1、1/21/20237 特种低压铸造技术1/21/20231/21/2023 目 录 7.1差压铸造 1 概述 1）差压铸造的工作原理 2）差压铸造工艺特点 2 差压铸造设备结构设计 3 差压铸造铸件工艺设计 4 差压铸造工艺 5 应用范围7.2 真空差压铸造（调压铸造）7.3 真空吸铸1/21/20231/21/20237.1 7.1 差压铸造差压铸造 1 1 概述概述 差压铸造（也称反压铸造），是液态金属在差压铸造（也称反压铸造），是液态金属在差压差压作用下，充填到预先有一定压力的铸型中，进行结作用下，充填到预先有一定压力的铸型中，进行结晶、凝固而获得铸件的一种工艺方法。是低压铸造晶、凝固而
2、获得铸件的一种工艺方法。是低压铸造和压力下结晶凝固两种工艺的结合。和压力下结晶凝固两种工艺的结合。1/21/20231/21/2023 该工艺可以根据铸件形状，工艺要求和铸型该工艺可以根据铸件形状，工艺要求和铸型特点，调整型腔内的压力，使金属液特点，调整型腔内的压力，使金属液受控受控制地流制地流进铸型，并在不改变铸型受力状态条件下，使铸进铸型，并在不改变铸型受力状态条件下，使铸件在件在较高的压力下凝固较高的压力下凝固，生产出用其它成形方法，生产出用其它成形方法难以浇注的难以浇注的复杂、薄壁、整体铝铸件复杂、薄壁、整体铝铸件，解决了铸，解决了铸件浇注技术中的一个重大关键。件浇注技术中的一个重大关
3、键。1/21/20231/21/20231）差压铸造的工作原理 差压铸造工艺原理示意图差压铸造工艺原理示意图 1/21/20231/21/2023 铸型放在上压力筒中，坩埚炉放在下压力筒中，上下压力筒以中隔板分开，升液管使铸型与保温炉相通。金属液充型方法有：1）增压法：2）减压法：1/21/20231/21/20232）差压铸造工艺特点 因差压铸造金属液是在一定压力下充型，故带来一因差压铸造金属液是在一定压力下充型，故带来一系列有利于获得优质铸件的因素。系列有利于获得优质铸件的因素。（1）可以控制充型速度；可以获得不同压差可以控制充型速度；可以获得不同压差PP充型速度，充型速度，获得最佳的充型
4、速度；获得最佳的充型速度；（2）可获得最优质的充型金属液，可避免外来夹杂物进入可获得最优质的充型金属液，可避免外来夹杂物进入型内。型内。（3）由于在高压下结晶凝固，因此铸件补缩条件改善，从由于在高压下结晶凝固，因此铸件补缩条件改善，从而大大提高铸件的致密度；铸件局部最薄厚度可达而大大提高铸件的致密度；铸件局部最薄厚度可达0.250.25毫米，且轮廓清晰。毫米，且轮廓清晰。1/21/20231/21/2023（4 4）在保压期间，铸件仍处于高压状态，在外压在外压力作用下，会产生微量的塑性变形，从而减少力作用下，会产生微量的塑性变形，从而减少“显微缩松显微缩松”，提高铸件的机械性能；，提高铸件的机
5、械性能；与低压铸造相比，差压铸造的铸件材料的抗拉强度可提高10-50，伸长率可提高25-50。（5 5）在高压下结晶凝固高压下结晶凝固，又可提高气体在金属液中的溶解度，因而能大大减少铸件中的能大大减少铸件中的“气孔气孔”和和“针孔针孔”缺陷缺陷。1/21/20231/21/2023（6）铸件表面质量改善铸件表面质量改善-由于压差P的可调性，因此，可以通过压差P减少“冷隔”及“机械粘砂”；（7）可以实现控制气氛浇注可以实现控制气氛浇注；（8）便于机械化和自动化，提高了劳动生产率，减少了清理工作量和改善了劳动条件。1/21/20231/21/2023铸造方法 力学性能 ZL101 ZL102壁厚
6、5mm壁厚 20mm壁厚 5mm壁厚 20mm差压铸造抗拉强度b/Mpa 171 190 190 184断后伸长率/%8.0 7.2 6.5 6.5低压铸造抗拉强度b/Mpa 171 132 168 143断后伸长率/%4.0 2.0 4.0 2.0差压铸造与低压铸造铝合金力学性能的比较1/21/20231/21/20232 2 差压铸造设备结构设计差压铸造设备结构设计 差压铸造设备主要有三部分组成：主机 压力控制 供气1/21/20231/21/2023 差压铸造设备外形图1/21/20231/21/2023 差压铸造设备组成示意图1/21/20231/21/20231）压力罐设计 封头部分
