低、差压铸造简化课件.ppt

1、第五章第五章 液态金属成形新技术液态金属成形新技术一、低压铸造原理及工艺过程一、低压铸造原理及工艺过程铸型铸型型腔型腔工作台工作台升液管升液管熔化炉熔化炉/保温炉保温炉金属液金属液压力罐压力罐压缩空气压缩空气1.升液阶段升液阶段升液压力和升液速度升液压力和升液速度tP 升液升液t1P1H1（1）升液压力）升液压力P1HP1110P1随之增大随之增大H1随着坩埚内金属随着坩埚内金属液面的下降而增加液面的下降而增加不在浇口处产生喷溅不在浇口处产生喷溅升液速度一般以控制在升液速度一般以控制在150 mms左右为宜左右为宜（2）升液速度）升液速度反映施加在金属液面上气体压力上升的快慢反映施加在金属液面

2、上气体压力上升的快慢决定金属液在升液管中上升的速度决定金属液在升液管中上升的速度合适的升液速度合适的升液速度金属液上升时顺利排出气体金属液上升时顺利排出气体2.充型阶段充型阶段充型速度充型速度tP 升液升液t1t2P1P2 充型充型H1H2充型速度：充型速度：充型速度充型速度金属液流动状态金属液流动状态金属液温度分布金属液温度分布直接影响直接影响铸件质量铸件质量充型速度慢充型速度慢充填平稳充填平稳有利于排气有利于排气铸件温差大铸件温差大砂型砂型厚壁铸件厚壁铸件合适的充型速度一般通过试验确定合适的充型速度一般通过试验确定充型速度太慢充型速度太慢金属液温度下降，粘度增大金属液温度下降，粘度增大复杂

3、薄壁件金属型铸造，易复杂薄壁件金属型铸造，易产生冷隔、浇不足等缺陷产生冷隔、浇不足等缺陷充型速度太快充型速度太快充填过程液流不平稳充填过程液流不平稳气体来不及排出形成背气体来不及排出形成背压压阻碍液体金属充填阻碍液体金属充填3.增压阶段增压阶段增压压力和增压速度增压压力和增压速度tP 升液升液t1t2P1P2P3t3 充型充型 增压增压凝固压力一般高于充型压力，因此，有一个增压过程凝固压力一般高于充型压力，因此，有一个增压过程223kPPPPk k为增压系数，一般为为增压系数，一般为1.32.0充型结束后充型结束后迅速使坩埚内气体压力增加到铸件迅速使坩埚内气体压力增加到铸件凝固时的保压压力凝固

4、时的保压压力(即凝固压力即凝固压力P3)金属液为凝固区域及时进行补缩，金属液为凝固区域及时进行补缩，防止产生缩孔和缩松防止产生缩孔和缩松（1）增压压力）增压压力补缩压力愈高，铸件组织愈致密补缩压力愈高，铸件组织愈致密不同材料的铸型不同材料的铸型确定合适的凝固压力确定合适的凝固压力不同结构的铸件不同结构的铸件砂型芯浇注砂型芯浇注厚大铝件厚大铝件过高的凝固压力过高的凝固压力产生胀箱产生胀箱表面粗糙度值高表面粗糙度值高铸件粘砂铸件粘砂铸件尺寸精度差铸件尺寸精度差凝固压力可达凝固压力可达150一一250 kPa但最大不超过但最大不超过300 kPa砂型浇注砂型浇注凝固压力控制在凝固压力控制在30一一5

5、0kPa金属型浇注金属型浇注凝固压力控制在凝固压力控制在50一一70kPa特殊铸件特殊铸件（2）增压速度）增压速度应取较低值应取较低值铸型种类铸型种类铸件结构铸件结构金属型金属型一般约取一般约取10kPa/s干型厚壁件干型厚壁件取取5kPa/s左右左右湿砂型湿砂型4.保压阶段保压阶段保压时间保压时间tP 升液升液t1t2P1P2P3t3t4 充型充型 增压增压 保压保压金属液面上压力升至凝固压力金属液面上压力升至凝固压力后开始，至铸件完全凝固时间后开始，至铸件完全凝固时间保压时间保压时间时间过长时间过长浇口残留部分多浇口残留部分多金属利用率低金属利用率低铸件取出困难铸件取出困难升液管清理工升液

