《智能控制的薄壁铝合金铸件真空差压铸造工艺与理论.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能控制的薄壁铝合金铸件真空差压铸造工艺与理论.pdf（120页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 I摘摘 要要 近无余量、高精度、高性能、复杂薄壁有色合金铸件是 21 世纪铸造业的发展趋势之一，在航空航天、国防、汽车工业等基础产业具有重要的地位和广阔的应用前景，但现有的精密成形工艺尚不能完全满足质量要求高的复杂薄壁有色合金铸件的生产要求。本研究针对复杂薄壁铝合金铸件的特点，在吸收了真空吸铸、低压铸造、差压铸造工艺优点的基础上，提出了一种在真空条件下低压充型，高压下结晶的新型差压铸造精密成形工艺真空差压铸造，并探讨了真空差压铸造工艺和理论，开发了具有使用价值的基于智能控制的真空差压铸造设备，解决
2、了国防和民用工业中小批量、铸件质量要求高的复杂薄壁铝合金铸件精密成形问题。本研究提出了真空差压铸造原理及工艺，其采用真空条件下低压充型，高压下结晶的原理，工艺分为抽真空、充型、升压、保压和卸压五个阶段，充型和结晶可在不同压力下进行，具有优越的充型流体力学和凝固的力学条件，解决了一般的反重力铸造工艺在铸造复杂薄壁铸件方面存在的气体反压力和充型等问题，并自行设计和研制了一套 VCPC-1 型真空差压铸造设备，为真空差压铸造工艺的理论研究和生产应用打下了良好的基础。本文系统地研究了真空差压铸造的智能控制系统，采用 MATLAB 对真空差压铸造数字 PID 控制和模糊控制算法进行了仿真分析，在此基础上
3、，确定了真空差压铸造智能控制系统采用模糊控制算法；采用 Delphi 语言开发了真空差压铸造智能控制的可视化界面，界面以视窗形式弹出，功能齐全，简单实用，具有良好的人机对话功能；采用串行通信技术，真空差压铸造智能控制系统实现了下位机的近程控制和上位机的远程控制。下位机采用单片机控制，主要便于在现场实时监测整个工艺过程；上位机采用 PC 机控制，主要用于传输、保存和打印数据，显示和再现整个工艺过程，可以在 500m 的范围进行控制操作。试验结果表明，研制的真空差压铸造智能控制系统高效可靠，运行良好，完全能够满足工艺要求。系统研究了真空差压铸造工艺的充型理论，自行研制了一套智能化的电极触点 华 中
4、 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 II法流动形态测试系统，在此基础上，测试了不同壁厚铝合金铸件和不同充型速度下真空差压铸造工艺的充型流动形态，探讨了真空差压铸造铝合金薄壁铸件的充型规律，提出了“临界加压速度”或“临界充型速度”的概念，同时建立了真空差压铸造工艺的“正向充填”和“反向充填”理论，并探讨了金属液的流动形态与铸件质量的关系，为真空差压铸造充型工艺的优化提供了理论依据。系统研究了真空差压铸造工艺的凝固补缩理论，探讨了不同结晶凝固压力下真空差压铸造铝合金试样的致密度和显微组织变化规律，建立了真空差压铸造工艺凝固补缩过程的数学模型，得
5、出晶间不同部位（X处）的补缩速度公式为：+=gRXPTGTGDu)1(82(1222保 指出晶间X处的补缩速度主要取决于结晶凝固时保压压力P保的大小，保压压力P保越大，晶间X处的补缩速度就越快。在此基础上，提出了真空差压铸造工艺的枝晶挤滤渗流补缩理论，并得到金属液的挤滤渗流能力公式为:+=FLPPrPKG)2(气静保 指出挤滤渗流作用的大小主要取决于保压压力P保，保压压力P保越大，挤滤渗流作用就越强，金属液就能够更顺利的通过凝固枝晶间的狭窄通道向补缩区流动，从而更有利于对固-液界面的凝固补缩。凝固补缩理论的研究为真空差压铸造复杂薄壁铝合金致密铸件提供了理论基础。建立了真空差压铸造工艺参数包括真
6、空度、充型速度、充型压差、升压速度、结晶压力和保压时间等的确定原则，并成功地小批量铸造了最小壁厚0.8mm，最大重量20kg的复杂薄壁铝合金壳体和箱体军品铸件，为航空企业开发了VCPC-2型真空差压铸造系统，表明真空差压铸造技术已具备生产1mm以下的近无余量、薄壁复杂铸件的能力，并适用于熔模精铸型、砂型、金属型、石膏型等多种铸型生产，为我国真空差压铸造技术的推广应用打下了良好的基础，具有广阔的应用前景。关键词：关键词：真空差压铸造，薄壁铸件，铝合金，智能控制，充型，凝固补缩 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 IIIAbstract
7、Near net shape，high accuracy，high performance，complicated and thin-wall nonferrous alloy castings is one of developing trend of foundry industry in the 21st century，and have important status and broad application prospect in basic industries such as aviation，airsPace，national defense，car and automob
8、ile industry fields.But existing processes have not satisfied producing demand of high-qulity，complicated and thin-wall nonferrous alloy castings completely.In the Paper，according to the characteristics of complicated and thin-wall aluminum alloy castings，a new counter-pressure casting process named
9、 vacuum counter-pressure casting was presented on the basis of suction casting，low-pressure casting and counter-pressure casting process，which adopted to low-pressure fill mould under the condition of vacuum and crystallize under high pressure.Meanwhile，its principle and theory were investigated，and
10、 its equipment based on intelligent control was developed，which solved middle or short run，high-qulity，complicated and thin-wall aluminum alloy castings forming accurately in national defense and civilian industries.First of all，vacuum counter-pressure casting process and principle were presented，an
11、d its technology principle adopted to low-pressure fill mould under the condition of vacuum and crystallize under high pressure.Meanwhile，its process wsa divided into five stages：vacuumizing，filling mould，rising pressure，keeping pressure and releasing pressure，additionally，filling mould and crystall
12、ization could carry on at different pressure.So it had predominant filling hydrodynamics and solidification mechanics condition，and it solved the problem of gas counter pressure and filling mould which existed in general counter-gravity casting complicated and thin-wall aluminum alloy castings.meanw