7、2）锁紧机构3）充气方法 气控系统及其附属装置1/21/20231/21/20233 差压铸造铸件工艺设计1）浇注位置的选择 确立浇注位置时，要使铸件由远离浇道处先要使铸件由远离浇道处先凝固，浇道最后凝固，实现铸件顺序凝固，凝固，浇道最后凝固，实现铸件顺序凝固，常常是将铸件薄壁部位远离浇道，让金属液从厚壁处引入，与低压铸造浇注位置的选择是相同的。1/21/20231/21/20232）加工余量及工艺余量 对于壁厚均匀的铸件，为了实现向浇口方向的顺序凝固，可以采取增加加工余量，不加工平面可以采用工艺余量的办法，使铸件壁厚向浇道方向递增。3）浇注系统的选择（1）合理的浇注系统应满足的要求 在保证金
8、属液平稳充型的前提下，充型要快。有利于挡渣及排气。有利于铸件实现顺序凝固。1/21/20231/21/2023（2）浇注系统的形式 一般选用底注式浇注系统，铝、镁合金铸件常采用开放式浇注系统，对于高度大于300mm的铸件，可以选用缝隙式浇注系统。1/21/20231/21/2023 镁合金壳体类铸件差压铸造工艺 1/21/20231/21/20234）冒口与冷铁 差压铸造有效地强化了冒口的补缩作用，因此，对个别厚大的热节部位，一般只需采用暗冒口。冷铁常和冒口、浇道配合使用，用以加快铸件局部热节处的冷却速度，使该热节部位与相邻的连接壁同时凝固，以达到整个铸件顺序凝固的目的。1/21/20231/
9、21/20234、差压铸造浇注工艺 1）差压铸造浇注过程的特点 差压铸造加压分为6个阶段 0t1:充气阶段 t1t2:压力平衡阶段 t2t3:升液阶段 t3t4:充型阶段 t4t5:保压阶段 t5t6:互通阶段1/21/20231/21/2023 差压铸造加压工艺示意图 增压法增压法减压法减压法1/21/20231/21/2023 差压铸造的充气、排气特性图 增压充气特性 减压充气特性 1/21/20231/21/2023 增压法和减压法比较 增压法：从特性曲线上看出，升压曲线ab线段性较 差，金属液充型速度会发生波动。减压法：ab段占整个曲线比例很小，非常接近直线，因此，减压法金属液上升平稳
10、。1/21/20231/21/2023 2）工艺参数的选择 （1）充型压力差p 可按 p=HK/10200计算 （2）结晶压力 结晶压力越大，铸件越致密，铸件力学性能也越好。结晶压力和铸件结构、合金结晶特性等因素有关。（3）升液速度 为保持金属液平稳、缓慢升液。避免喷溅，升液应较慢。1/21/20231/21/2023（4）充型速度 充型速度应比升液速度快，但不宜过快，要防止二次夹杂的产生。充型速度与铸件复杂程度、壁厚、大小和合金种类有关，所用铸型种类有关。（5）保压时间 保压时间应大体与铸件凝固时间相同。保压时间与铸件大小、壁厚、合金种类及结晶压力等有关。铸件壁厚越厚，合金结晶温度范围越宽，
11、保压时间就越长。（6）浇注温度 差压铸造浇注温度比一般重力铸造可低些。铝合金，浇注温度可低3060。1/21/20231/21/20235 应用范围 差压铸适除了可用砂型外，也可用金属型。单件、单件、小批量生产时可用砂型，生产批量大时，可用金属型。铸小批量生产时可用砂型，生产批量大时，可用金属型。铸件重量可从小于件重量可从小于1kg1kg至至100kg100kg以上。以上。目前国内最大铸造直径目前国内最大铸造直径540mm540mm、高度、高度890mm890mm、壁厚、壁厚8 810mm10mm的的大型复杂薄壁整体舱铸件。可铸造的合金有铝合金、铸件。可铸造的合金有铝合金、锌合金、镁合金、铜合
