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1、2023/1/46 低压铸造2023/1/42023/1/4目目 录录6.1 概述 （低压铸造基本概念及工作原理）6.2 低压铸造工艺过程6.3 低压铸造的工艺特点及应用6.4 低压铸造的工艺设计6.5 低压铸造设备2023/1/42023/1/46.16.1 概述概述 反重力铸造。反重力铸造。低压铸造是介于压力铸造和重力铸造之间的一种铸造方法。是在液体金属在压力作用下，自下而上充填型腔以形成铸件的成形工艺。2023/1/42023/1/4 1）液态金属在压力作用下由下而上地充满型腔，并在外力的作用下结晶凝固，进行补缩；2）低压铸造的充型过程即与重力铸造不同，又与压力铸造有区别（压力铸造为高速
2、高压几千几万千牛/米2，而低压铸造为2060千牛/米2。2023/1/42023/1/4低压铸造工艺原理铸型型腔浇道密封盖进气管金属液升液管坩埚；a)带保温炉2023/1/42023/1/4低压铸造工艺原理示意图b1-坩埚2-升液管3-金属液4-进气管5-密封盖6-浇道7-型腔8-铸型b)不带保温炉2023/1/42023/1/4低压铸造的动画演示2023/1/42023/1/46.2 低压铸造工艺1 1、低压铸造工艺过程、低压铸造工艺过程 1）将金属、升液管和铸型装配好，盖好密封盖。2）向密封金属液的坩埚中，通入干燥的压缩空气，使金属液在压力作用下，自下而上地通过升液管而进入铸型，并在压力下
3、凝固。3）解除压力，使升液管和浇注系统中未凝固的金属液流回坩埚。4）打开铸型，取出铸件。2023/1/42023/1/4 低压铸造工艺过程：低压铸造工艺过程：合型合型 升液升液 充型充型 增压凝固增压凝固 卸压冷却卸压冷却 开型开型 2023/1/42023/1/42、低压铸造的工艺1 1）充型和增压）充型和增压升液压力是指当金属液面上升到浇口，附所需要的升液压力是指当金属液面上升到浇口，附所需要的压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，以压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，以便有利于型腔内气体的排出，同时也可使金属液在进入便有利于型腔内气体的排出，同时也可使金属液在进入浇口时
4、不致产生喷溅。浇口时不致产生喷溅。2 2）充型压力和充型速度）充型压力和充型速度充型压力充型压力PaPa是指使金属液充型上升到铸型顶部所需是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力。在充型阶段，金属液面上的升压速度就是充型的压力。在充型阶段，金属液面上的升压速度就是充型速度。速度。2023/1/42023/1/43）增压和增压速度 金属液充满型腔后，再继续增压，使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行，这时的压力叫结晶压力。结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。2023/1/42023/1/44）保压时间型腔压力增至
5、结晶压力后，并在结晶压力下保持一段时间，直到铸件完全凝固所需要的时间叫保压时间。如果保压时间不够，铸件未完全凝固就卸压，型腔中的金属液将会全部或部分流回流，造成铸件“放空放空”报废：如果保压时间过久，则浇口残留过长，这不仅降低工艺收得率工艺收得率，而且还会造成浇口“冻结冻结”，使铸件出型困难，故生产中必须选择一适宜的保压时间。2023/1/42023/1/45）铸型温度及浇注温度低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作温度一般都为室温，先特殊要求，而对金属型的工温度一般都为室温，先特殊要求，而对金属型的工作温度就有一定的要求。如低压铸造铝合金时，金作温度