13、hile，a set of VCPC-1 vacuum counter-pressure casting equipment was designed and developed by oneself，which had laid a good foundation for theory research and producing application of vacuum counter-pressure casting process.Intelligent control systems of vacuum counter-pressure casting were studied s
14、ystemically.Through simulation analyses of vacuum counter-pressure casting digital PID control and fuzzy control algorithm based on MATLAB，its intelligent control 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 IVsystems were comfirmed to adopte fuzzy control algorithm.Meanwhile，visual interface of
15、its intelligent control systems was developed by using Delphi language，which appeared in the form of window，and its functions was multiple，simple and practical，moreover，it had good persons-machine dialogue functions.Through serial communication technique，intelligent control systems of vacuum counter
16、-pressure casting realized short range control of hypogynous machine and long-distance control of epigynous machine.Hypogynous machine adopted the single-chip computer to control，which was convenient to monitor the whole process course real-time at the scene.Additionally，epigynous machine adopted PC
17、 computer to control，which was used mainly to transmit，save and print data，and show and reproduce the whole process course，moreover，it could control on the range of 500m.Results indicated Intelligent control systems of vacuum counter-pressure casting developed were high efficient and reliable，and ru
18、n well.Morover，they could meet process demand completely.Filling mould theory of vacuum counter-pressure casting process was studied systemically.Through a set of testing systems of intelligent electrode contacting method developed by oneself，filling mould flow morphology of vacuum counter-pressure
19、casting aluminum alloy was tested under condition of different thick castings and filling velocity.Meanwhile，its filling regulation was investigated，and the concept of critical pressurizing velocity and filling velocity was presented.Additionally，obverse and inverse filling mould theory of vacuum co
20、unter-pressure casting process was established，and relation of flow morphology and castings quality was discussed，which had provided theoretical foundation for filling process of vacuum counter-pressure casting.Solidification feeding theory of vacuum counter-pressure casting process was studied syst
21、emically，and changing regulation of the density and microstructure of vacuum counter-pressure casting aluminum alloy sample under different crystallization and solidification pressure was investigated.Meanwhile，mathematical model of its solidification feeding course was established，and feeding veloc
22、ity equation of X location between dendrite was obtained and shown below：+=gRXPTGTGDuk)1(82(1222 It was pointed that feeding velocity equation of X location between dendrite 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 Vdepended on magnitude of keeping pressure Pk mainly，moreover，the higher keepi
23、ng pressure Pk was，the quicker its feeding velocity was.On this basis，dendrite extrusion and infiltration feeding theory of vacuum counter-pressure casting process was presented，and extrusion and infiltration ability equation of molten metal was obtained and shown below：+=FLPPrPKGgsk)2(It was pointe
24、d that extrusion and infiltration effect depended on magnitude of keeping pressure Pk mainly too，moreover，the higher keeping pressure Pk was，the stronger its effect was，which could make molten metal Pass through narrow Passage between solidification dendrite to flow toward feeding area successfully.
