金屬精密液態(tài)成形技術(shù)-第8章反重力鑄造

第8章反重力鑄造CounterGravityCasting知識(shí)要點(diǎn)掌握程度相關(guān)知識(shí)反重力鑄造的概念熟悉反重力鑄造的概念、反重力鑄造工藝種類、特點(diǎn)及其應(yīng)用工程流體力學(xué)，傳熱學(xué)，薄壁鑄件概念和特征低壓鑄造與差壓鑄造了解低壓鑄造與差壓鑄造工作原理，熟悉低壓鑄造與差壓鑄造工藝參數(shù)的選擇，掌握澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法凝固理論，鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)控制理論第8章反重力鑄造本章教學(xué)要點(diǎn)薄壁鑄件及其反重力成形技術(shù)

鑄件薄壁化是現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展方向，是產(chǎn)品輕量化發(fā)展的前提，在航空航天汽車電子等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)鑄件的薄壁化具有重要的意義。

充型是薄壁鑄件制造技術(shù)的關(guān)鍵。大型復(fù)雜薄壁鑄件散熱快、凝固時(shí)間短、充型阻力大，通常條件下采用重力鑄造法一般難以成形。借助于離心力、電磁力、壓力等外力充型的鑄造方法正在取代傳統(tǒng)的重力鑄造法，其中反重力鑄造法最具有優(yōu)越性。薄壁鑄件的基本概念和特征概念:

薄壁鑄件是個(gè)相對(duì)概念，它并沒有說明鑄件的壁厚究竟為多少才算作薄壁鑄件。特征：①在薄壁鑄件的澆注過程中，由液態(tài)金屬表面張力引起的拉普拉斯力占有重要作用。研究表明，對(duì)鋁合金平板類鑄件來說，當(dāng)鑄件的壁厚大約小于4mm時(shí)，拉普拉斯力將對(duì)充型的流動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生很大影響。對(duì)于大型薄壁鑄件，黏滯力的作用也將變得不可忽視。②薄壁鑄件應(yīng)具有精密鑄件的含義。因?yàn)閷?duì)于壁厚僅僅幾毫米的薄壁鑄件，不可能設(shè)置過大的加工余量或工藝裕量。③傳熱學(xué)因素在充型過程中起重要作用。充型時(shí)流動(dòng)過程和傳熱過程相互影響。鑄件的溫度場(chǎng)以及縮孔、疏松、欠鑄、冷隔、氧化夾雜等鑄造缺陷的形成由流體動(dòng)力學(xué)因素和傳熱學(xué)因素共同確定。薄壁鑄件的反重力成形技術(shù)

反重力鑄造（CounterGravityCasting,簡(jiǎn)稱CGC）技術(shù)是指金屬液充填鑄型的驅(qū)動(dòng)力與重力方向相反，金屬液沿反重力方向流動(dòng)的一類鑄造技術(shù)總稱。生產(chǎn)過程中根據(jù)合金液充填鑄型驅(qū)動(dòng)力的施加形式不同，CGC工藝可分為低壓鑄造、差壓鑄造、調(diào)壓鑄造和真空吸鑄等。

具有充型平穩(wěn)、充型能力好，充型速率可控、溫度場(chǎng)分布合理、壓力下凝固及有利于鑄件凝固補(bǔ)縮等特點(diǎn)，鑄件的力學(xué)性能好，組織致密，鑄造缺陷較少。金屬液收得率高，勞動(dòng)條件好，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，對(duì)合金牌號(hào)適用范圍較寬，對(duì)鑄型材料無特殊要求，所生產(chǎn)的鑄件可熱處理。其中最重要的特點(diǎn)之一就是能鑄造薄壁復(fù)雜鑄件。反重力鑄造特點(diǎn)反重力鑄造可與砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模精鑄、石膏型精密鑄造等技術(shù)結(jié)合,生產(chǎn)出用其他成形方法難以澆注的復(fù)雜、薄壁、整體鋁、鎂合金鑄件,解決了優(yōu)質(zhì)復(fù)雜薄壁鑄件澆注中的重大關(guān)鍵難題。型腔置負(fù)壓，大氣壓作用于坩堝液面，將金屬液沿反重力方向壓入鑄型型腔。型腔及坩堝液面均置正壓，繼續(xù)建立壓差，將金屬液沿反重力方向壓入鑄型型腔并在壓力條件下完成凝固。坩堝液面增壓，將金屬液沿反重力方向壓入鑄型型腔。型腔及坩堝液面先置負(fù)壓，繼續(xù)建立壓差，將金屬液沿反重力方向壓入鑄型型腔，再對(duì)系統(tǒng)增壓，使金屬液在壓力條件下完成凝固。低壓鑄造差壓鑄造真空鑄造調(diào)壓鑄造反重力鑄造8.1低壓鑄造成形概述

低壓鑄造（Low-pressureCasting）是使液態(tài)金屬在壓力作用下充填型腔，并在一定壓力下凝固成形而獲得鑄件的方法，它是介于重力鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。由于所用的壓力較低（0.02～0.06MPa）所以叫做低壓鑄造。三、低壓鑄造8.1低壓鑄造成形概述低壓鑄造加壓方式：坩堝加壓式容器加壓式低壓鑄造工作原理工藝過程如下：在裝有合金液的密封容器（如坩堝）中，通入干燥的壓縮空氣，作用在保持一定澆注溫度的金屬液面上，造成密封容器內(nèi)與鑄型型腔的壓力差，使金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過澆口平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，并適當(dāng)增大壓力并保持坩堝內(nèi)液面上的氣體壓力，使型腔內(nèi)的金屬液在較高壓力作用下結(jié)晶凝固。然后解除液面上的氣體壓力，使升液管中未凝固的金屬液依靠自重流回坩堝中，再開型并取出鑄件，至此，一個(gè)完整的低壓澆鑄工藝完成。

8.1.1工作原理及澆注工藝過程

（2）低壓鑄造工藝過程鑄型準(zhǔn)備開型取件升液增壓、凝固卸壓、冷卻合型充型8.1.2工藝特點(diǎn)澆注及凝固時(shí)的壓力容易調(diào)整、適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種鑄型、各種合金及各種尺寸的鑄件；底注式澆注充型平穩(wěn)，無金屬液的飛濺，不對(duì)鑄型的沖刷，故鑄件中無針孔缺陷；鑄件輪廓清晰，組織致密；金屬利用率高，約90%以上；設(shè)備簡(jiǎn)單，易于機(jī)械化和自動(dòng)化。優(yōu)點(diǎn)(a)增壓釜鑄造(