6、管清理工作量大作量大时间过短时间过短铸件中尚未凝固金属液在重力作用铸件中尚未凝固金属液在重力作用下沉回坩埚，使铸件下沉回坩埚，使铸件“放空放空”而报而报废废精确控制精确控制获得优质铸件的重要工艺因素获得优质铸件的重要工艺因素铸件内浇口处无缩孔铸件内浇口处无缩孔或浇口残长或浇口残长40 mm左右左右铸型种类铸型种类铸型温度铸型温度铸件结构铸件结构浇注温度浇注温度所需保压时间为宜所需保压时间为宜二、低压铸造特点二、低压铸造特点基本特点基本特点较强的补缩能力，无需复杂的浇注较强的补缩能力，无需复杂的浇注系统和大量的冒口系统和大量的冒口金属液流动较平稳，充型能力较强金属液流动较平稳，充型能力较强浇注过

7、程的控制比较精确，自动化浇注过程的控制比较精确，自动化程度比较高程度比较高铸件在压力下凝固，补缩效果好，致密度高，铸件在压力下凝固，补缩效果好，致密度高，力学性能好，可用于生产耐压、防渗漏的铸件力学性能好，可用于生产耐压、防渗漏的铸件金属液在压力下充填，流动性好，充填能力强，金属液在压力下充填，流动性好，充填能力强，有利于获得轮廓清晰的铸件有利于获得轮廓清晰的铸件1.可用于铸造形状复杂的薄壁铸件可用于铸造形状复杂的薄壁铸件2.铸件力学性能高铸件力学性能高抗拉强度和硬度，一般比重力铸造提高抗拉强度和硬度，一般比重力铸造提高10左右左右3.防止铸件产生气孔和非金属夹杂物防止铸件产生气孔和非金属夹杂

8、物避免金属液对铸型芯的冲刷避免金属液对铸型芯的冲刷及卷入气体和氧化夹杂物及卷入气体和氧化夹杂物金属液充型平稳金属液充型平稳根据铸件结构和铸型材根据铸件结构和铸型材料等因素控制充型速度料等因素控制充型速度金属液自下而上充填金属液自下而上充填金属液流方向与气体排金属液流方向与气体排出方向一致出方向一致4.铸件合格率高铸件合格率高一般可达一般可达95%且比较稳定且比较稳定工艺实收率一般可达工艺实收率一般可达90%5.合金的工艺出品率较高合金的工艺出品率较高浇冒口系统简化浇冒口系统简化升液管中末凝固的金升液管中末凝固的金属液可回流至坩埚中属液可回流至坩埚中设备简单，容易实现机械化和自动化设备简单，容易

9、实现机械化和自动化7.生产效率较高生产效率较高6.适用范围宽适用范围宽可用的铸型种类较多可用的铸型种类较多可用的合金种类较多可用的合金种类较多生产批量的限制较少生产批量的限制较少减轻劳动强度减轻劳动强度改善劳动条件改善劳动条件三、低压铸造工艺设计原则三、低压铸造工艺设计原则生产批量大小生产批量大小铸件结构特点铸件结构特点铸件精度要求铸件精度要求确定铸型的种类确定铸型的种类原则一：原则一：形状一般，精度或质量形状一般，精度或质量要求较高、批量较大要求较高、批量较大金属型或石墨型金属型或石墨型铸件内腔复杂铸件内腔复杂无法用金属型芯无法用金属型芯可用砂芯可用砂芯铸件精度要求高铸件精度要求高熔模壳型或