25、Therefore，it benefited from solidification feeding for interface between solid and liquid.Study of solidification feeding theory provided theoretical foundation for vacuum counter-pressure casting complicated，thin-wall and sound aluminum alloy castings.Finally，determinate principle of vacuum counter
26、-pressure casting process Parameters such as vacuum degree，filling velocity，filling pressure difference，rising pressure velocity，crystallization pressure and keeping pressure time were established.Meanwhile，short run complicated and thin-wall shell and box body aluminum alloy military castings which
27、 the smallest wall was 0.8mm and the biggest weight was 20kg had been produced successfully，and VCPC-2 vacuum counter-pressure casting systems had been developed for aviation enterprise.Results indicated vacuum counter-pressure casting technology had possessed ability of producing near net shape，thi
28、n-wall and complicated castings under 1mm，and was suitable for many kinds of moulds such as investment casting，sand mould，permanent mould and gypsum mould，which had laid a good foundation for popularizing application of vacuum counter-pressure casting technology，and has broad application prospects.K
29、eywords：vacuum counter-pressure casting，thin-wall castings，aluminum alloy，intelligent control，filling mould，solidification feeding 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年 月 日 学位论
30、文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在_年解密后适用本授权书。本论文属于 不保密。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年 月 日 日期：年 月 日 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 11 绪绪 论论 1.1 本课题研究的背景和意义本课题研究的背景和意义
31、 铸造成形是制造复杂零件的最有效的方法，其在制造工业中占有极其重要的地位。随着科学技术的迅猛发展，对铸件的质量和要求也越来越高，特别是随着世界各国航空航天、国防、汽车工业等基础产业的不断发展，铸件正朝着近无余量、薄壁、高精度、高性能、复杂、整体化的方向发展。一九九九年在德国杜塞尔多夫举行的世界上规模最大、最有权威性的铸造国际博览会(GIFA99)展示1：21 世纪铸件的发展趋势是“精密化”、“轻量化”和“复合化”，并提出“近无余量铸件”和“零缺陷铸件”的口号。为适应未来市场的需求，面向 2 1 世纪的我国铸造业应体现以下特点：1.1.1 铸件的“近净形化”铸件的“近净形化”近净形化技术(Nea