12、金，还有铸钢。生产的铸件有电机锌合金、镁合金、铜合金，还有铸钢。生产的铸件有电机壳、阀门、叶轮、气缸、轮毂、坦克导轮、船体等。壳、阀门、叶轮、气缸、轮毂、坦克导轮、船体等。在压力铸造机上生产受投影面积或壁厚限制的铸件均可用差压铸造法生产。1/21/20231/21/20237.2 真空差压铸造 1、工作原理1/21/20231/21/20231/21/20231/21/2023调压铸造控制系统的原理框图调压铸造控制系统的原理框图 1/21/20231/21/2023 （10）或 P1-P2=P=常数 （11）12dpdpdtdt1/21/20231/21/2023式中 P1-上密封室的压力（M
13、pa）；P2-下密封室的压力（Mpa）；P-充型压力（上下密封室压力差）（Mpa）；t-时间（s）。1/21/20231/21/2023 2、工艺特点 1）铸型的充填和铸件凝固分别在不同压力下进行，具有十分优良的充型能力和凝固条件，便于生产具有高气密性的大型复杂薄壁铸件。2）调压铸造是在真空条件下充型，金属液充型性好，不会卷气。充型的调压既保证了铸件在压力下凝固，但铸型所受的最高压力不超过充型压力。这样可采用透气性差、强度低的铸型。3）由于调压铸造时压力场贯穿整个充型和凝固过程，因此，铸件的壁厚效应小，便于浇注壁厚相差较大的铸件。1/21/20231/21/2023 3、应用 主要用于生产薄壁
14、、复杂的高精度铸件，适用于非铁合金和黑色金属，尤其适用于铝、镁合金的铸件。1/21/20231/21/20237.3 7.3 真空吸铸真空吸铸 1、工艺过程 真空吸铸是将铸型浇道插入金属液中，再将铸型抽真空，使铸型型腔内为负压，让金属液充型，并在负压下进行冷却、凝固的铸造方法。1/21/20231/21/2023 带结晶器的真空吸铸示意图 1/21/20231/21/2023 熔模铸造真空吸铸设备示意图 1/21/20231/21/2023 真空吸铸工艺过程 1/21/20231/21/2023合金种类铸造方法抗拉强度bMPa断后伸长率布氏硬度HBS条件ZCuSn10Zn2真空吸铸37314.
15、6107耐磨性比砂型铸造提高7%砂型铸造2351397ZL105A熔模真空吸铸344.614.0_熔模重力铸造311.58.0_ZG0Cr17Ni4Cu4Nb熔模真空吸铸1275.713.5_熔模重力铸造1246.111.0_ 真空吸铸对铸件力学性能的改善真空吸铸对铸件力学性能的改善1/21/20231/21/20232、工艺特点（1）提高了铸件质量、减少废品。铸件晶粒细化，力学性能提高。（2）有良好的充型性能，可生产更薄的铸件。（3）大大提高了进水液利用率、工艺出品率高。（4）简化工艺，降低成本。（5）改善浇注条件，易于实现机械化。1/21/20231/21/2023 3、应用范围 用结晶器
16、的真空吸铸通常用于生产直径小于120mm的圆筒、圆棒类铸件。特别是铜合金铸件应用广泛,铝合金的应用也在发展中。1/21/20231/21/20234、设备 带结晶器的真空吸铸设备由熔化炉、主机、冷却系统和真空系统组成。主机由结晶器及结晶器移动机构组成。结晶器由内套、外套、水管及抽真空喉管等组成。真空系统则由真空装置、测量仪表和真空调节装置组成。有两种获得负压的方法，一是用负压喷嘴造成负压；另一种是用真空泵获得负压。1/21/20231/21/2023 带结晶器的真空吸铸设备组成图1/21/20231/21/2023 真空吸铸用结晶器1/21/20231/21/20235 5、工艺（1）铸件最大
17、理论吸铸高度 由于真空吸铸是靠大气压力把金属液吸入结晶器中，因此铸件有一个最大理论吸铸高度，按下式计算：hmax=76013600/式中 hmax-铸件最大理论吸铸高度（mm）；760-无反压力时管内水银上升高度（mm）；13600-水银密度（kg/m3）；-液体金属密度（kg/m3）。1/21/20231/21/2023（2）吸铸真空度 吸铸预定高度铸-件时，所需吸铸真空度由下式计算：Pv=133.3L/13600式中 Pv-吸铸真空度（Pa）；L-铸件预定吸铸高度（mm）；-液体金属密度（kg/m3）；13600-水银密度（kg/m3）；133.3-计算单位Pa的换算值。1/21/2023