100)(b)反重力低壓鑄造(

100)渦道鑄件增壓釜和反重力低壓鑄造條件下相同部位的微觀組織升液管的壽命短，有時(shí)還會(huì)污染金屬液；金屬液在保溫過程中易氧化；由于充型速度及凝固過程比較慢，因此低壓鑄造的單件生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，一般在6～10min/件左右，生產(chǎn)效率較低。缺點(diǎn)

幾種鑄造方法鑄件的力學(xué)性能比較力學(xué)性能鑄造方法抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)斷后伸長(zhǎng)率δ(%)布氏硬度HBS備注鑄態(tài)熱處理鑄態(tài)熱處理鑄態(tài)熱處理鋁合金金屬型鑄造140～180170～230

——70～8095～115金屬型低壓鑄造170～210240～320

——75～85100～120銅泵體砂型鑄造300—15—90—砂型低壓鑄造345～374—18.5～48.7—84～100—鋁殼體砂型鑄造—350～360

—13—70～80合金為ZAlMg10砂型低壓鑄造—390～395

—21～24—98金屬型低壓鑄造—440～450

—17～22—120～1258.1.3應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用于鑄造鋁合金鑄件，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、葉輪、導(dǎo)彈艙體鑄件等，也可用于球墨鑄鐵、銅合金等較大的鑄件，如球鐵曲軸、銅合金螺旋槳等。

中低批量生產(chǎn)，質(zhì)量要求高，大中尺寸，薄壁復(fù)雜，各種熔點(diǎn)的金屬鑄件，特別是優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件。美國(guó)目前可生產(chǎn)φ800mm×5000mm、壁厚6～8mm的巡航導(dǎo)彈艙體，合金材料A357。案例介紹沈陽(yáng)鑄造研究所低壓鑄造生產(chǎn)的大型薄壁鋁合金導(dǎo)彈艙體鑄件外型尺寸φ570mm×1350mm，鑄件壁厚2.8±0.7mm。鑄造的最大鋁合金鑄件尺寸為3.8m×2.3m×2.7m,凈重為2.7t。哈爾濱第一機(jī)械制造廠用低壓鑄造法生產(chǎn)變速箱和傳動(dòng)箱箱體大型鋁合金鑄件,鑄件最大尺寸1024mm×346mm×465mm,最大毛重85kg。廈門路達(dá)有限公司（臺(tái)資企業(yè)），產(chǎn)品為高檔水龍頭。國(guó)際市場(chǎng)售價(jià)在幾十到幾百美元不等。該水龍頭基體為黃銅鑄件，采用數(shù)控低壓鑄造，生產(chǎn)過程瑞士遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)故障監(jiān)控。案例介紹汽車輪轂V型汽車鋁缸蓋鋁合金缸蓋英國(guó)黑豹汽車橋梁鑄件某型號(hào)進(jìn)氣道唇口鑄件汽車渦輪增壓器美國(guó)Wellman公司生產(chǎn)的導(dǎo)彈燃料艙和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道8.1.4低壓鑄造與其它鑄造法的比較低壓鑄造適用的合金范圍廣，鋁合金、鎂合金、銅合金、高密度黑色金屬。壓力鑄造一般只適用于鑄造性能較好的合金，如鋁硅合金、鋅合金、鎂合金等。低壓鑄造可適用于不同大小、不同批量的鑄件。就砂型低壓鑄造而言，所能成形的鑄件輪廓尺寸、鑄件重量幾乎不受限制。壓力鑄造一般用于生產(chǎn)批量大的中小鑄件，壓力鑄造是在高速高壓下充型，型腔中的氣體不易排除，易于產(chǎn)生氣孔，所生產(chǎn)的鑄件不能進(jìn)行熱處理，而低壓鑄造則與此相反。低壓鑄造應(yīng)用的金屬模要求較低，制造容易，模具費(fèi)用只相當(dāng)于壓鑄模費(fèi)用的1/4。采用石墨型、殼型、砂型低壓鑄造時(shí)，模具費(fèi)用更低。而且低壓鑄造適用的鑄型種類多、范圍廣。壓力鑄造所用的鑄型(金屬型)，要求高、制造困難、周期長(zhǎng)、成本高。低壓鑄造的設(shè)備比壓力鑄造的設(shè)備簡(jiǎn)單，且容易制造。8.2低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)

金屬型非金屬鑄型8.2低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)

低壓鑄造對(duì)鑄型材料沒有特殊要求，凡可作為鑄型的各種材料，都可以用作低壓鑄造的鑄型材料。

8.2.1鑄型種類

如砂型（黏土砂、水玻璃砂、樹脂砂等）、殼型、金屬型、石墨型、熔模精鑄殼型、陶瓷型、石膏型等都可應(yīng)用。鑄型種類選擇鑄件精度或質(zhì)量要求較高，形狀一般、生產(chǎn)批量較大的有色金屬鑄件，可選用金屬型鑄件內(nèi)腔復(fù)雜，不能用金屬芯時(shí)，可用砂芯，外部用金屬型精度要求不高的大、中型鑄件，在單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，可采用砂型鑄件精度要求較高、成批生產(chǎn)時(shí)可用殼型

精度要求較高的大、中型鑄件適宜用陶瓷型鑄件形狀復(fù)雜、精度要求高的中小件適宜采用熔模型殼對(duì)特殊要求的單件、小批生產(chǎn)的鑄件可采用石膏型、石墨型等鑄型種類選擇8.2.2分型面的選擇

低壓鑄造分型面的選擇除遵循重力鑄造分型面選擇的原則外，還應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：采用金屬型水平分型時(shí)頂出機(jī)構(gòu)位于上型，開型后鑄件應(yīng)留在包緊力較大的上型中，以便于頂出鑄件。分型面的選擇，應(yīng)有利于設(shè)置澆注系統(tǒng)和氣體排出。

鑄件留于包緊力較大的上模中分型面選擇要便于設(shè)置澆道和排氣

8.2.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)低壓鑄造澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足順序凝固的要求，還應(yīng)保證金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，除渣效果好，并能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約金屬液，澆注后便于清除澆冒口。

（1）內(nèi)澆道內(nèi)澆道截面積可按下式計(jì)算：

①內(nèi)澆道截面積試模后根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行修正。形狀：一般為圓形，特殊情況也有異形澆注系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)形式有下列三種：②內(nèi)澆道形狀單升液管單澆口單升液管多澆口多升液管多澆口單升液管多澆口多升液管多澆口單升液管單澆口澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1-內(nèi)澆道；2-橫澆道；3-升液管；4-鑄件箱體鑄件澆注系統(tǒng)示意圖

