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1、第五章第五章低压铸造低压铸造低压铸造l低压铸造概述l低压铸造工艺过程l低压铸造工艺特点及应用l低压铸造工艺设计l低压铸造设备5.1 概述 低压铸造低压铸造是液体金属在压力作用下充填型腔，是液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。所以叫做低压铸造。低压铸造最早由英国人E.F.LAKE于1910年提出并申请专利。1950年以后由于汽车工业的发展，使低压铸造工艺和设备有了一个飞跃。汽车轮毂汽车轮毂由于质量要求高，本身结构又适于低压铸造，而且需求量大，因此极大地推动了低压铸造技术的发展。英国在60年代率先发展低
2、压铸造汽车轮毂，其后美国、日本、西德相继发展。1981年低压铸造汽车铸铝轮毂市场占有率仅4%，1994年扩大到40%，至2000年市场份额则扩大到了60%。低压铸造的主要特点：低压，自下而上，充型平稳低压，自下而上，充型平稳 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（压力铸造为高速高压几十至几百兆帕，而低压铸造为0.020.06MPa。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；带保温炉低压铸造工艺原理1-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-铸型不带保温炉
3、它是向储有金属液的坩锅中通入26N/mm压力的压缩空气或惰性气体，并作用在液面上，金属液自下自下而上而上通过升液管压入铸型型腔，并保持一定的压力保持一定的压力（或适当增压）（或适当增压），直到铸件凝固为止。然后去除液面压力，升液管及浇注系统中的未凝固金属未凝固金属液又在重力作用下流回坩锅流回坩锅。低压铸造工艺原理5.2 低压铸造工艺低压铸造工艺过程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。低压铸造
4、动画演示2023/1/30低压铸造过程：金属材料熔炼金属材料熔炼封闭炉体封闭炉体制备模具制备模具预热预热模具模具制备复合型芯制备复合型芯合模合模低压浇铸成型低压浇铸成型高压补缩、保压高压补缩、保压铸件成型后铸件成型后放气放气结结晶凝固晶凝固开型开型取出铸件取出铸件清理。清理。低压铸造工艺规范 低压铸造的工艺规范包括充充型型、增增压压、铸铸型型预预热热温度、浇注温度，以及铸型的涂料温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。（1）充型和增压低压铸造的充填完全由坩埚中金属液面气体的压力实现。P=HP气体压力；H金属液上升距离；金属液重度；阻力系数。升液压力升液压力当金属液面上升到浇口附近所需要的当金属液面上
5、升到浇口附近所需要的压力。压力。升液压力反映了金属液在升液管内的上升速度。上升速度应尽可能缓慢尽可能缓慢：有利于型腔排气防止金属液喷溅（2）充型压力和充型速度充型压力充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力。所需的压力。在充型阶段，金属液面的上升压速度就是充型速度。充型速度高于最小值，防止冷隔和欠铸不能过快，紊流卷气冲击铸型（3）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。获得的铸件组织也愈致密。但通过
6、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。结晶压力的通常取值范围在（结晶压力的通常取值范围在（0.10.25MPa）（4）保压时间型腔压力增至结晶压力后，并在结晶压力下保型腔压力增至结晶压力后，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持一段时间，直到铸件完全凝固所需要的时间叫保保压时间压时间。保保压压时时间间不不够够：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“放放空空”报废。保保压压时时间间过过长长：浇口残留过长，降低工工艺艺收收得得率率，造成浇口“冻结冻结”，铸件出型困难。（5）铸型温度及浇注温度低压铸造可采用各种铸型，低压铸造可采用各
7、种铸型，对非金属型非金属型的工作温度一般都为室温室温，无特殊要求，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，金属型的工作温度一般控制在200250 ，浇注薄壁复杂件时，可高达300350 。实践证明，在实践证明，在保证铸件成型的前提下，铸型温度愈低愈好。保证铸件成型的前提下，铸型温度愈低愈好。浇注温度一般比重力铸造低浇注温度一般比重力铸造低10102020；（6）铸型涂料采用金属型低压铸造时需涂刷涂料，目的提高铸型寿命。5.2.3 低压铸造具体的充型工艺上端敞开的有明冒口的铸型低压充型工艺的压力曲线5.2.3 低压铸造具体的充型工艺低压充型工艺的压力曲线湿砂型、薄壁复杂金属型件5