18、1/21/2023（3）结晶器口浸入金属液的深度 吸铸时，炉内金属液面在不断下降，结晶器也应随之下降，应保证吸铸完毕时，结晶器口离金属液面10mm的接触深度。圆形池结晶器口浸入深度可按下式计算：10)(222211RrrLH1/21/20231/21/2023式中 H1-晶器口浸入深度（mm）；L-铸件长度（mm）；r1-铸件外圆半径（mm）；r2-铸件内圆半径（mm）；R-熔池半径（mm）。1/21/20231/21/2023 吸铸前后结晶器浸入金属液情况的变化1/21/20231/21/2023 其他形状的熔池的浸入深度按（15）式计算：（15）10)(22211ArrLH式中 H1-晶器
19、口浸入深度（mm）；L-铸件长度（mm）；r1-铸件外圆半径（mm）；r2-铸件内圆半径（mm）；A-熔池面积（mm2）。1/21/20231/21/2023（4）凝固时间 真空吸铸时铸件的凝固时间受铸件凝固厚度、合金种类、冷却水温度、浇注温度、充型速度、结晶器的导热性能等因素影响。生产中可先按下式进行初步计算，再经生产试验修正：kt/21/21/20231/21/2023式中 t-凝固时间（min）；-凝固层厚度（mm），k-凝固系数（mm/min2），与结晶器冷却强度有关，k=3070 mm/min2。1/21/20231/21/2023（5）吸铸温度 吸铸温度可比一般铸造的浇注温度低一些
20、。（6）铸件加工余量 一般小头留11.5mm加工余量。（7）结晶器内可安装强度较高的砂芯来形成稍复杂的异形件。（8）结晶器用涂料。1/21/20231/21/20236 6、熔模真空吸铸、熔模真空吸铸1）种类 熔模真空吸铸可分为两种。一种是生产一般合金熔模铸件的真空吸铸（又称CLA法）。另一种是用于生产高温合金及易氧化合金的真空熔炼浇注的吸铸法（又称CLV法）。1/21/20231/21/2023 CLV法吸铸装置示意图 1/21/20231/21/2023 2）工艺中的几个特殊问题 （1）型壳的强度和透气性 为使真空吸铸顺利进行，型壳必须有足够高的强度和高温透气性。（2）吸铸压力 一般来说应
21、在保证充型良好的前提下尽量采用较低的吸铸压力。1/21/20231/21/2023 型 壳 种 类允许吸铸压力（kMPa)硅溶胶 电熔刚玉 101.0铝矾土或煤矸石 101.0 硅酸乙酯 硅 砂 33.1电熔刚玉 53.3铝矾土或煤矸石 60.0 水玻璃 硅 砂 33.3 各种型壳允许的最大吸铸压力1/21/20231/21/2023（3）金属液吸铸温度 金属液吸铸温度大大低于重力浇注时的浇注温度，可低100150左右。一些合金吸铸温度仅比其液相线高20左右。（4）凝固时间 凝固时间是指吸铸开始到放真空为止的时间。为保证得到完整铸件且无直浇道，即内浇道已凝固而直浇道还没凝固，则需要严格控制凝固
22、时间。（5）型壳与吸铸室的密封 因型壳表面粗糙，密封处又受到高温金属的烘烤，所以型壳与吸铸的密封要采取必要的措施。型壳直浇道应做出密封台阶。1/21/20231/21/2023 型壳与吸铸室的密封 1/21/20231/21/2023 吸铸室示意图 1/21/20231/21/2023（6）熔炼与吸铸 一般采用感应炉熔炼。吸铸过程中金属液长期处于高温条件下，很容易造成吸气、化学成分变化等问题，因此必须严格控制熔炼工艺。（7）脱壳和铸件清理 真空吸铸的铸件没有直浇道，在普通的震壳机上无法夹持清理，故只能采用水爆、电液压、喷砂、超声和高压水等方法清壳，其中以高压水清理效果最好。1/21/20231/21/2023 高压水清理是将待脱壳的铸件组装在金属篮子中，放在转速60r/min的旋转台上，用压力为4070Mpa的高压水喷射，3min可清理干净。残留在铸件上的少量型壳，再用碱煮或喷砂即可清除。1/21/20231/21/2023思考题：1、差压铸造的实质是什么？其特点及应用范围是什么？2、调压铸造的实质、特点及应用范围是什么？3、熔模真空吸铸的实质、特点及应用范围是什么？4、试述熔模真空细铸工艺中存在哪些特殊问题。1/21/20231/21/2023谢 谢！