32、r Net Shape Processes)也叫近无余量技术，是九十年代初国内外兴起的一种以提高产品零件的质量(特别是外观质量)为中心的综合性概念2-4。它涉及金属材料成形的多种工艺方法，特别是铸造成形工艺，由于铸件是利用液态金属成形的，所以实现铸件的近净形化(或近无余量铸造)具有独特的优越性。铸件的近净形化技术的含义是：从形状和结构上来看，铸件的内腔和外形用铸造方法一次成形，使其接近零件或部件的最终形状，这就是要实现铸件的大型化、复杂化和整体化，从而可将机加工和组装等工序减至最少；从尺寸精度和表面质量来看，使铸件能接近产品最终要求，做到无余量或少余量。这样不仅能满足商品化和市场竞争的需要，而
33、且被保留的铸造原始表面，有益于保持铸件的耐蚀、耐磨和耐疲劳等优越性能，从而提高产品寿命，这一点已为愈来愈多的用户所重视。对于生产和出售加工后铸件的铸造厂来说，近净形化提供了一个新的刺激因素，因为铸件可以增值。近净形化还为生产轻量化、薄壁化和高性能铸件，创造了有利的条件。据国外预测，铸件 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 2近净形化技术将有一个很大的发展5，近净形化技术已扩展到所有铸造方法6，7，由于特种铸造工艺易于实现高效化和柔性化，因此，特种铸造工艺是未来近净形铸件的主要生产技术8。1.1.2 铸件的“轻量化”铸件的“轻量化”铸件
34、轻量化也是未来铸件的发展趋势，铸件的轻量化主要表现在两个方面，一是铝、镁等轻合金的应用增加。近年来的铝合金铸件需求呈迅速增长的趋势，根据统计，从19701995的25年中，在世界范围内铝合金铸件的产量以每年4的增长率稳步增长9，主要是由于它比重轻同时具有较高的比强度(单位重量的强度)，这对于汽车和航空航天业产品来说十分重要。研究表明，每降低100kg汽车重量，油耗可降低0.7L/100km10，未来汽车既要求操作性能好又要求油耗低、无污染，有赖于广泛应用铝镁合金代替钢铁零件，实现“轻量化”。欧美国家的汽车制造商从80年代开始就着手于发动机缸体、缸盖的铝合金化，并取得了很大的成绩，在英国，198
35、9年，汽车单车用铝量为47kg，到了1992年为5060kg：据估计，到2000年，将达到115kg11；美国、日本等也有相同的趋势。而在我国，“九五”计划的轿车单车用铝量为30kg，轻型车为60kg9，差距是明显的。因此，铸件的轻合金化率越高，其轻量化的程度就越明显。二是薄壁铸件的应用增加。近年来的铸件的薄壁化需求呈迅速增长的趋势，据资料统计12，13，当铸件壁厚增加0.5mm时，平均铸件重量约增加11。在工业发达国家，目前存在一种趋势，在改造合金性能的基础上，采用更加合理的铸件结构，从而减轻其单件重量。19801985年间铸件平均重量下降了6，预计以后的5年中，在减薄铸件壁厚812的情况下
36、，铸件平均重量将减轻10。预计到2000年以后，法国的铸件壁厚将减薄1/41/3，从而使轻合金大型铸件的一般壁厚为1.52.5mm。因此，减轻铸件重量，大力开发优质铸件的制造材料和工艺是当前的发展趋势。1.1.3 铸件的“精密化”铸件的“精密化”权威制造专家认为“铸造精密成形是最节省的零件制造方法”。铸件的“轻量化”必须以铸件的“精密化”为前提，“近净形化、零缺陷铸造”是铸件内外质量好的最高体现。据统计，在机械加工行业中的能源消耗：轧材+机械加工需能耗 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 3266MJ/kg，而精密成形+少量加工只需能
37、耗 62.8MJ/kg1。例如：一个类似脸盆状的变矩器壳体模具，目前采用“锻铝胚数控加工”的方法，需用 100kg 的锻铝，耗费加工时数百小时，若采用精密成形方法获得精密铸件毛坯，再经少量机加工的方法，只需不到几十小时，消耗铝材仅 15kg，节约铝材约 85，经济效益十分显著。因此，铸件的“精密化”也是铸造技术的发展趋势。1.1.4 铸件生产的“复合化”铸件生产的“复合化”近年来，随着国内外铸件的“近净形化”、“轻量化”、“精密化”“整体化”，以及航空、航天、兵器、电子等行业的仪器设备的复杂化，复杂薄壁精密铸件获得更广泛的应用。许多铸件的壁厚仅1.52.0mm，这就给铸造工作者提出了更高的要求