10、熔模石膏型熔模壳型或熔模石膏型大型铸件大型铸件精度要求不高精度要求不高单件或小批生产单件或小批生产可用砂型可用砂型原则二：原则二：应确保铸型能承受这种压力应确保铸型能承受这种压力合金充型、结晶的工艺压力为合金充型、结晶的工艺压力为0.050.07MPa确保铸件朝向浇注系统的凝固顺序确保铸件朝向浇注系统的凝固顺序原则三：原则三：金属液凝固自上而下金属液凝固自上而下铸件补缩应自下向上铸件补缩应自下向上通过浇注系统补缩通过浇注系统补缩铸件在型中位置铸件在型中位置浇道本身应最后凝固浇道本身应最后凝固加工余量确定加工余量确定冷铁的放置冷铁的放置铸件远离浇道处先凝固铸件远离浇道处先凝固靠近浇道处后凝固靠近

11、浇道处后凝固工艺余量确定工艺余量确定原则四：原则四：考虑好充型时铸型的排气措施考虑好充型时铸型的排气措施低压铸型上部常是封闭的，不易排气低压铸型上部常是封闭的，不易排气充型时憋气充型时憋气金属液上升速度波动金属液上升速度波动浇不成铸件浇不成铸件气孔夹渣气孔夹渣四、低压铸造应用范围四、低压铸造应用范围1.铸造合金铸造合金可用范围：铝合金、镁合金、铜合金可用范围：铝合金、镁合金、铜合金 合金铸铁、球墨铸铁、铸钢合金铸铁、球墨铸铁、铸钢最适范围：铝合金、黄铜最适范围：铝合金、黄铜2.铸型种类铸型种类可用范围：湿砂型、干砂型、树脂砂型可用范围：湿砂型、干砂型、树脂砂型 石墨型、石膏型、熔模壳型石墨型、

12、石膏型、熔模壳型 金属型、陶瓷型金属型、陶瓷型最适范围：金属型、石墨型、树脂砂型最适范围：金属型、石墨型、树脂砂型3.铸件重量铸件重量可用范围：几十克至几十吨可用范围：几十克至几十吨最适范围：几千克至几十千克最适范围：几千克至几十千克4.铸件尺寸铸件尺寸可用范围：几十可用范围：几十mm至几千至几千mm最适范围：几百最适范围：几百mm5.铸件壁厚铸件壁厚可用范围：可用范围：0.7150mm最适范围：最适范围：530mm6.复杂程度复杂程度可用范围：不限可用范围：不限最适范围：复杂形状最适范围：复杂形状7.应用产品应用产品汽车、拖拉机、船舶、摩托车、柴油机、汽汽车、拖拉机、船舶、摩托车、柴油机、汽

13、油机、机车车辆、医疗器械、仪表等油机、机车车辆、医疗器械、仪表等铝合金件：曲轴箱壳、汽缸盖、活塞、飞轮、铝合金件：曲轴箱壳、汽缸盖、活塞、飞轮、轮毂、座架、汽缸体、叶轮等轮毂、座架、汽缸体、叶轮等 各种壳体各种壳体铸铁件：柴油机缸体、球铁曲轴等铸铁件：柴油机缸体、球铁曲轴等铜合金件：螺旋桨、轴瓦、铜套、铜泵体等铜合金件：螺旋桨、轴瓦、铜套、铜泵体等 差差 压压 铸铸 造造一、差压铸造原理及工艺过程一、差压铸造原理及工艺过程熔化炉熔化炉/保温炉保温炉铸型铸型型腔型腔工作台工作台升液管升液管金属液金属液下压力罐下压力罐压缩空气压缩空气下压力罐下压力罐增压法增压法减压法减压法互通阀互通阀工艺过程工艺