8、.2.3 低压铸造具体的充型工艺低压充型工艺的压力曲线厚壁砂型件缓慢增压结晶5.2.3 低压铸造具体的充型工艺低压充型工艺的压力曲线金属型、石墨型急速增压结晶工艺，改善补缩效果5.3 低压铸造的特点1 1、提高了、提高了铸型寿命和铸件质量铸型寿命和铸件质量低压铸造既克服了重力铸造流动性差、铸件成形不良和易形成缩孔及缩松的缺点；又克服了压力铸造填充速度过快，对铸型型腔的冲刷作用大，使铸型寿命降低和易在铸件上产生气孔的缺点。2 2、浇浇注注和和凝凝固固压压力力可可根根据据需需要要进进行行调调整整，由由于于填填充充压压力力适适当当，可可适适用用于于各各种种铸铸型型（金金属型、砂型等）。属型、砂型等）
9、。3 3、有较好的补缩作用、有较好的补缩作用由于在压力作用下充型，冷凝、能对浇口起由于在压力作用下充型，冷凝、能对浇口起补缩作用；且能补缩作用；且能实现自上而下的顺序凝固实现自上而下的顺序凝固，铸件组织致密，机械性能好。铸件组织致密，机械性能好。低压铸造时铸件的凝固过程低压铸造时铸件的凝固过程4 4、多采用金属铸型，生产效率高、多采用金属铸型，生产效率高进行低压铸造需解决坩锅以及坩锅与铸型间坩锅以及坩锅与铸型间的密封的密封问题。当采用砂型时，铸型安装比较麻烦，生产效率低，应用较少；采用金属铸型则生产效率高，应用较广。低压铸造的铸件精度和表面质量取决于所用铸型的种类。5 5、低压铸造设备简单，投
10、资少、低压铸造设备简单，投资少,易于实现易于实现。低压铸造主要缺点：升液管寿命短，升液管寿命短，且在保温过程中金属液金属液易氧化和产生夹渣。易氧化和产生夹渣。进行低压铸造需解决坩锅以及坩锅与铸坩锅以及坩锅与铸型间的密封型间的密封问题。1-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-铸型不带保温炉5.4 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铝合金和镁合金铸件合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞铝活塞等薄壁件薄壁件。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
11、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 120125 几种铸造方法铸件的力学性能比较5.5 低压铸造的工艺设计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
12、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。选用铸型参考原则：（1 1）铸件精度或质量要求较高，形状一般、生产）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，可选用批量较大的有色金属铸件，可选用金属型金属型。（2 2）铸件内腔复杂，不能用金属芯时，可用）铸件内腔复杂，不能用金属芯时，可用砂芯砂芯，外部用外部用金属型金属型。（3 3）精度要求不高的大、
13、中型铸件，在单件或小）精度要求不高的大、中型铸件，在单件或小批量生产时，可采用批量生产时，可采用砂型砂型。（4 4）铸件精度要求较高、成批生产时可用）铸件精度要求较高、成批生产时可用壳型壳型。（5 5）精度要求较高的大、中型铸件适宜用）精度要求较高的大、中型铸件适宜用陶瓷型陶瓷型。（6 6）铸件形状复杂、精度要求高的中小件）铸件形状复杂、精度要求高的中小件适宜采用适宜采用熔模型壳熔模型壳。（7 7）对特殊要求的单件、小批生产的铸件）对特殊要求的单件、小批生产的铸件可采用可采用石膏型石膏型、石墨型石墨型等。等。低压铸造工艺设计原则低压铸造工艺设计原则铸件远离浇口的部位先凝固，让浇口最后凝固，铸件
14、远离浇口的部位先凝固，让浇口最后凝固，使铸件在凝固过程中通过浇口得到补缩，实现顺序凝顺序凝固固。常采用下述措施：浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口；浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口；用加工余量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固；用加工余量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固；改变铸件的冷却条件。改变铸件的冷却条件。（1 1）浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离）浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口浇口（2 2）对壁厚比较均匀的铸件，可通过上、下不同的）对壁厚比较均匀的铸件，可通过上、下不同的加工余量，使加工余量，使铸件毛坯壁厚上薄下厚，铸件毛坯壁厚上薄下厚，