薄壁筒體鑄件雙升液管澆注系統(tǒng)示意圖

暗冒口潛水泵鋁合金殼體砂型低壓鑄造低壓鑄造一般不設(shè)冒口，若必須設(shè)置，也應(yīng)設(shè)置為暗冒口。

鋁輪轂低壓鑄造冒口（2）橫澆道及升液管截面積

內(nèi)澆道截面積確定之后，按照比例，可選擇橫澆道和升液管出口處截面積。對(duì)于易氧化的金屬應(yīng)采用開放式澆注系統(tǒng)。對(duì)不易氧化的金屬常采用封閉式澆注系統(tǒng)。但對(duì)于使用單個(gè)內(nèi)澆道的鑄件一般采用：

升液管出口的截面積＞橫澆道總截面積＞內(nèi)澆道總截面積縫隙式內(nèi)澆道對(duì)于航天用艙體類大型薄壁鑄件，采用底注式內(nèi)澆口難以滿足鑄件充型和順序凝固的需要，一般都采用縫隙式內(nèi)澆道?？p隙式內(nèi)澆道的位置、方向和個(gè)數(shù)取決于艙體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)符合鑄件的凝固原則和補(bǔ)縮方法。縫隙式內(nèi)澆道首先要考慮開設(shè)在鑄件的熱節(jié)部位，同時(shí)要盡量均勻分布，既保證對(duì)鑄件厚大部位的補(bǔ)縮，同時(shí)避免金屬液直接沖刷型芯。各縫隙式內(nèi)澆道通過橫澆道相連，由升液口通過橫澆道充型。立筒橫澆道直澆道縫隙式澆注系統(tǒng)大型薄壁殼體澆注系統(tǒng)示意圖

1-縫隙式內(nèi)澆道；2-升液管；3-集渣包；4-橫澆道當(dāng)鑄件高度與其壁厚之比值大于50時(shí)，常常采用垂直縫隙式澆注系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)用低壓鑄造方法生產(chǎn)的鋁合金、鎂合金大型薄壁筒形鑄件是很典型的例子。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括直澆道、橫澆道、立筒（亦稱中間直澆道、冒口、集渣筒）、縫隙內(nèi)澆口（亦稱立縫）幾個(gè)組成單元。

澆注系統(tǒng)舉例升液管材質(zhì)

金屬材質(zhì)：不銹鋼、碳鋼、鑄鐵、鈦合金等，目前多用鑄鐵材質(zhì)。

陶瓷材質(zhì)：碳化硅、氮化硅、鈦酸鋁等。復(fù)合材質(zhì)：無縫鋼管+內(nèi)外覆層。升液管需具備的特點(diǎn)1.優(yōu)異的抗熱沖擊性能。2.與金屬熔液不浸潤(rùn)，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。3.高的室溫和高溫強(qiáng)度。4.耐磨腐蝕性優(yōu)良。5.低的熱膨脹系數(shù)。8.2.4升液管設(shè)計(jì)鑄鐵升液管

優(yōu)點(diǎn)：成本低。

缺點(diǎn)：①鐵質(zhì)易污染金屬液，影響產(chǎn)品質(zhì)量。②使用壽命短，易黏結(jié)鋁液，造成升液管堵塞。陶瓷升液管

優(yōu)點(diǎn)：耐腐性強(qiáng)，無滲漏。

缺點(diǎn)：①韌性及抗熱沖擊性能差。②成本高。不同結(jié)構(gòu)的金屬型升液管升液管直徑：與鑄件直澆口面積接近。升液管長(zhǎng)度：底端距離坩堝底部100mm以上。升液管法蘭：在保證剛度的情況下盡可能薄，以減小激冷結(jié)果。直筒形升液管與鑄型的連接a）升液管內(nèi)徑與澆道直徑相等b）升液管內(nèi)徑大于澆道口直徑1-鑄型2-坩堝蓋板3-密封圈4-升液管5-拋物線狀液面升液管與鑄型的連接8.2.5鑄件順序凝固條件的創(chuàng)造（1）澆口設(shè)在鑄件的厚壁部位，而使薄壁部位遠(yuǎn)離澆口。低壓鑄造鑄件凝固過程

低壓鑄造件澆口開設(shè)位置示例

應(yīng)盡量使鑄件厚處接近澆道，薄處遠(yuǎn)離澆道。

低壓鑄造澆口開設(shè)位置重力鑄造

低壓鑄造

（2）用加工余量調(diào)整鑄件壁厚如果鑄件壁厚比較均勻，采用不同加工余量來控制順序凝固（3）改變鑄件的冷卻條件創(chuàng)造鑄件順序凝固的措施(a)采用不同厚度冷鐵

；(b)采用不同金屬型壁厚1-厚冷鐵；2-薄冷鐵；3-厚型；4-薄型；對(duì)壁厚均勻的鑄件，或局部較厚難以補(bǔ)縮的地方，在采用砂型時(shí)可用不同厚度的冷鐵，創(chuàng)造自上而下的凝固方向；當(dāng)采用金屬型時(shí)，可改變金屬型壁的厚度。對(duì)于壁厚差很大的鑄件，可在鑄件厚壁處進(jìn)行局部冷卻,以實(shí)現(xiàn)順序凝固鑄件局部水冷以創(chuàng)造順序凝固的條件（4）對(duì)壁厚差很大的特殊結(jié)構(gòu)鑄件，往往需采用特殊的方法鑄件局部強(qiáng)制冷卻

鑄件局部強(qiáng)制冷卻1-內(nèi)澆道；2-冷卻水；3-冷卻板8.3低壓鑄造工藝8.3低壓鑄造工藝金屬的熔煉及模具的準(zhǔn)備；澆注前的準(zhǔn)備：包括坩堝密封(裝配密封蓋)，升液管中的扒渣，測(cè)量液面高度，密封性試驗(yàn)，配模，緊固模具等；澆注：包括升液、充型、結(jié)晶凝固、排氣等四個(gè)過程；脫模：包括松型脫模和取件。

低壓鑄造工藝流程（1）升液階段（2）充型階段（3）結(jié)殼增壓階段（4）結(jié)殼保壓階段（5）結(jié)晶增壓階段（6）結(jié)晶保壓階段8.3.1加壓工藝參數(shù)選擇升液壓力p1