6、就有一定的要求。如低压铸造铝合金时，金属型的工作温度一般控制在属型的工作温度一般控制在200200250 250 ，浇注薄，浇注薄壁复杂件时，可高达壁复杂件时，可高达300300350 350 。实践证明，在。实践证明，在保证铸件成型的前提下，愈低愈好。保证铸件成型的前提下，愈低愈好。浇注温度一般比重力铸造低1020；2023/1/42023/1/46）涂料 金属型低压铸造时，为了提高其寿命及铸件质量，必须刷涂料；涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及铸件结构来决定。2023/1/42023/1/46.3 低压铸造的特点及应用1、低压铸造独特的优点：1 1）浇注压力和速度可调，适应各种铸型
7、、，适应各种铸型、合金和铸件大小；合金和铸件大小；2 2）液态金属充型平稳，夹杂缺陷减少；-底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提高；刷等弊病，铸件合格率提高；3 3）型腔内液流与气流方向一致，减减少少了了产产生气孔的可能性；生气孔的可能性；2023/1/42023/1/4 4 4）铸件成型性好。金属液在外力作用下强迫流动，提高了金属的充填能力，有利于形成轮廓清晰，表面光洁的铸件，少切削或零切削，对薄壁件铸造尤其有利；5 5）压力下结晶，铸件组织致密，机械性能高；6 6）金金属属收收得得率率高高（80809898），节节省省补缩冒
8、口，金属利用率高达补缩冒口，金属利用率高达90-98%90-98%；7 7）劳劳动动强强度度低低，劳劳动动条条件件好好，容容易易数数控控自动化。自动化。2023/1/42023/1/4低压铸造的工艺特点低压铸造的工艺特点有利于创造铸件顺序凝固的条件低压铸造时铸件的凝固过程低压铸造时铸件的凝固过程2023/1/42023/1/4浇口设在铸件的壁厚部位浇口设在铸件的壁厚部位2023/1/42023/1/42023/1/42023/1/42023/1/42023/1/42、主要缺点：升液管寿命短，且在保温过程中升液管寿命短，且在保温过程中金属液易氧化和产生夹渣。与压力铸造相比：1 1）质量不低于压力
9、铸造；）质量不低于压力铸造；2 2）设备简单，投资少，生产成本低；）设备简单，投资少，生产成本低；3 3）可制作大型零部件；）可制作大型零部件；2023/1/42023/1/4特殊低压铸造工艺（1 1）压差法低压铸造）压差法低压铸造有些铸件的内部质量要求高，希望在较高的压力下结晶，但一般低压铸造时的结晶压力不能太大。因而发展出压差法低压铸造压差法低压铸造。其工艺过程是将电阻保温炉和铸型全部进行密封，在密封罩内通人压力较大如500kPa的压缩空气，这时由于铸型与坩埚内部的压力相等，金属液不会上升，然后金属液向上补充50kPa压力，金属液就会上升充填型腔。同时铸型内的金属液也在高压下结晶凝固。这种
10、方法使铸件得到较致密的结晶组织，提高了铸件的机械性能。据资料介绍这种工艺与一般铸造方法相比，使铸件强度提高约25，延伸率提高约50。但设备较庞大，操作麻烦，只有特殊要求时才应用。2023/1/42023/1/4（2）真空低压铸造对薄壁或复杂的大型铸件，采用前述的低压铸造工艺，也难以满足时，采用真空低压铸造就容易解决。它的装置与压差法低压铸造基本相似。在浇注前先将型腔中的气体抽出再进行浇注，这时浇注速度可以提高，不会产生氧化夹杂和气孔等缺陷。2023/1/42023/1/43、低压铸造的应用低压铸造主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞等薄壁件