38、，应采用先进的、合理的复合精密成形工艺来生产优质的复杂薄壁精密铸件。所谓复合精密成形工艺，即将几种精密成形工艺联合起来，利用每种精密成形工艺的优点，克服其缺点，形成一种新的复合精密成形工艺。目前，复合精密成形工艺已经有很多种，如真空压铸14，15、低压挤压铸造16、真空吸铸加压凝固17、调压精铸技术18等。1.1.5 铸件生产的“智能化”铸件生产的“智能化”与铸造行业其他领域的发展相比，计算机在铸造生产应用的历史相对很短，只有20多年的历程。但也就是这短短的20多年，计算机技术的推广使用已使古老的铸造业发生了天翻地覆的变化，传统铸造的生产手段和组织模式得以彻底变革。特别是随着80年代初PC机的
39、诞生以及单片机技术的出现，计算机自动控制与检测技术得以普及应用。80年代是国内铸造生产计算机自动控制与检测技术快速发展的时期，一系列的研究开发成果不断出现，并直接应用于铸造生产19。铸造生产的智能控制系统能够根据现场实际情况，自动发出准确合理的指令控制相关对象，它将越来越强调在线监控，强调集成化与远程化。在线化即能够对铸造过程或设备进行在线检测与控制，能够及时准确地反映现场状态，实时控制有关生产设备，从而使铸造过程或设备保持着最佳状态；集成化即各监控系统能够相互配合、相互协调，成为一个有机的整体；远程化即利用Intemet可以实现远程(异地)监控。铸造生产的“智能化”华 中 科 技 大 学 博
40、 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 4使铸件更能达到“近净形化”、“轻量化”、“精密化”“复合化”的要求，得到更加优质、高效、低成本、清洁、稳定的铸件。可以相信21世纪的铸造生产将是以计算机技术为中心的生产，是以信息技术为基础、各种先进技术普遍应用的生产，是基于知识与智能的、以人才为根本的现代化生产。综上所述，基于以上特点的未来铸造产品市场(尤其是国防工业、航空航天、轿车工业、家用电器、通讯器材、办公自动化等行业)对复杂薄壁有色合金铸件的产量需求及成形技术的要求越来越高，优良的成形性和内在质量的统一更加重要，因此未来铸造技术无疑要更广泛的引入高科技。然而，当前
41、我国有色合金铸件的现实生产中，普遍存在着铸件质量差、废品率高的现象，难获得高性能、无缺陷的有色合金铸件，尤其是复杂薄壁有色合金军品铸件，例如我国国防某型号飞机的起动机壳体和齿轮箱壳体铝合金铸件，国内长期以来采用一般的铸造方法生产，废品率达到90%以上，根本无法满足我国国防的需要。目前，我国国防工业、航空航天等军工企业很多复杂薄壁有色合金零部件需要从国外采购，无法自主生产制造，主要是设备和技术落后，军工企业面临着很大的压力，他们迫切需要改变这种落后状况。为改变这种落后的现状，应从以下几个方面加以解决：(1)从合金熔炼方面，主要应解决金属液的纯净化、成分合金化和组织的细化、均匀化问题，这一方面比较
42、容易解决；(2)从铸件成形工艺方面，则应着重研究先进的精密成形工艺方法，为获得近无余量、高性能、无缺陷的复杂薄壁精密铸件提供良好的成形和凝固条件，这一方面一直是我国铸造工作者研究的课题；(3)从计算机智能控制方面，应对先进的精密成形工艺采用计算机智能控制技术，使先进的精密成形工艺自动化、智能化，稳定铸件的质量，提高劳动生产率，降低铸件的成本，这也是未来铸造生产过程控制的主要发展方向。本课题就是基于以上背景提出的，旨在开发一种适用于复杂薄壁有色合金铸件，特别是铝合金铸件的计算机智能控制下的精密成形铸造新技术，这对于我国国防工业、航空航天、轿车工业、家用电器、通讯器材等行业的快速发展具有重要的现实
43、意义。华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 51.2 复杂薄壁铝合金铸件的特点及其成形工艺要求复杂薄壁铝合金铸件的特点及其成形工艺要求 1.2.1 复杂薄壁铸件的基本概念及其特征复杂薄壁铸件的基本概念及其特征 长期以来，人们一直难以对复杂薄壁铸件下一个准确的定义。然而，铸件的薄壁化是现代铸造技术的发展方向，明确“复杂薄壁”铸件的含义对于铸造技术的发展是有帮助的。在这方面，周尧和院士等多名学者对此作了一些工作，达成以下共识，他们认为复杂薄壁铸件的基本概念是18：(1)壁薄：一般小于4mm，局部薄至0.5mm，这类铸件往往由几个大的平面和曲
44、面组成，难以加工成形。(2)复杂：一是轮廓结构复杂，用其他铸造或机械切削加工方法都很难完成；二是从铸件结构设计的角度来看，要突破一些禁区，如厚薄断面的急剧过渡、凹凸急剧过渡等。铸件的允许最小壁厚与合金的种类和铸件表面积密切相关。铸件表面积越大，则允许最小壁厚就越大。可以这样认为：轻合金铸件的壁厚为24mm时，铸铁件壁厚在46mm(国外33.5mm)20时一般可称之为薄壁铸件，而铝合金铸件壁厚小于2mm，铸铁件 的壁厚小于3.5mm的时可称之为超薄壁铸件21，22。相对于厚大铸件来说，复杂薄壁铸件至少具备以下特征23：(1)在薄壁铸件的浇注过程中，由液态金属表面张力引起的拉普拉斯力占有重要作用，