是指當(dāng)金屬液面上升到澆口，高度為h1時(shí)所需要的壓力。

(1)升液階段8.3.1加壓工藝參數(shù)選擇

金屬液在外加壓力作用下開始從升液管上升至鑄型澆口的階段。合型升液充型升液速度V1

升液速度指熔體在升液管中的上升速度，單位為cm·s-1。升液速度太大，會(huì)造成充型不平穩(wěn)現(xiàn)象。升液速度緩慢些為好，以防止金屬液自澆口流入型腔時(shí)產(chǎn)生噴濺，并使型腔中氣體易于排出型外。一般情況下，對(duì)于鋁合金升液速度一般控制在5～15cm·s-1。(2)充型階段金屬液由澆道（鑄型底部）向上充填鑄型的階段P2P2充型壓力P2

充型壓力是指在充型過程中，金屬液上升到鑄型型腔頂部（高度為h2）時(shí)所需的氣體壓力，單位Pa。P2P2充型壓力的取值與熔化保溫爐內(nèi)熔體的多少及鑄件的高度有關(guān)。爐內(nèi)熔體越少，該值越大；鑄件越高，該值越大。充型壓力取值太小，會(huì)造成欠鑄；取值太大，有可能導(dǎo)致黏砂，甚至破壞鑄型。一般取值略大于實(shí)際值即可。充型速度V2

充型速度是指在充型過程中，金屬液面在型腔中的平均上升速度，單位為cm·s-1，取決于通入坩堝內(nèi)氣體壓力增加的速度。充型速度的取值對(duì)鑄件質(zhì)量至關(guān)重要。取值太大，會(huì)造成充型不平穩(wěn)，引起熔體飛濺或憋氣；取值太小，會(huì)造成冷隔或欠鑄。具體大小與鑄件高度、壁厚、復(fù)雜程度有關(guān)，應(yīng)針對(duì)具體鑄件，進(jìn)行摸索。采用濕砂型澆注厚壁件時(shí)，充型速度可低些，一般保持金屬液在升液管中的上升速度即可。用濕砂型澆注薄壁件時(shí)，為了防止鑄件產(chǎn)生冷隔或澆不足，常需適當(dāng)提高充型速度。金屬型低壓澆注厚壁鑄件時(shí)，由于鑄件壁厚，型腔容易充滿，同時(shí)為了讓型腔中的氣體有充裕時(shí)間逸出，充型速度可低些。采用金屬型和金屬芯澆注薄壁鑄件時(shí)，由于金屬型冷卻速度大并能承受較高的壓力，在不產(chǎn)生氣孔的前提下，充型速度應(yīng)盡可能快些。(3)結(jié)殼階段結(jié)殼增壓壓力（Pa）結(jié)殼增壓壓力指為了使鑄件在一定的壓力下結(jié)殼而提供的壓力增量，也就是在熔體充滿型腔的基礎(chǔ)上，再增加一定的壓力(結(jié)殼增壓壓力)，目的是保證熔體在壓力下結(jié)殼的同時(shí)，不致于產(chǎn)生黏砂。該參數(shù)取值太大，會(huì)出現(xiàn)黏砂現(xiàn)象，甚至?xí)硅T型發(fā)生變形。金屬液充滿鑄型后在一定壓力下鑄件表層先形成一層硬殼的階段（對(duì)厚壁砂型鑄件）。結(jié)殼時(shí)間（s）結(jié)殼時(shí)間指從充滿鑄型到鑄件表面凝固結(jié)殼所需要的時(shí)間，單位為S。

結(jié)殼時(shí)間取值太大，結(jié)殼太厚，甚至使鑄件處于糊狀凝固階段，影響凝固補(bǔ)縮，最終導(dǎo)致出現(xiàn)縮松、微縮松。一般情況下，控制在2到5秒之間。

金屬液充滿型腔后，立即進(jìn)行增壓，使型腔中的金屬液在一定的壓力下作用下結(jié)晶凝固。(4)結(jié)晶階段金屬液在壓力作用下完成由液態(tài)到固態(tài)轉(zhuǎn)變的階段。結(jié)晶增壓壓力P3

指為了使鑄件在較大的壓力下結(jié)晶而提供的較大的增壓值，單位為Pa?；?/p>

結(jié)晶壓力越大，則補(bǔ)縮效果越好，有利于獲得組織致密的鑄件。增壓壓力可根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型種類、加壓工藝來選定。例如采用濕砂型時(shí)，結(jié)晶壓力就不能太大，一般在0.04～0.07MPa。壓力太大不僅影響鑄件的表面粗糙度和尺寸精度，還會(huì)造成黏砂、脹箱甚至跑火等缺陷。

薄壁干砂型或金屬型干砂芯，增壓壓力可高些，取0.05～0.08MPa，金屬（芯）增壓壓力一般為0.05～0.1MPa，對(duì)于有特殊要求的鑄件可增至0.2～0.3MPa。為使壓力能夠起到應(yīng)有補(bǔ)縮作用，應(yīng)根據(jù)鑄件的壁厚及鑄型種類確定增壓速度。

用砂型澆注厚壁鑄件，鑄件凝固緩慢，若增壓速度很大，就可能將剛凝固的表面層壓破。

用金屬型澆注薄壁鑄件，鑄件凝固速度很快，若增壓速度很小，增壓就無意義。結(jié)晶增壓速度V3結(jié)晶增壓速度指提供結(jié)晶增壓壓力所使用的速度。

保壓時(shí)間（又稱結(jié)晶時(shí)間）指鑄件完成結(jié)殼凝固后，最終完全凝固所需要的時(shí)間，單位為S。低壓鑄造加壓工藝示意圖

保壓時(shí)間不足，鑄件不能完全凝固，過早的卸壓，會(huì)導(dǎo)致鑄件組織不致密，達(dá)不到補(bǔ)縮目的；取值太大，會(huì)使升液管凍結(jié)，影響工作效率。當(dāng)澆注厚大鑄件時(shí)，若保壓時(shí)間不足，鑄件未完全凝固就卸壓，型腔中的金屬液會(huì)回流至坩堝中，導(dǎo)致鑄件“放空”而報(bào)廢。若保壓時(shí)間過長(zhǎng)，則增加澆道殘留長(zhǎng)度，不僅降低工藝出品率，而且由于澆道凍結(jié)，使鑄件出型困難，并增加升液管與澆道接口處的清理工作量，影響生產(chǎn)效率。