11、。2023/1/42023/1/4 几种铸造方法铸件的力学性能比较 力学性能铸造方法抗拉强度b(Mpa)断后伸长率(%)布氏硬度HBS备注 铸态热处理 铸态热处理 铸态热处理铝合金金属型铸造140180170230 708095 115 金属型 低压铸造170210240320 7585 100120 铜泵体 砂型铸造 300 15 90 砂型铸造 低压铸造345374 18.548.7 84100 铝壳体 砂型铸造 350360 13 7080合金为ZAlMg10 砂型铸造 低压铸造 390395 2124 98 金属型 低压铸造 440450 1722 1201252023/1/42023
12、/1/42023/1/42023/1/42023/1/42023/1/42023/1/42023/1/46.4 低压铸造的工艺设计6.4.16.4.1低压铸造所用的铸型低压铸造所用的铸型1 1、金属型、金属型 金属型多用于大批、大量生产的有色金属铸件。2 2、非金属型、非金属型 非金属铸型多用于单件小批量生产，如砂型，石墨砂型，石墨型，型，石膏型石膏型，陶瓷型和熔模型壳陶瓷型和熔模型壳等都可用于低压铸造，而生产中采用较多的还是砂型砂型。但低压铸造用砂型的造型材料的透气性和强度透气性和强度应比重力浇注时高，型腔中的气体，全靠排气道和砂粒孔隙排出。2023/1/42023/1/4 具体选用可参考以
13、下原则：（1）铸件精度或质量要求较高，形状一般、生产批量较大的有色金属铸件，可选用金属型。（2）铸件内腔复杂，不能用金属芯时，可用砂芯，外部用金属型。（3）精度要求不高的大、中型铸件，在单件或小批量生产时，可采用砂型。（4）铸件精度要求较高、成批生产时可用壳型。2023/1/42023/1/4（5）精度要求较高的大、中型铸件适宜用陶瓷型。（6）铸件形状复杂、精度要求高的中小件适宜采用熔模型壳。（7）对特殊要求的单件、小批生产的铸件可采用石膏型、石墨型等。2023/1/42023/1/46.4.2 低压铸造工艺设计为充分利用低压铸造时液体金属在压力作用下自下而上地补缩铸件，在进行工艺设计时，应考
14、虑使铸件远离浇口的应考虑使铸件远离浇口的部位先凝固，让浇口最后凝固，部位先凝固，让浇口最后凝固，使铸件在凝固过程中通过浇口得到补缩，实现顺序凝固顺序凝固。常采用下述措施：浇口设在铸件的厚壁部位厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口；用加工裕量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固；改变铸件的冷却条件。对于壁厚差大的铸件，用上述一般措施又难于得到顾序凝固的条件时，可采用一些特殊的办法，如在铸件厚壁处进行局部冷却，以实现顺序凝固。2023/1/42023/1/41、铸件在铸型中的位置 低压铸造除遵循重力铸造时铸件在铸型中位置的选择原则外，还应充分考虑低压铸造的特点。（1）首先应创造铸件顺序凝固的条件。对于壁
15、厚不均匀的铸件，厚大部位必须置于铸型底部，由浇注系统对厚大部位进行补缩。2023/1/42023/1/4活塞铸件在铸型中的位置低压铸造低压铸造重力铸造重力铸造2023/1/42023/1/4 （2）对一些壁厚比较均匀的铸件，可以给铸件上下不同大小的加工余量，造成铸件自下而上的厚薄差别，适应自上而下顺序凝固的要求；也可以采用安放上下不同厚度冷铁的方法，使铸件毛坯适应自上而下顺序凝固的要求。THANK YOUSUCCESS2023/1/436可编辑2023/1/42023/1/45、浇冒口系统设计 1）铸件按顺序凝固原则凝固 为充分发挥低压铸造工艺的优势，获得组织致密的铸件，应保证铸件按“自上而下