45、设液态金属的表面张力为，铸件的壁厚为，拉普拉斯力的表达式为P4。研究表明，对铝合金平板类铸件来说，当铸件的壁厚大约小于4mm时，拉普拉斯力将对充型的流动状态产生很大影响，对于大型薄壁铸件，粘滞力的作用也将变得不可忽视。(2)薄壁铸件应具有精密铸件的含义，铸件尺寸精度和表面质量要求高，具有近无余量铸件的特征，除个别重要部件外，一般不需经粗加工工序。因为对于壁厚仅仅几毫米的薄壁铸件，不可能设置过大的加工余量或工艺余量，所以薄壁铸件应该是精密铸件，其尺寸精度(用公差等级表示)应低于CT6（HB610386）。(3)传热学因素在充型过程中起重要作用。充型时流动过程和传热过程相互影 华 中 科 技 大
46、学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 6响，铸件的温度场以及缩孔、缩松、欠铸、冷隔、氧化夹杂等铸造缺陷的形成由流体动力学因素和传热学因素共同确定。1.2.2 复杂薄壁铸件成形的基本要求复杂薄壁铸件成形的基本要求 根据复杂薄壁铸件的基本概念和特征，复杂薄壁类铸件的成形特点不仅因为壁薄、充型面积大，导致散热面积大，冷却速度快，而且金属液流动通道弯曲、变截面的细长通道多，一般采用重力浇注难以满足要求，因此其特种成形工艺的选择显得更为重要。针对复杂薄壁铸件的特点，对成形工艺应满足以下要求：(1)充型速度要快 复杂薄壁铸件的特点是型腔狭小，且弯弯曲曲，合金液充填过程
47、中要多次改变流动方向，流程长，温度降低显著，由此液态金属液粘度的增大，粘滞力和表面张力增加，因而其充填阻力增大，要求金属液在型腔中的平均充型速度比一般铸件要快。一般而言，充型速度过大将使充型过程不平稳，使紊流加剧，甚至会引起金属液的飞溅裹气、氧化夹杂等缺陷。但金属液的平均流速也不能小于最小临界速度，否则，就会产生浇不足、冷隔等缺陷而得不到完好的铸件。影响金属液在型腔中最小充填速度的因素很多，如浇注温度、铸件的高度和壁厚等，文献24介绍了决定最小充型速度的H.M.卡尔金公式：380ln22.0浇充thv (1-1)式中：充v金属液在铸型中的（最小允许）平均上升速度，cm/s；h-铸件高度，cm；
48、铸件厚度，cm；浇t 合金的浇注温度，。从式(1-1)可以看出，随着壁厚的减小，要求的最小允许充型速度增加。表1-1列出了铝合金金属液上升速度与壁厚的关系的经验数据24。实践证明，在保证薄壁铸件充填完整的前提下，型内液面上升越慢越好。华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 7表1-1 金属液在铸型中的上升速度与壁厚的关系的经验数据 壁厚（mm）4 5 6 8 10 12 15 20 30 充v(cm/s)经验数据 201 160.8 136 106.580.4 67 53.6 40.2 26.8 (2)铸型中的背压要尽可能小 薄壁复杂铸件
49、充型浇注时，型腔中的气体受热体积膨胀，反压力增大，阻碍金属液流入型腔，同时，浇注过程中铝合金液表面生成氧化膜，也会使金属液表面张力提高，因而使充填阻力增大，因此，尽可能地消除型腔中的背压，避免充型过程中的卷气是减少缺陷的重要措施。(3)增强补缩能力 复杂薄壁铸件平均壁厚小，表面积大，型腔狭小，且弯弯曲曲，合金液充填过程中要多次改变流动方向，流程长，金属液的补缩是很困难的，特别是对局部厚大处，补缩更加困难，常会形成缩孔、缩松等缺陷。这就需要增加金属液凝固过程中的补缩能力，使复杂薄壁致密。(4)选择合适的铸型材料 选择合适的铸型材料也是保证复杂薄壁铸件成形工艺的一个重要条件，目前复杂薄壁铸件采用的
50、铸型主要有熔模精铸型、石膏型、金属型、树脂砂型等。当采用金属型时能够得到较快的冷却速度、铸件结晶组织致密，铸件机械性能提高。但为了保证薄壁件的充型能力，需预热铸型到一定的温度。当采用非金属型材料作铸型时应注意使之不与金属液发生物理化学反应，同时又有较高的强度和好的溃散性。1.2.3 国内外复杂薄壁铝合金铸件成形技术的研究现状和发展趋势国内外复杂薄壁铝合金铸件成形技术的研究现状和发展趋势 1.2.3.1 压力铸造压力铸造 压力铸造的实质是在压铸机的压室内，浇入液态金属，使它在高压作用下以极高的速度充填型腔，并在高压作用下凝固而获得铸件的一种方法。采用压铸工艺生产的铸件组织致密，机械性能好，强度和