14、过程 差压铸造工艺示意图差压铸造工艺示意图（a）增压法增压法 （b）减压法减压法下压力罐压力下压力罐压力互互通通充充气气升升液液充充型型保保压压时间时间放气放气上压力罐压力上压力罐压力下压力罐压力下压力罐压力上压力罐压力上压力罐压力互互通通充充气气升升液液充充型型保保压压时间时间放气放气压力压力压力压力0t1t2t3t4t5t60t1t2t3t4t5t60-t1充气阶段，上下压力罐同时充气充气阶段，上下压力罐同时充气升压，达到同步压力升压，达到同步压力P1（或（或P3）t1 t2上下压力罐压力处于平衡阶段，上下压力罐压力处于平衡阶段，坩埚中金属液面处于静止状态坩埚中金属液面处于静止状态减压法上

15、压力罐减压法上压力罐压力随时间递减压力随时间递减t2 t4升液、充升液、充型阶段型阶段增压法下压力罐增压法下压力罐压力随时间递增压力随时间递增t4 t5增压法下压力增压法下压力罐停止充气罐停止充气减压法上压力减压法上压力罐停止排气罐停止排气压力不变直压力不变直到凝固结束到凝固结束保压保压阶段阶段上下压力罐同时排气，压力消失上下压力罐同时排气，压力消失t5 t6上下压力罐间上下压力罐间压力差降至零压力差降至零多余合金液多余合金液经升液管返经升液管返回坩埚回坩埚互通互通阶段阶段熔化金属熔化金属盖上隔板和放置升液管盖上隔板和放置升液管安放铸型安放铸型合上上罐并锁紧合上上罐并锁紧二、差压铸造工艺特点二

16、、差压铸造工艺特点1.可获得最佳的充型速度可获得最佳的充型速度 充型速度充型速度精确控制精确控制获得不同高度上的获得不同高度上的不同的最佳充型速度不同的最佳充型速度压差和型中压差和型中背压都可调背压都可调低压铸造能调节充型速低压铸造能调节充型速度，但型腔反压调节难度，但型腔反压调节难充型速度较难准确控制充型速度较难准确控制能避免液流的冲击、能避免液流的冲击、紊流和卷入气体紊流和卷入气体重力铸造很难避免重力铸造很难避免液流的冲击和紊流液流的冲击和紊流获得平稳的充型状获得平稳的充型状态和最佳充型速度态和最佳充型速度冶金质量要求高的冶金质量要求高的大型复杂铸件大型复杂铸件反压反压力高力高2.可获得致

17、密的铸件可获得致密的铸件枝晶间补缩压力头增大枝晶间补缩压力头增大较高致密度原因较高致密度原因壁厚敏感性小原因壁厚敏感性小原因较大压力下结晶和凝固较大压力下结晶和凝固补缩能力极强补缩能力极强明显减少大型复杂铸件缩孔缩松明显减少大型复杂铸件缩孔缩松3.铸件力学性能高铸件力学性能高气孔减少气孔减少减少凝固期减少凝固期变质衰退变质衰退凝固速度快凝固速度快组织致密组织致密铸件的壁铸件的壁厚效应小厚效应小能用气体作能用气体作为合金元素为合金元素改善强度改善强度与耐磨性与耐磨性铸件晶铸件晶粒细小粒细小较大压力下结晶和凝固较大压力下结晶和凝固比低压铸造提高抗拉强度比低压铸造提高抗拉强度1050，伸长率，伸长率

18、25504.存在问题存在问题重力的作用时重力的作用时刻阻碍补缩刻阻碍补缩影响铸件的致密性，影响铸件的致密性，易产生缩孔、缩松等易产生缩孔、缩松等解决不好解决不好压力下结晶使气体以非气孔的形式残存在金属中压力下结晶使气体以非气孔的形式残存在金属中随着压力减小及温度的降随着压力减小及温度的降低，气体溶解度下降低，气体溶解度下降有可能析出气体而形成孔洞有可能析出气体而形成孔洞增压法中型内反压较大增压法中型内反压较大影响液态金属影响液态金属的充填能力的充填能力型内气体使金属液表面形型内气体使金属液表面形成氧化膜，表面张力提高成氧化膜，表面张力提高影响对铸型薄壁部位的充填影响对铸型薄壁部位的充填三、差压