生產(chǎn)中常以鑄件澆道殘留長(zhǎng)度來確定保壓時(shí)間，一般澆道殘留長(zhǎng)度以20～50mm為宜。

8.3.2澆注溫度及鑄型溫度（1）澆注溫度低壓鑄造澆注溫度可比一般的鑄造方法低10～20℃。（2）鑄型溫度

非金屬鑄型，鑄型溫度一般為室溫或預(yù)熱至150～200℃。

金屬型鑄造鋁合金鑄件時(shí)，金屬型工作溫度一般為200～250℃，薄壁復(fù)雜件，應(yīng)預(yù)熱至300～350℃。8.3.3涂料保護(hù)升液管，提高升液管壽命使用鑄鐵坩堝時(shí)，防止鋁合金液中鐵含量增加涂料的作用8.4Cosworth工藝（電磁泵低壓鑄造）工藝原理該工藝采用鋯砂與SO2固化呋喃樹脂成型，采用可編程控制的電磁泵來實(shí)現(xiàn)可控壓力下控制鋁液充填鑄型的速度，使鋁液自下而上平穩(wěn)地充填鑄型。CP法基本原理示意圖

8.4Cosworth工藝(電磁泵低壓鑄造)工藝特點(diǎn)1.該工藝采用低壓鑄造的原理，通過電磁泵精密地控制金屬液充型速度，極大地避免了澆注時(shí)紊流的產(chǎn)生，使得卷氣、氧化夾雜等缺陷降到最低。2.采用鋯砂呋喃樹脂冷芯盒法造型制芯，鋯砂的熱膨脹系數(shù)小，鑄件的尺寸穩(wěn)定且精度高。3.鋯砂的熱容量大，產(chǎn)生的冷卻速度類似于金屬型，對(duì)鋁合金的晶粒細(xì)化十分有利，可提高合金的力學(xué)性能。4.與金屬型相比，其成本降低10%～20%，鑄件性能有很大提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高明顯，適用于復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的生產(chǎn)。工藝應(yīng)用

1988年美國(guó)福特汽車公司從英國(guó)引進(jìn)這一技術(shù)，隨后在此基礎(chǔ)上發(fā)明了翻轉(zhuǎn)充型法。鑄型翻轉(zhuǎn)工藝主要原理是將原來的底注式澆注變?yōu)橄聜?cè)注式澆注。金屬液通過電磁泵從下側(cè)澆口澆注到鑄型中，直至鑄型充滿。鑄型翻轉(zhuǎn)，此時(shí)下側(cè)澆口轉(zhuǎn)到了上面，電磁泵的充型壓力降低，使泵的澆口脫離鑄型。鑄型內(nèi)的金屬液在自重的作用下結(jié)晶凝固，不至于使金屬液從下側(cè)澆口流出而報(bào)廢，不僅提高了生產(chǎn)率，而且優(yōu)化了冶金組織，使之更適用于大批量生產(chǎn)。美國(guó)福特公司Cosworth法生產(chǎn)線采用鑄型翻轉(zhuǎn)工藝使生產(chǎn)率達(dá)到100型/h，每年生產(chǎn)110萬型。8.5低壓鑄造設(shè)備

低壓鑄造機(jī)低壓鑄造設(shè)備的分類按照加壓介質(zhì)分類：普通低壓鑄造設(shè)備電磁低壓鑄造設(shè)備按照所使用鑄型分類：金屬型低壓鑄造設(shè)備砂型低壓鑄造設(shè)備按照承壓方式分類：坩堝加壓型低壓鑄造設(shè)備罐體加壓型低壓鑄造設(shè)備8.5低壓鑄造設(shè)備保溫爐及密封坩堝系統(tǒng)機(jī)架及鑄型開合機(jī)構(gòu)液面加壓控制系統(tǒng)低壓鑄造設(shè)備

低壓鑄造設(shè)備總體示意圖1-保溫爐；2-坩堝；3-升液管；4-水平開型缸；5-鑄型；6-垂直開型缸；7-開合型腔控制臺(tái)；

8-液面加壓控制系統(tǒng)機(jī)架及鑄型開合機(jī)構(gòu)液面加壓系統(tǒng)保溫爐及坩堝爐型很多，如焦碳爐、煤氣爐、電阻爐、感應(yīng)爐等。電阻保溫爐在低壓鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。其次是電熱反射爐。

電阻保溫爐適用于鋁、鎂合金。

工頻和中頻感應(yīng)爐耗電省、熔化率高，適用于鋁、鎂、銅合金及鑄鐵和鑄鋼熔煉、保溫，越來越受到重視。

保溫爐8.5.1保溫爐及附屬裝置

1-爐體2-排鋁口3-爐殼4-電阻絲5-坩堝6-升液管7-密封蓋保溫爐及密封坩堝系統(tǒng)

坩堝及密封蓋8.5.2鑄型開合機(jī)構(gòu)

手動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)液壓傳動(dòng)8.5.3液面加壓系統(tǒng)作用：正確控制對(duì)鑄型的充型和增壓設(shè)計(jì)：根據(jù)不同鑄件，不同鑄型的要求，加壓系統(tǒng)應(yīng)可以任意調(diào)節(jié)，

工作要穩(wěn)定可靠

結(jié)構(gòu)要使維修方便氣源：空氣壓縮機(jī)計(jì)算機(jī)控制機(jī)架吊裝式機(jī)架移動(dòng)式機(jī)架旋轉(zhuǎn)式爐體移動(dòng)式爐體側(cè)置式8.5.4低壓鑄造機(jī)的結(jié)構(gòu)類型1-主液壓缸2-吊環(huán)3-橫梁4、17-動(dòng)型板5、16-活塞桿

6-定柱7-立柱8-側(cè)液壓缸9-支架10-底板11-支撐桿12-保溫爐13-導(dǎo)桿14-密封蓋15-升液管三開型吊裝式低壓鑄造機(jī)1-主油缸；2-立柱；3-側(cè)油缸；4-底板；5-移動(dòng)油缸；

6-彈簧；7-頂起油缸；8-保溫爐；9-坩堝；10-密封蓋液壓移動(dòng)式低壓鑄造機(jī)1-搖臂回轉(zhuǎn)油缸；2-立柱；3-主梁翻轉(zhuǎn)油缸；4-主梁翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-主梁；6-柱塞；7-橫擔(dān)；8-開合型油缸；9-拉桿；10-頂柱；11-支撐腿；12-動(dòng)型板；13-壓軌；14-滾輪；15-弧形軌；16-保溫爐；17-搖臂回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式三工位低壓鑄造機(jī)1-氣水分離器；2-穩(wěn)壓罐；3-控制臺(tái)；4-信號(hào)裝置；

5-氣缸套鑄型；6-升液管；7-鐵水包；8-壓力罐爐體側(cè)置氣缸套低壓鑄造機(jī)