16、”的顺序凝固，即离浇道最远处先凝固，离浇道近处后凝固，浇道最后凝固。2023/1/42023/1/4 低压铸造铸件凝固过程2023/1/42023/1/4 为保证铸件得到顺序凝固，在工艺设计时需采取下列措施：应尽量使铸件厚处接近浇道，薄处远离浇道。对壁厚比较均匀的铸件，可通过上、下不同的加工余量，使铸件毛坯壁厚上薄下厚，以利于顺序凝固。用砂型时可上、下采用不同厚度的冷铁；用金属型时可将金属型壁厚上、下做得不一样，以保证铸件得到顺序凝固。2023/1/42023/1/4 对壁厚差很大的特殊结构铸件，往往需采用特殊的方法：、对铸件很厚处，可在低压铸型对应部分局部镶铜，并吹风强制冷却；、对复杂的缸盖
17、，在总体上采用水冷，局部用空气冷却；、对复杂铸件不同部位也可采用不同导热系数的涂料或改变涂料层厚度来控制铸件的冷却速度。2023/1/42023/1/4 2）浇注系统设计 低压铸造浇注系统应满足顺序凝固的要求，还应保证金属液流动平稳，除渣效果好，并能提高生产效率，节约金属液，浇注便于清除浇冒口。浇注方式 低压铸造多采用底注式浇注系统。为达到顺序凝固，一般铸件薄壁部位朝上，厚壁部位朝下，内浇道开设在铸件的厚壁部位。内浇道 对较大的、有多处热节的铸件，可采用多个内浇道。对于箱体类铸件如汽缸盖铸件，采用升液管（直浇道）、横浇道和5个内浇道。2023/1/42023/1/4 汽缸盖示意图 材质：材质：
18、ZAl104ZAl104铸件重量：铸件重量：10.5kg10.5kg外形尺寸：外形尺寸：495mm495mm155m155mmm100mm100mm壁厚：壁厚：5mm5mm耐压：耐压：0.6Mpa0.6Mpa2023/1/42023/1/4 薄壁筒体铸件双升液管浇注系统示意图 对于筒体铸件，当铸件直径大于400mm就可采用2个升液管。2023/1/42023/1/4 内浇道具体尺寸可采用热节圆法、模数法、经验法等计算方法加以确定，然后用下式核算、开模具，再在生产中试模、修正：F内=G/t （1）t=h/升2023/1/42023/1/4 当15cm/s时，可实现金属液平稳充型；t-充型时间（s
19、）；h-型腔高度；升-升液速度，一般升=16cm/s，复 杂薄壁件取上限。2023/1/42023/1/4 横浇道及升液管设计 升液管相当于直浇道。对于易氧化的金属应采用开放式浇注系统。对不易氧化的金属常采用封闭式浇注系统。2023/1/42023/1/4 对于使用单个内浇道的铸件一般采用：F升液管出口:F横:F内 =（22.3）:（1.51.7）:1 （2）2023/1/42023/1/4冒口设计 低压铸造时，金属液在压力下凝固，具有较好的补缩能力，一般可不设冒口。但对于某些结构复杂的铸件，浇注系统还不能满足铸件补缩的要求，一般情况下多采用暗冒口，只有特殊需要时才采用明冒口。2023/1/4
20、2023/1/4 潜水泵铝合金壳体砂型低压铸造暗冒口暗冒口2023/1/42023/1/4铸型的排气 实践证明，影响铸件质量的最重要因素是铸型的设计，而大多数质量问题都是由于通气不良引起的。低压铸造用的铸型，不象重力铸造铸型有冒口或出气冒口等良好的排气条件，尤其是采用金属型低压铸造时，型腔是封闭的，透气性差。2023/1/42023/1/4 金属液充填时，型腔中的气体如果不能迅速排出，就会成为阻碍金属液继续充填的“反压力”。具有一定压力的气体，或进入金属液内部，或阻碍金属液顺利充满型腔，造成铸件产生气孔、冷隔或轮廓不清晰等缺陷。对于薄壁复杂铸件，排气问题更为重要。因此，为了顺利排除气体，除了配
21、合部分的间隙外，应在分型面上开设排气沟槽，尤其在距离金属入口最远处、型腔深凹部位的“死角”及型腔最高部位上，必须采取有效的排气措施（如设排气孔或通气塞）。2023/1/42023/1/46.5 低压铸造设备低压铸造设备一般由保温炉及其附属装置保温炉及其附属装置，铸型开合系铸型开合系统统和供气系统供气系统三部分组成。1 1）保温炉及附属装置）保温炉及附属装置 它由炉体、熔池、密封盖和升液管等所组成，是低压铸造机的基本部分。保温炉的炉型很多，如焦炭炉，煤气炉，电阻炉，感应炉等。2 2）铸型开合系统铸型开合系统 锁紧与开合方式锁紧与开合方式2023/1/42023/1/43）供气系统 低压铸造中，正