15、以利于顺以利于顺序凝固。序凝固。用砂型时可上、下采用不同厚度的冷铁；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，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。以保证铸件得到顺序凝固。（3）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，并吹风或通水强制冷却；、对复杂的缸盖，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。低压铸造浇注系统设计低压铸造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
16、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。浇注方式浇注方式 低压铸造多采用底注式底注式浇注系统。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。内浇道内浇道 对较大的、有多处热节的铸件，可采用多个内浇道。如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。材质：材质：ZAl104ZAl104铸件重量：铸件重量：10.5kg10.5kg外形尺寸：外形尺寸：495mm155m495mm155mm100mmm100mm壁厚：壁厚：5mm5mm耐压：耐压：0.6Mpa0.6Mpa 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
17、件直径大于对于筒体铸件，当铸件直径大于400mm400mm就可采就可采用用2 2个升液管。个升液管。对于易氧化的金属应采用开放式开放式浇注系统。对不易氧化的金属常采用封闭式封闭式浇注系统。内浇道具体尺寸可采用热热节节圆圆法法、模模数数法法、经经验验法法等计算方法加以确定，再在生产中试模、修正。对于使用单个内浇道的铸件一般采用：F F升液管出口升液管出口:F:F横横:F:F内内 =（2 22.32.3）:（1.51.51.71.7）:1:1冒口设计冒口设计 一般情况下多采用暗冒口暗冒口，只有特殊需要时才采用明冒口。铸型的排气铸型的排气低压铸造尤其是金属型透气性很差。金属液充填时，型腔中的气体如果
18、不能迅速排出，就会成为阻碍金属液继续充填的“反反压压力力”。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，除了配合部分的间隙外，应在分分型型面面上上开开设设排排气气沟沟槽槽，尤其在距距离离金金属属入入口口最最远远处处、型型腔腔深深凹凹部部位位的的“死死角角”及及型型腔腔最最高高部部位位上上，必必须须采采取取有有效效的排气措施（如设的排气措施（如设排气孔排气孔或或通气塞通气塞）。5.6 低压铸造设备低压铸造设备主要由：保温炉及密封坩埚系统保温炉及密封坩埚系统 三部分 机架及铸型
19、开合机构机架及铸型开合机构 液面加压控制系统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：顶铸式低压铸造机顶铸式低压铸造机 侧铸式低压铸造机侧铸式低压铸造机顶铸式低压铸造机 铸型置于保温炉的顶部，一一台台炉炉只只能能安安放放一一副副铸铸型型，是目前用得较广的机型。结结构构简简单单，操操作作方方便便，但但生生产产效效率率低低，铸铸件件冷冷却却缓缓慢慢，凝凝固固时时间间长长，热应力严重；热应力严重；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或多副铸型交替作业，也可同时作业。生产效率高，装料、生产效率高，装料、撇渣和处理金属液都撇渣和处理金属
20、液都方便，同时铸型受热方便，同时铸型受热条件得到改善，热能条件得到改善，热能耗量小。耗量小。保温炉及密封坩埚系统保温炉及密封坩埚系统炉体炉体熔池熔池密封盖密封盖升液管升液管保温炉的炉型：焦炭炉，煤气炉，电阻炉，感应炉等。目前广泛使用的是电阻加热炉，其次是感应炉。铸型开合机构铸型开合机构主要有手动式、机械传动式、气动传动式手动式、机械传动式、气动传动式和液压传动式和液压传动式等几种。液面加压控制系统（供气系统）作用：正确控制对铸型的充型和增压设计：根据不同铸件要求，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，连续生产时工艺再现性好。工作要稳定可靠 结构要使维修方便 气源：
21、空气压缩机手动半自动计算机控制5.7 特殊低压铸造工艺压差法低压铸造 利用铸型与坩埚之间的压力差进行充型。利用铸型与坩埚之间的压力差进行充型。目的提高结晶压力，使铸件更加致密。分为增压法和减压法增压法和减压法两类。增压法工艺过程：保温炉与铸型密封，通入压缩空气，金属液部分增压，充型凝固。减压法工艺过程：保温炉与铸型密封，通入压缩空气，逐步降低铸型区域气压，充型凝固。真空低压铸造对薄壁或复杂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。在浇注前先浇注前先将型腔中的气体抽出再进行浇注将型腔中的气体抽出再进行浇注，这时浇注速度可浇注速度可以提高，不会产生氧化夹杂和气孔等缺陷以提高，不会产生氧化夹杂和气孔等缺陷。