1-銅水包；2-壓力罐；3-升液管；4-彎管；5-石墨套管；

6-托板；7-砂型；8-壓板；9-緊固螺栓；10-泥芯；12-箱蓋；13-底座砂箱；14-內(nèi)澆口泥芯；15-橫澆口泥芯大中型螺旋漿低壓鑄造機(jī)

特點(diǎn)：一臺(tái)爐上只能放一副鑄型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件需要向下抽芯時(shí)，無法設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)。低壓鑄造機(jī)按鑄型和保溫爐的連接方式分為：頂置式低壓鑄造機(jī)側(cè)置式低壓鑄造機(jī)1-電阻加熱保溫爐；2-機(jī)架；3-供氣系統(tǒng)頂置式低壓鑄造機(jī)

1-電熱反射式保溫爐；2-機(jī)架；3-供氣系統(tǒng)

特點(diǎn)：它將鑄型置于保溫爐的側(cè)面，鑄型和保溫爐由升液管連接。一臺(tái)保溫爐同時(shí)可為兩副以上的鑄型提供金屬液，生產(chǎn)效率提高。此外，裝料、撇渣和處理金屬液都較方便；鑄型的受熱條件也得到了改善。但側(cè)置式低壓鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了其應(yīng)用。側(cè)置式低壓鑄造機(jī)金屬型低壓鑄造生產(chǎn)線主要用于金屬型鑄造，由于需要實(shí)現(xiàn)開合模動(dòng)作，所以，主要結(jié)構(gòu)為四立柱形式。但保溫爐形式有所區(qū)別。有金屬坩堝、石墨坩堝、碳化硅坩堝和耐火材料打結(jié)坩堝。日本五十鈴制作所生產(chǎn)的“上?；瑒?dòng)式低壓鑄造機(jī)”德國(guó)琦瑪(GIMA)低壓鑄造機(jī)（使用數(shù)字組合閥）低壓鑄造機(jī)J452C低壓鑄造機(jī)

J452G低壓鑄造機(jī)鋁合金熔煉爐低壓鑄造機(jī)英國(guó)AWPlume

公司為客戶設(shè)計(jì)制造了歐洲最大的大型鋁合金鑄件低壓鑄造機(jī),其鋁液爐容量達(dá)1100kg,充型壓0.12MPa。首臺(tái)在歐洲用于生產(chǎn)φ800mm電機(jī)定子,第2臺(tái)售于遠(yuǎn)東,可采用砂型或金屬型,已用來生產(chǎn)重達(dá)600kg的內(nèi)燃機(jī)機(jī)體。沈陽(yáng)鑄造研究所聯(lián)合開發(fā)了容量分別為1800kg和600kg的大型鋁合金用低壓鑄造機(jī)。設(shè)備采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的液面加壓計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),可以根據(jù)具體鑄件預(yù)設(shè)工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程控制,實(shí)時(shí)跟蹤升液、充型過程,對(duì)鑄件在低壓鑄造條件下的充型和凝固進(jìn)行模擬,優(yōu)化工藝參數(shù),針對(duì)可能出現(xiàn)的缺陷,研制解決方案。8.6其他反重力鑄造成形工藝8.6其他反重力鑄造成形工藝

差壓鑄造(DifferentialPressureCasting)又稱反壓鑄造，是在低壓鑄造的基礎(chǔ)上，鑄型外罩個(gè)密封罩，同時(shí)向坩堝和罩內(nèi)通入壓縮空氣，但坩堝內(nèi)的壓力略高，使坩堝內(nèi)的金屬液在壓力差的作用下經(jīng)升液管充填鑄型，并在壓力下結(jié)晶。它是低壓鑄造和壓力下結(jié)晶兩種工藝的結(jié)合。8.6.1差壓鑄造（1）概述

差壓鑄造工藝方法的核心是差壓充型，壓力下凝固。形成金屬液充型時(shí)的壓力差△P有兩種方式：

增壓法：即增加下壓力筒壓力，使P2＞P1；形成△P進(jìn)行充型；

減壓法：即減少上壓力筒壓力，使P1＜P2而形成△P。

①差壓鑄造的基本原理按工作時(shí)壓力筒內(nèi)充氣壓力的大小

②差壓鑄造的分類低壓差壓鑄造中壓差壓鑄造高壓差壓鑄造按壓差產(chǎn)生的方式增壓法差壓鑄造減壓法差壓鑄造（0.5～0.6MPa）（5～10MPa）（＞10MPa）減壓法

減壓充型可避免上筒內(nèi)鑄型由于金屬液充填升溫，產(chǎn)生蒸汽和氣體膨脹而影響尺寸變化。減壓法充型時(shí)可按澆注工藝控制放氣速度。減壓法金屬液上升平穩(wěn)。

增壓法：

升液管中金屬液靠自重回流。因而差壓鑄造具有比低壓鑄造更理想的結(jié)晶、凝固條件。差壓鑄造工作原理1-上壓力筒；2-鑄型；3-升液管；4-下壓力筒；5-坩堝③差壓鑄造特點(diǎn)1）可獲得最佳的充型速度；2）可避免外來夾雜物進(jìn)入型內(nèi)；3）可獲得輪廓清晰、尺寸精確的鑄件；4)可提高鑄件力學(xué)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)能用氣體作為合金元素，高壓下能提高氣體溶解度，故可往一些合金（如鋼）中溶入N2，提高合金強(qiáng)度和耐磨性能。鑄造方法

力學(xué)性能

ZL101

ZL102壁厚5mm壁厚20mm壁厚5mm壁厚20mm差壓鑄造抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）

171

190

190

184斷后伸長(zhǎng)率δ（%）

8.0

7.2

6.5

6.5低壓鑄造抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）

171

132

168

143斷后伸長(zhǎng)率δ（%）

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④應(yīng)用范圍

★差壓鑄造目前主要用于航空、航天、船舶，兵器工業(yè)領(lǐng)域，生產(chǎn)一些大型復(fù)雜薄壁筒體件或復(fù)雜薄壁箱體類和框架類鑄件?？设T造的合金有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金以及鑄鋼。應(yīng)用實(shí)例

差壓鑄造鑄件重量可從小于1kg至100kg以上。目前國(guó)內(nèi)最大鑄造φ540mm、高度890mm、壁厚8～10mm的大型復(fù)雜薄壁整體艙鑄件。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。據(jù)報(bào)道保加利亞生產(chǎn)出0.5t的含氮合金鋼鑄件。AlSi5Cu合金飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭質(zhì)量18kg，鰭片1.6mm，尺寸225×255mmAlSi11合金液力透平機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量5kg，尺寸φ360×60mm

