工作原理

差壓鑄造工藝原理示意圖

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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(kāi)，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：第6頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/22）差壓鑄造工藝特點(diǎn)

因差壓鑄造金屬液是在一定壓力下充型，故帶來(lái)一系列有利于獲得優(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⊿P—充型速度，獲得最佳的充型速度；（2）可獲得最優(yōu)質(zhì)的充型金屬液，可避免外來(lái)夾雜物進(jìn)入型內(nèi)。（3）由于在高壓下結(jié)晶凝固，因此鑄件補(bǔ)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(dá)0.25毫米，且輪廓清晰。第7頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2（4）

在保壓期間，鑄件仍處于高壓狀態(tài)，在外壓力作用下，會(huì)產(chǎn)生微量的塑性變形，從而減少“顯微縮松”，提高鑄件的機(jī)械性能；與低壓鑄造相比，差壓鑄造的鑄件材料的抗拉強(qiáng)度可提高10-50％，伸長(zhǎng)率可提高25-50％。（5）在高壓下結(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“氣孔”和“針孔”缺陷。第8頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2（6）

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(guò)壓差⊿P減少“冷隔”及“機(jī)械粘砂”；（7）可以實(shí)現(xiàn)控制氣氛澆注；

（8）便于機(jī)械化和自動(dòng)化，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了清理工作量和改善了勞動(dòng)條件。第9頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2鑄造方法

力學(xué)性能ZL101ZL102壁厚5mm壁厚20mm壁厚5mm壁厚20mm差壓鑄造抗拉強(qiáng)度σb/Mpa171190190184斷后伸長(zhǎng)率δ/%8.07.26.56.5低壓鑄造抗拉強(qiáng)度σb/Mpa171132168143斷后伸長(zhǎng)率δ/%4.02.04.02.0差壓鑄造與低壓鑄造鋁合金力學(xué)性能的比較第10頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/22差壓鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

差壓鑄造設(shè)備主要有三部分組成：主機(jī)壓力控制供氣

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差壓鑄造設(shè)備外形圖第12頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

差壓鑄造設(shè)備組成示意圖第13頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/21）

壓力罐設(shè)計(jì)封頭部分2）

鎖緊機(jī)構(gòu)3）

充氣方法

氣控系統(tǒng)及其附屬裝置第14頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/23差壓鑄造鑄件工藝設(shè)計(jì)1）澆注位置的選擇確立澆注位置時(shí)，要使鑄件由遠(yuǎn)離澆道處先凝固，澆道最后凝固，實(shí)現(xiàn)鑄件順序凝固，常常是將鑄件薄壁部位遠(yuǎn)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。第15頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/22）加工余量及工藝余量對(duì)于壁厚均勻的鑄件，為了實(shí)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①在保證金屬液平穩(wěn)充型的前提下，充型要快。②有利于擋渣及排氣。③有利于鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固。第16頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2（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(kāi)放式澆注系統(tǒng)，對(duì)于高度大于300mm的鑄件，可以選用縫隙式澆注系統(tǒng)。第17頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

鎂合金殼體類鑄件差壓鑄造工藝

第18頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/24）冒口與冷鐵差壓鑄造有效地強(qiáng)化了冒口的補(bǔ)縮作用，因此，對(duì)個(gè)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(shí)凝固，以達(dá)到整個(gè)鑄件順序凝固的目的。

第19頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/24、差壓鑄造澆注工藝

1）差壓鑄造澆注過(guò)程的特點(diǎn)差壓鑄造加壓分為6個(gè)階段

0～t1:充氣階段

t1～t2:壓力平衡階段

t2～t3:升液階段

t3～t4:充型階段

t4～t5:保壓階段

t5～t6:互通階段第20頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

差壓鑄造加壓工藝示意圖

增壓法減壓法第21頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

差壓鑄造的充氣、排氣特性圖

增壓充氣特性

減壓充氣特性

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增壓法和減壓法比較增壓法：從特性曲線上看出，升壓曲線a’b’線段性較差，金屬液充型速度會(huì)發(fā)生波動(dòng)。減壓法：ab段占整個(gè)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)。第23頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

2）工藝參數(shù)的選擇（1）充型壓力差Δp

可按p=HρK/10200計(jì)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。第24頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2（4）充型速度充型速度應(yīng)比升液速度快，但不宜過(guò)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(shí)間保壓時(shí)間應(yīng)大體與鑄件凝固時(shí)間相同。保壓時(shí)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(shí)間就越長(zhǎng)。（6）澆注溫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306～0℃。第25頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/25應(yīng)用范圍

差壓鑄適除了可用砂型外，也可用金屬型。單件、小批量生產(chǎn)時(shí)可用砂型，生產(chǎn)批量大時(shí)，可用金屬型。鑄件重量可從小于1kg至100kg以上。目前國(guó)內(nèi)最大鑄造直徑540mm、高度890mm、壁厚8～10mm的大型復(fù)雜薄壁整體艙鑄件?？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)的鑄件有電機(jī)殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導(dǎo)輪、船體等。

在壓力鑄造機(jī)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)。第26頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2§7.2真空差壓鑄造

