差壓鑄造的資料

差壓鑄造的資料第1頁/共64頁目

錄§7.1差壓鑄造2023-07-20第2頁/共64頁概述差壓鑄造的工作原理差壓鑄造工藝特點差壓鑄造設備結(jié)構設計差壓鑄造鑄件工藝設計差壓鑄造工藝應用范圍§7.2

真空差壓鑄造（調(diào)壓鑄造）§7.3

真空吸鑄§7.1

差壓鑄造2023-07-20第3頁/共64頁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。是低壓鑄造和壓力下結(jié)晶凝固兩種工藝的結(jié)合。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，使金屬液受控制地流進鑄型，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雜、薄壁、整體鋁鑄件，解決了鑄件澆注技術中的一個重大關鍵。2023-07-20第4頁/共64頁1）差壓鑄造的工作原理差壓鑄造工藝原理示意圖2023-07-20第5頁/共64頁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：2023-07-20第6頁/共64頁2）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，故帶來一系列有利于獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的因素。2023-07-20第7頁/共64頁可以控制充型速度；可以獲得不同壓差⊿P—充型速度，獲得最佳的充型速度；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)。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0.25毫米，且輪廓清晰。在保壓期間，鑄件仍處于高壓狀態(tài)，在外壓力作用下，會產(chǎn)生微量的塑性變形，從而減少

“顯微縮松”，提高鑄件的機械性能；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％。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。2023-07-20第8頁/共64頁鑄件表面質(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”；可以實現(xiàn)控制氣氛澆注；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。2023-07-20第9頁/共64頁2023-07-20第10頁/共64頁鑄造方法力學性能ZL101ZL102壁厚

5mm壁厚

20mm壁厚

5mm壁厚

20mm差壓鑄造抗拉強度σb/Mpa171190190184斷后伸長率δ/%8.07.26.56.5低壓鑄造抗拉強度σb

/Mpa171132168143斷后伸長率δ/%4.02.04.02.0差壓鑄造與低壓鑄造鋁合金力學性能的比較2

差壓鑄造設備結(jié)構設計2023-07-20第11頁/共64頁差壓鑄造設備主要有三部分組成：主機壓力控制供氣差壓鑄造設備外形圖2023-07-20第12頁/共64頁差壓鑄造設備組成示意圖2023-07-20第13頁/共64頁壓力罐設計封頭部分鎖緊機構充氣方法氣控系統(tǒng)及其附屬裝置2023-07-20第14頁/共64頁3差壓鑄造鑄件工藝設計2023-07-20第15頁/共64頁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。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。澆注系統(tǒng)的選擇（1）合理的澆注系統(tǒng)應滿足的要求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有利于鑄件實現(xiàn)順序凝固。2023-07-20第16頁/共64頁（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)。2023-07-20第17頁/共64頁鎂合金殼體類鑄件差壓鑄造工藝2023-07-20第18頁/共64頁4）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。2023-07-20第19頁/共64頁4、差壓鑄造澆注工藝2023-07-20第20頁/共64頁1）差壓鑄造澆注過程的特點差壓鑄造加壓分為6個階段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:互通階段差壓鑄造加壓工藝示意圖增壓法減壓法2023-07-20第21頁/共64頁增壓充氣特性 減壓充氣特性差壓鑄造的充氣、排氣特性圖2023-07-20第22頁/共64頁增壓法和減壓法比較2023-07-20第23頁/共64頁增壓法：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)。2）工藝參數(shù)的選擇2023-07-20第24頁/共64頁充型壓力差Δp可按