差壓鑄造鑄件差壓鑄造鑄件①充氣階段②壓力平衡階段③升液階段④充型階段⑤保壓階段⑥互通排氣階段（2）差壓鑄造工藝（2）差壓鑄造工藝

①差壓鑄造澆注工藝過程差壓鑄造澆注工藝過程Ⅰ-同步進(jìn)氣；Ⅱ-升液；Ⅲ-充型；Ⅳ-保壓；Ⅴ-上下壓力室互通；Ⅵ-卸壓差壓鑄造澆注工藝一般包括同步進(jìn)氣、升液、充型、保壓結(jié)晶、卸壓、冷卻延時(shí)各工藝過程。

同步進(jìn)氣（充氣）階段，即在液面加壓控制系統(tǒng)作用下，對(duì)坩堝所在的下壓力室和鑄型所在的上壓力室同時(shí)通入壓縮空氣，在此過程中要求兩壓力室的壓力差盡量小，不能超過某一要求范圍，直至達(dá)到設(shè)定壓力。同步進(jìn)氣階段完成后，隔離兩壓力室，通過減少鑄型壓力室的壓力（減壓法），在上、下兩個(gè)壓力室之間形成一定的壓力差，并作用在金屬液面上，完成升液、充型及保壓凝固過程，其充型過程和低壓鑄造的充型過程相同。同步建正壓上壓力筒減壓保壓結(jié)束后，上、下壓力室互通，卸壓，完成一個(gè)澆注過程。差壓鑄造過程所需控制的參數(shù)除了低壓鑄造提及的澆注工藝參數(shù)外，還應(yīng)對(duì)同步進(jìn)氣階段的參數(shù)如同步進(jìn)氣速度，同步進(jìn)氣時(shí)間及最終壓力進(jìn)行控制。式中，—金屬液充滿鑄型所需壓力差（pa）；

—充型結(jié)束時(shí)，坩堝液面至鑄件頂端的距離（m）；

—金屬液的液密度（kg·m-3）；

—重力加速度（m·s-2）；

—充型阻力系數(shù)，K=1.2～1.5，阻力小取下限，阻力大取上限。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇充型壓力差Δp的大小可按下式計(jì)算。

充型壓力差Δp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。但結(jié)晶壓過大會(huì)給設(shè)備制造帶來困難。壓力過小，會(huì)降低差壓鑄造的擠濾作用及塑性變形作用，不利于補(bǔ)縮和抑制金屬液中氣體的析出，鑄件易產(chǎn)生疏松和顯微氣孔。結(jié)晶壓力的大小和鑄件結(jié)構(gòu)、合金結(jié)晶特性等因素有關(guān)，一般在0.3～1.0Mpa之間。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇升液速度升液速度較慢，應(yīng)保持金屬液平穩(wěn)、緩慢升液，避免噴濺、翻滾。充型速度充型速度決定了鑄件質(zhì)量，一般充型速度應(yīng)比升液速度略快，但不宜過快，這樣有利于補(bǔ)縮，使液流平穩(wěn)，減少二次夾雜的產(chǎn)生。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇

充型速度與鑄件復(fù)雜程度、壁厚、大小和合金種類有關(guān)，還與所用鑄型種類有關(guān)。充型速度常通過試驗(yàn)決定。用金屬型生產(chǎn)復(fù)雜鋁鑄件，充型速度可快一些；

砂型澆注厚大鋁鑄件時(shí)，充型速度則需慢些；澆注鎂合金鑄件則比鋁合金鑄件充型速度要小些。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇保壓時(shí)間保壓時(shí)間應(yīng)大體上與鑄件凝固時(shí)間相同。因此，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)。澆注溫度差壓鑄造澆注溫度比一般重力鑄造可低些。如澆鋁合金鑄件時(shí)，澆注溫度可低

30～60℃。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇（3）差壓鑄造設(shè)備主機(jī)部分壓力控制部分供氣部分差壓鑄造設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)：1．充型壓差可控，充型流動(dòng)平穩(wěn)，減少了金屬液的飛濺和對(duì)鑄型的沖刷；2．凝固壓力增大，可抑制氫的析出，避免鋁合金件的針孔缺陷；3．凝固壓力增大，可強(qiáng)化金屬液補(bǔ)縮，避免鋁合金件的疏松缺陷。主要缺點(diǎn)：1．設(shè)備較為復(fù)雜，制造、運(yùn)行、維護(hù)成本較高；2．型腔內(nèi)氣體反壓高，可阻礙充型并迅速降低合金液流動(dòng)性。差壓鑄造設(shè)備特點(diǎn)主機(jī)

主機(jī)包括上、下壓力罐、中隔板、鎖緊機(jī)構(gòu)、電阻爐、坩堝、升液管及控制系統(tǒng)等。為使設(shè)備保持密封，中隔板的上下兩面應(yīng)墊耐高溫的石棉板、石棉繩、石墨盤根或硅橡膠圈。差壓鑄造主機(jī)簡(jiǎn)圖

氣壓控制有兩種：手動(dòng)液面加壓控制系統(tǒng)和微機(jī)控制液面加壓系統(tǒng)。氣壓控制供氣部分

供氣部分由氣水分離器、儲(chǔ)氣罐、空氣干燥器、空氣電熱器和氣源組成。差壓鑄造設(shè)備金屬型差壓鑄造生產(chǎn)線8.6.2真空吸鑄型腔置負(fù)壓，大氣壓作用于坩堝液面，將金屬液沿反重力方向壓入鑄型型腔。（1）結(jié)晶器真空吸鑄真空吸鑄真空吸鑄是使型腔內(nèi)造成負(fù)壓使金屬液充型凝固的鑄造方法①真空吸鑄工藝原理結(jié)晶器真空吸鑄131裝結(jié)晶器型腔上涂料結(jié)晶器下口浸入金屬液型腔接通真空，金屬液充型金屬液在結(jié)晶器內(nèi)凝固卸除型腔真空自金屬液中提起結(jié)晶器脫出鑄件②真空吸鑄工藝流程③真空吸鑄特點(diǎn)1．型腔壓力小，可在一定程度上避免合金液與氣氛之間的反應(yīng)，抑制氧化膜的產(chǎn)生；2．型腔壓力小，減小了金屬液在充型時(shí)的吸氣傾向；3．鑄件不需設(shè)置澆口、冒口，減少了金屬的消耗。4．型腔壓力小，增大了金屬液在凝固時(shí)的析氣傾向；5．型腔壓力小，凝固補(bǔ)縮效率降低，不利于得到致密零件；6．有效壓差較低，鑄件尺寸受限。133通常僅用于小型鑄件的生產(chǎn)，適用于鋁、銅、鈦等有色合金。④應(yīng)用（2）熔模真空吸鑄