19、铸造的应用范围三、差压铸造的应用范围铸型种类铸型种类单件、小批，可用砂型单件、小批，可用砂型大批生产，可用金属型大批生产，可用金属型各种铸型各种铸型 铝、锌、镁、铜、铸钢铸件铝、锌、镁、铜、铸钢铸件合金种类合金种类铸件种类铸件种类电机壳、叶轮、汽缸、坦克电机壳、叶轮、汽缸、坦克导轮、舱体等导轮、舱体等在压力铸造机上生产受投影在压力铸造机上生产受投影面积或壁厚限制的铸件面积或壁厚限制的铸件1kg 100kg以上以上目前国内可铸造最大直径目前国内可铸造最大直径600mm、高高1600mm、壁厚壁厚610mm复杂舱体复杂舱体铸件重量铸件重量四、学校工作四、学校工作1.多功能复合差压铸造机多功能复合差

20、压铸造机 上罐尺寸：上罐尺寸：1600（内径）内径）2200（高）高）14（壁厚）壁厚）下罐尺寸：下罐尺寸：1600（内径）内径）1600（高）高）14（壁厚）壁厚）上下罐工作压力：上下罐工作压力：0.7 MPa最大压差：最大压差：0.15 MPa研制了国内尺寸最大的复合差压铸造机，采用压环锁紧研制了国内尺寸最大的复合差压铸造机，采用压环锁紧机构，结构合理，密封性能好，运行稳定可靠，具有差机构，结构合理，密封性能好，运行稳定可靠，具有差压和低压铸造两种功能压和低压铸造两种功能2.差压铸造机控制系统差压铸造机控制系统研制的控制系统及软件性能稳定，抗干扰性研制的控制系统及软件性能稳定，抗干扰性强，

21、控制精度高强，控制精度高首次采用工业控制机作为控制系统的核心首次采用工业控制机作为控制系统的核心实现浇注过程的实时控制、过程控制的动态实现浇注过程的实时控制、过程控制的动态显示以及充型与凝固过程参数的实时检测显示以及充型与凝固过程参数的实时检测20002000差低压机及控制工作间（两台）差低压机及控制工作间（两台）18001800差低压机及控制工作间差低压机及控制工作间18001800差低压铸造机差低压铸造机五、差压铸造发展五、差压铸造发展真空差真空差压铸造压铸造集合了真空吸铸、低压和差压铸造的优点集合了真空吸铸、低压和差压铸造的优点控制真空罩和控制真空罩和坩埚内真空度坩埚内真空度控制差压数值

22、控制差压数值控制充型速度控制充型速度获得更为优获得更为优质的铸件质的铸件尤其适于生产尤其适于生产复杂薄壁铸件复杂薄壁铸件1.真空差压铸造真空差压铸造真空真空减小了铸型中的背压减小了铸型中的背压减小了充型阻力减小了充型阻力为充型压差建立了一为充型压差建立了一个较低的压力起点个较低的压力起点容易建立较大的容易建立较大的充型压差充型压差真空压铸能有效减少铸件的气孔真空压铸能有效减少铸件的气孔如如1mm厚试样，与真空吸铸和重力铸造相比，厚试样，与真空吸铸和重力铸造相比，强度提高约强度提高约2025%，延伸率提高近一倍，延伸率提高近一倍2.高压差压铸造高压差压铸造0.8MPa压力对铸件内部质量的影响压力对铸件内部质量的影响2.2MPaX光检验为航空标准光检验为航空标准一级优质铝合金铸件一级优质铝合金铸件注注 常压下浇注密度为常压下浇注密度为2.6323g/cm3 压力对模拟件密度的影响压力对模拟件密度的影响12342.67952.68002.68052.68102.68152.68202.68252.68302.6835 0.8MPa 1.5MPa 2.2MPa1050100150距浇口距离距浇口距离,mmmm密度密度,g/cm32.2MPa下凝固，密度比常压下提高了下凝固，密度比常压下提高了13.32%