p=HρK/10200計算結(jié)晶壓力結(jié)晶壓力越大，鑄件越致密，鑄件力學性能也越好。結(jié)晶壓力和鑄件結(jié)構、合金結(jié)晶特性等因素有關。升液速度為保持金屬液平穩(wěn)、緩慢升液。避免噴濺，升液應較慢。充型速度充型速度應比升液速度快，但不宜過快，要防止二次夾雜的產(chǎn)生。充型速度與鑄件復雜程度、壁厚、大小和合金種類有關，所用鑄型種類有關。保壓時間保壓時間應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。鑄件壁厚越厚，合金結(jié)晶溫度范圍越寬，保壓時間就越長。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℃。2023-07-20第25頁/共64頁5應用范圍2023-07-20第26頁/共64頁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)時可用砂型，生產(chǎn)批量大時，可用金屬型。鑄件重量可從小于1kg至100kg以上。目前國內(nèi)最大鑄造直徑540mm、高度890mm、壁厚8～10mm的大型復雜薄壁整體艙鑄件?？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)的鑄件有電機殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導輪、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)?！?.2真空差壓鑄造1、工作原理2023-07-20第27頁/共64頁2023-07-20第28頁/共64頁調(diào)壓鑄造控制系統(tǒng)的原理框圖2023-07-20第29頁/共64頁（10）或P1-P2=ΔP=常數(shù)（11）2023-07-20第30頁/共64頁式中 P1-上密封室的壓力（Mpa）；P2-下密封室的壓力（Mpa）；2023-07-20第31頁/共64頁ΔP-充型壓力（上下密封室壓力差）（Mpa）；t-時間（s）。2、工藝特點2023-07-20第32頁/共64頁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雜薄壁鑄件。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。由于調(diào)壓鑄造時壓力場貫穿整個充型和凝固過程，因此，鑄件的壁厚效應小，便于澆注壁厚相差較大的鑄件。3、應用主要用于生產(chǎn)薄壁、復雜的高精度鑄件，適用于非鐵合金和黑色金屬，尤其適用于鋁、鎂合金的鑄件。2023-07-20第33頁/共64頁§7.3真空吸鑄2023-07-20第34頁/共64頁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。帶結(jié)晶器的真空吸鑄示意圖2023-07-20第35頁/共64頁熔模鑄造真空吸鑄設備示意圖2023-07-20第36頁/共64頁真空吸鑄工藝過程2023-07-20第37頁/共64頁合金種類鑄造方法抗拉強度σbMPa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__2023-07-20第38頁/共64頁真空吸鑄對鑄件力學性能的改善2、工藝特點提高了鑄件質(zhì)量、減少廢品。鑄件晶粒細化，力學性能提高。有良好的充型性能，可生產(chǎn)更薄的鑄件。大大提高了進水液利用率、工藝出品率高。簡化工藝，降低成本。改善澆注條件，易于實現(xiàn)機械化。2023-07-20第39頁/共64頁3、應用范圍用結(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用廣泛,鋁合金的應用也在發(fā)展中。2023-07-20第40頁/共64頁4、設備帶結(jié)晶器的真空吸鑄設備由熔化爐、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。2023-07-20第41頁/共64頁帶結(jié)晶器的真空吸鑄設備組成圖2023-07-20第42頁/共64頁真空吸鑄用結(jié)晶器2023-07-20第43頁/共64頁5、工藝2023-07-20第44頁/共64頁（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，因此鑄件有一個最大理論吸鑄高度，按下式計算：hmax=760×13600/ρ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）；ρ-液體金屬密度（

kg/m3

）。（2）吸鑄真空度2023-07-20第45頁/共64頁吸鑄預定高度鑄-件時，所需吸鑄真空度由下式計算：Pv=133.3Lρ/13600式中 Pv-吸鑄真空度（Pa）；L-鑄件預定吸鑄高度（mm）；ρ-液體金屬密度（kg/m3）；13600-水銀密度（kg/m3）；133.3-計算單位Pa的換算值。（3）結(jié)晶器口浸入金屬液的深度吸鑄時，爐內(nèi)金屬液面在不斷下降，結(jié)晶器也應隨之下降，應保證吸鑄完畢時，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：2023-07-20第46頁/共64頁式中

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）。2023-07-20第47頁/共64頁吸鑄前后結(jié)晶器浸入金屬液情況的變化2023-07-20第48頁/共64頁其他形狀的熔池的浸入深度按（15）式計算：（15）式中2023-07-20第49頁/共64頁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）；A-熔池面積（mm2）。（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：2023-07-20第50頁/共64頁式中 t-凝固時間（min）；2023-07-20第51頁/共64頁δ-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，k=30～70

mm/min2。吸鑄溫度吸鑄溫度可比一般鑄造的澆注溫度低一些。鑄件加工余量一般小頭留11.5mm加工余量。結(jié)晶器內(nèi)可安裝強度較高的砂芯來形成稍復雜的異形件。結(jié)晶器用涂料。2023-07-20第52頁/共64頁6、熔模真空吸鑄2023-07-20第53頁/共64頁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）。CLV法吸鑄裝置示意圖2023-07-20第54頁/共64頁2）工藝中的幾個特殊問題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。吸鑄壓力一般來說應在保證充型良好的前提下盡量采用較低的吸鑄壓力。2023-07-20第55頁/共64頁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＜33.32023-07-20第56頁/共64頁各種型殼允許的最大吸鑄壓力金屬液吸鑄溫度金屬液吸鑄溫度大大低于重力澆注時的澆注溫度，可低100～150℃左右。一些合金吸鑄溫度僅比其液相線高20℃