①CLA法工藝原理

將型殼置于密封室內(nèi)，密封室下降，直澆道插入金屬液中，通過抽真空使型殼內(nèi)形成一定的負(fù)壓。在壓力差的作用下，金屬液被吸入型腔。待鑄件內(nèi)澆道凝固后，去除真空，直澆道內(nèi)未凝固的金屬液流回熔池中。工藝參數(shù)

CLA法主要工藝參數(shù)有

真空度

型殼強(qiáng)度和透氣性澆注系統(tǒng)

其中真空度是吸鑄過程順利進(jìn)行的關(guān)鍵，一般控制在-0.06～-0.03MPa，太大會(huì)引起型殼吸爆，太小則充型不好。

工藝特點(diǎn)減少?gòu)U品、提高了鑄件質(zhì)量良好的充型性能顯著提高了金屬液利用率和工藝出品率克服了低壓和差壓鑄造的弊端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)性能的改善應(yīng)用范圍

CLA法現(xiàn)已應(yīng)用于國(guó)防、汽車、電子等精密零件的制造中，適用于普通碳素鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁合金等多種合金。如：鋁合金潛望鏡殼體，最薄處0.75mm鎳基高溫合金測(cè)溫管鑄件鈦合金汽輪機(jī)葉片熔模真空吸鑄還用于制造藝術(shù)品鑄件②CLV法工藝原理

熔煉室和吸鑄室由一個(gè)閥門隔開，當(dāng)金屬在真空下熔化后，將氬氣充入真空熔煉室和吸鑄室，并使它們保持相同氣壓。打開閥門，升高熔煉爐，使型殼澆道插入金屬液中。然后減低吸鑄室的氬氣壓力，進(jìn)行吸鑄。保持一定時(shí)間后，卸壓使直澆道中金屬液流回坩堝中。熔煉爐降至原位，關(guān)閉閥門，一次吸鑄過程完成。

CLV法工藝過程示意圖

工藝特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)

CLV法吸鑄整個(gè)過程金屬液都處在真空或惰性氣體保護(hù)中，用于生產(chǎn)高溫合金及易氧化合金鑄件。

CLV法工藝過程較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備控制要求較高。應(yīng)用目前，CLV法在渦輪生產(chǎn)中應(yīng)用較多。真空吸鑄設(shè)備工作原理

首先使型腔和金屬液處于真空狀態(tài)，并且對(duì)金屬液保溫并保持負(fù)壓；充型時(shí)，對(duì)型腔下部的液態(tài)金屬液面施加壓力，但型腔仍保持真空，將坩堝中的金屬液沿升液管壓入處于真空的型腔內(nèi)；充型結(jié)束后迅速對(duì)兩壓室加壓，始終保持下部金屬液和型腔之間的壓力差恒定，以避免鑄型中未凝固的金屬液回流到坩堝中導(dǎo)致鑄件缺陷；保持正壓一段時(shí)間，使金屬液在壓力下凝固成形，待型腔內(nèi)的金屬液完全凝固后，即可卸除壓力，升液管內(nèi)未凝固的金屬液回流到坩堝中。8.6.3調(diào)壓鑄造

調(diào)壓鑄造與差壓鑄造最大的區(qū)別在于不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正壓的控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)壓的控制。裝置包括兩個(gè)相互隔離的內(nèi)部氣體壓力獨(dú)立可控的壓室，以及實(shí)現(xiàn)氣體壓力調(diào)控的控制設(shè)備。

調(diào)壓鑄造設(shè)備調(diào)壓鑄造工作原理圖147型腔和金屬液處于真空狀態(tài)對(duì)液態(tài)金屬液面施加壓力，但型腔仍保持真空調(diào)壓鑄造澆注工藝過程Ⅰ-同步抽真空；Ⅱ-升液；Ⅲ-充型；Ⅳ-增壓；Ⅴ-上下壓力室同步增壓；Ⅵ-保壓；Ⅶ-上下壓力室互通；Ⅷ-卸壓真空除氣

負(fù)壓充型

正壓凝固

與其他類型的反重力鑄造相比較，調(diào)壓鑄造技術(shù)有三個(gè)重要特征。調(diào)壓鑄造卻具有真空除氣、負(fù)壓充型與正壓凝固３個(gè)重要特征，因此對(duì)鑄件性能有明顯的改善作用，尤其適合大型復(fù)雜薄壁鑄件的高品質(zhì)精密鑄造。特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：1．充型壓差可控，充型流動(dòng)平穩(wěn)，減少了金屬液的飛濺和對(duì)鑄型的沖刷；2．充型前可對(duì)金屬液進(jìn)行真空除氣處理，同時(shí)避免合金氧化；3．充型前型腔內(nèi)充分排氣，降低充型阻力，強(qiáng)化充型能力；4．凝固壓力增大，可抑制氫的析出，避免鋁合金件的針孔缺陷；5．凝固壓力增大，可強(qiáng)化金屬液補(bǔ)縮，避免鋁合金件的疏松缺陷。主要缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，制造、運(yùn)行、維護(hù)成本較高，生產(chǎn)效率偏低。

調(diào)壓鑄造技術(shù)主要用于生產(chǎn)一些質(zhì)量要求高的復(fù)雜薄壁鋁合金和鎂合金鑄件，如高氣密性的艙體、高強(qiáng)度機(jī)匣等零件。

應(yīng)用

調(diào)壓鑄造生產(chǎn)的航空1類鑄件需實(shí)現(xiàn)的功能：型腔及坩堝液面先置負(fù)壓，繼而建立壓差，將金屬液沿反重力方向壓入鑄型型腔，再對(duì)系統(tǒng)增壓，使金屬液在壓力條件下完成凝固，最后卸除壓力取出鑄件。結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：坩堝可封閉且可進(jìn)行從負(fù)壓到正壓的壓力控制；鑄型可封閉且可進(jìn)行從負(fù)壓到正壓的壓力控制；以管道聯(lián)通金屬液與澆注系統(tǒng)；可控制壓力變化速度及時(shí)間。調(diào)壓鑄造設(shè)備特點(diǎn)調(diào)壓鑄造設(shè)備155反重力鑄造鑄型及金屬液