1、工作原理第27頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2第28頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2調(diào)壓鑄造控制系統(tǒng)的原理框圖

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（10）

或P1-P2=ΔP=常數(shù)（11）第30頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2式中P1-上密封室的壓力（Mpa）；

P2-下密封室的壓力（Mpa）；

ΔP-充型壓力（上下密封室壓力差）（Mpa）；

t-時(shí)間（s）。

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2、工藝特點(diǎn)

1）鑄型的充填和鑄件凝固分別在不同壓力下進(jìn)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(huì)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(guò)充型壓力。這樣可采用透氣性差、強(qiáng)度低的鑄型。

3）由于調(diào)壓鑄造時(shí)壓力場(chǎng)貫穿整個(gè)充型和凝固過(guò)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。第32頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

3、應(yīng)用主要用于生產(chǎn)薄壁、復(fù)雜的高精度鑄件，適用于非鐵合金和黑色金屬，尤其適用于鋁、鎂合金的鑄件。第33頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2§7.3真空吸鑄

1、工藝過(guò)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(fù)壓，讓金屬液充型，并在負(fù)壓下進(jìn)行冷卻、凝固的鑄造方法。第34頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

帶結(jié)晶器的真空吸鑄示意圖

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熔模鑄造真空吸鑄設(shè)備示意圖

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真空吸鑄工藝過(guò)程

第37頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2合金種類鑄造方法抗拉強(qiáng)度σbMPa斷后伸長(zhǎng)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2351397ZL105A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(duì)鑄件力學(xué)性能的改善第38頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/22、工藝特點(diǎn)（1）提高了鑄件質(zhì)量、減少?gòu)U品。鑄件晶粒細(xì)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(jìn)水液利用率、工藝出品率高。（4）簡(jiǎn)化工藝，降低成本。（5）改善澆注條件，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。第39頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

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。

第40頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/24、設(shè)備帶結(jié)晶器的真空吸鑄設(shè)備由熔化爐、主機(jī)、冷卻系統(tǒng)和真空系統(tǒng)組成。主機(jī)由結(jié)晶器及結(jié)晶器移動(dòng)機(jī)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(cè)量?jī)x表和真空調(diào)節(jié)裝置組成。有兩種獲得負(fù)壓的方法，一是用負(fù)壓噴嘴造成負(fù)壓；另一種是用真空泵獲得負(fù)壓。第41頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

帶結(jié)晶器的真空吸鑄設(shè)備組成圖第42頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

真空吸鑄用結(jié)晶器第43頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/25、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，因此鑄件有一個(gè)最大理論吸鑄高度，按下式計(jì)算：

hmax=760×13600/ρ式中hmax-鑄件最大理論吸鑄高度（mm）；

760-無(wú)反壓力時(shí)管內(nèi)水銀上升高度（mm）；

13600-水銀密度（kg/m3）；

ρ-液體金屬密度（kg/m3

）。第44頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

（2）吸鑄真空度吸鑄預(yù)定高度鑄-件時(shí)，所需吸鑄真空度由下式計(jì)算：

Pv=133.3Lρ/13600式中Pv-吸鑄真空度（Pa）；

L-鑄件預(yù)定吸鑄高度（mm）；

ρ-液體金屬密度（kg/m3）；

13600-水銀密度（kg/m3）；

133.3-計(jì)算單位Pa的換算值。第45頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

（3）結(jié)晶器口浸入金屬液的深度吸鑄時(shí)，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(shí)，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(jì)算：

第46頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2式中H1-晶器口浸入深度（mm）；

L-鑄件長(zhǎng)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）。

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吸鑄前后結(jié)晶器浸入金屬液情況的變化第48頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

其他形狀的熔池的浸入深度按（15）式計(jì)算：（15）

式中H1-晶器口浸入深度（mm）；

L-鑄件長(zhǎng)度（mm）；

r1-鑄件外圓半徑（mm）；

r2-鑄件內(nèi)圓半徑（mm）；

A-熔池面積（mm2）。第49頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2（4）凝固時(shí)間真空吸鑄時(shí)鑄件的凝固時(shí)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(jìn)行初步計(jì)算，再經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)修正：第50頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2式中t-凝固時(shí)間（min）；

δ-凝固層厚度（mm），

k-凝固系數(shù)（mm/min2），與結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度有關(guān)，k=30～70mm/min2。第51頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

（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頭留11.5mm加工余量。（7）結(jié)晶器內(nèi)可安裝強(qiáng)度較高的砂芯來(lái)形成稍復(fù)雜的異形件。（8）結(jié)晶器用涂料。第52頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/26、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）。第53頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

CLV法吸鑄裝置示意圖

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2）工藝中的幾個(gè)特殊問(wèn)題（1）型殼的強(qiáng)度和透氣性為使真空吸鑄順利進(jìn)行，型殼必須有足夠高的強(qiáng)度和高溫透氣性。（2）吸鑄壓力一般來(lái)說(shuō)應(yīng)在保證充型良好的前提下盡量采用較低的吸鑄壓力。

第55頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2

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

各種型殼允許的最大吸鑄壓力第56頁(yè)/共64頁(yè)2023/4/2（3）金屬液吸鑄溫度金屬液吸鑄溫度