22、确控制对铸型的充型和增压是获得低压铸造中，正确控制对铸型的充型和增压是获得良好铸件的关键，这个控制完全由供气系统来实现。良好铸件的关键，这个控制完全由供气系统来实现。根据不同铸件，不同铸件的要求，供气系统应可以任根据不同铸件，不同铸件的要求，供气系统应可以任意调节，工作要稳定可靠，结构要使维修方便。意调节，工作要稳定可靠，结构要使维修方便。2023/1/42023/1/4低压铸造机2023/1/42023/1/42023/1/42023/1/4 低压铸造设备主要由：保温炉及密封坩埚系统 三部分组成 机架及铸型开合机构 液面加压控制系统按铸型与保温炉的连接方式，可分为下列两种类型：顶铸式低压铸造
23、机 侧铸式低压铸造机2023/1/42023/1/4顶铸式低压铸造机顶铸式低压铸造机2023/1/42023/1/4顶铸式低压铸造机 铸型置于保温炉的顶部，一台炉只能安放一副铸型，是目前用得较广的机型。特点：结构简单，操作方便，但生产效率低，铸件冷却缓慢，凝固时间长，热应力严重；下型不能设顶杆装置，只能由上型带出铸件。2023/1/42023/1/4侧铸式低压铸造机侧铸式低压铸造机2023/1/42023/1/4侧铸式低压铸造机 铸型置于保温炉的侧面，铸型和保温炉由升液管连接。一台保温炉可供两副铸型交替作业，也可同时作业。特点：生产效率高，装料、撇渣和处理金属液都方便，同时铸型受热条件得到改善
24、，热能耗量小。2023/1/42023/1/42023/1/42023/1/4 低压铸造设备总体示意图 2023/1/42023/1/4保温炉及密封坩埚系统1、保温炉 电阻保温炉在低压铸造生产中应用最普遍。其结构简单、操作方便。电阻保温炉适用于铝、镁合金。工频和中频感应炉耗电省、熔化率高，适用于铝、镁、铜合金及铸铁和铸钢熔炼、保温，越来越受到重视。2023/1/42023/1/4铸型开合机构铸型开合机构有 手动 机械传动 气动传动 液压传动2023/1/42023/1/4液面加压控制系统 液面加压控制系统的作用：实现充型速度自由可调，坩埚液面下降、气压泄露可以补偿，保压压力可调，连续生产时工艺
25、再现性好。2023/1/42023/1/4低压铸造工艺 低压铸造工艺过程由下列工序组成:金属熔炼 升液管和坩埚保温准备 低压浇注 开型取件 2023/1/42023/1/4一、判断题1、低压铸造浇注过程中，金属液面到浇道口的高度将随坩埚中金属液面的下降而减小。（）2、低压铸造时，内浇道开在薄壁处，保压时间可以长些。（）3、低压铸造时，用干砂型浇注薄壁铸件，应尽量提高充型速度。（）4、低压铸造的浇注温度，在保证铸件成型的前提下，应尽量高些。（）5、低压铸造设备中的升液管的出口面积应小于铸件热节面积。（）2023/1/42023/1/4二、选择题1、下列特种铸造方法中，能生产最薄铸件的方法是 。A
26、 熔模铸造 B 金属型铸造 C 低压铸造 D 离心铸造2、大批量生产的非铁合金铸件采用低压铸造时，多采用 。A 金属型 B 砂型 C 石墨型 D 陶瓷型2023/1/42023/1/4三、问答题1、低压铸造时，待铸型充满后，为什么还要继续增压？此压力增至多少为宜？2、低压铸造浇注系统设计应使铸件按什么样原则凝固？如何保证达到此原则？3、根据低压铸件形成过程特点，为了保证铸件质量，应控制哪些工艺参数？4、压缩空气为什么要经过干燥过滤才能供低压铸造使用？5、采用湿砂型低压铸造时，结晶压力为什么不可太高？还需要快速增压吗？2023/1/42023/1/4谢 谢！THANK YOUSUCCESS2023/1/471可编辑