1、2021-12-127 特種低壓鑄造技術2021-12-122021-12-12 目 錄 7.1差壓鑄造 1 概述 1） 差壓鑄造的工作原理 2） 差壓鑄造工藝特點 2 差壓鑄造設備結構設計 3 差壓鑄造鑄件工藝設計 4 差壓鑄造工藝 5 應用范圍7.2 真空差壓鑄造（調壓鑄造）7.3 真空吸鑄2021-12-122021-12-127.1 7.1 差壓鑄造差壓鑄造 1 1 概述概述 差壓鑄造（也稱反壓鑄造），是液態金屬在差壓鑄造（也稱反壓鑄造），是液態金屬在差壓差壓作用下，充填到預先有一定壓力的鑄型中，進行結作用下，充填到預先有一定壓力的鑄型中，進行結晶、凝固而獲得鑄件的一種工藝方法。是低壓

2、鑄造晶、凝固而獲得鑄件的一種工藝方法。是低壓鑄造和壓力下結晶凝固兩種工藝的結合。和壓力下結晶凝固兩種工藝的結合。 2021-12-122021-12-12 該工藝可以根據鑄件形狀，工藝要求和鑄型該工藝可以根據鑄件形狀，工藝要求和鑄型特點，調整型腔內的壓力，使金屬液特點，調整型腔內的壓力，使金屬液受控受控制地流制地流進鑄型，并在不改變鑄型受力狀態條件下，使鑄進鑄型，并在不改變鑄型受力狀態條件下，使鑄件在件在較高的壓力下凝固較高的壓力下凝固，生產出用其它成形方法，生產出用其它成形方法難以澆注的難以澆注的復雜、薄壁、整體鋁鑄件復雜、薄壁、整體鋁鑄件，解決了鑄，解決了鑄件澆注技術中的一個重大關鍵。件澆

3、注技術中的一個重大關鍵。2021-12-122021-12-121） 差壓鑄造的工作原理 差壓鑄造工藝原理示意圖差壓鑄造工藝原理示意圖 2021-12-122021-12-12 鑄型放在上壓力筒中，坩堝爐放在下壓力筒中，上下壓力筒以中隔板分開，升液管使鑄型與保溫爐相通。 金屬液充型方法有：1）增壓法： 2）減壓法：2021-12-122021-12-122） 差壓鑄造工藝特點 因差壓鑄造金屬液是在一定壓力下充型，故帶來一因差壓鑄造金屬液是在一定壓力下充型，故帶來一系列有利于獲得優質鑄件的因素。系列有利于獲得優質鑄件的因素。（1） 可以控制充型速度；可以獲得不同壓差可以控制充型速度；可以獲得不同

4、壓差PP充型速度，充型速度，獲得最佳的充型速度；獲得最佳的充型速度；（2） 可獲得最優質的充型金屬液，可避免外來夾雜物進入可獲得最優質的充型金屬液，可避免外來夾雜物進入型內。型內。（3） 由于在高壓下結晶凝固，因此鑄件補縮條件改善，從由于在高壓下結晶凝固，因此鑄件補縮條件改善，從而大大提高鑄件的致密度；鑄件局部最薄厚度可達而大大提高鑄件的致密度；鑄件局部最薄厚度可達0.250.25毫米，且輪廓清晰。毫米，且輪廓清晰。2021-12-122021-12-12（4 4） 在保壓期間，鑄件仍處于高壓狀態，在外壓在外壓力作用下，會產生微量的塑性變形，從而減少力作用下，會產生微量的塑性變形，從而減少“顯

5、微縮松顯微縮松”，提高鑄件的機械性能；，提高鑄件的機械性能；與低壓鑄造相比，差壓鑄造的鑄件材料的抗拉強度可提高10-50，伸長率可提高25-50。（5 5） 在高壓下結晶凝固高壓下結晶凝固，又可提高氣體在金屬液中的溶解度，因而能大大減少鑄件中的能大大減少鑄件中的“氣孔氣孔”和和“針孔針孔”缺陷缺陷。2021-12-122021-12-12（6） 鑄件表面質量改善鑄件表面質量改善-由于壓差P的可調性，因此，可以通過壓差P減少“冷隔”及“機械粘砂”；（7）可以實現控制氣氛澆注可以實現控制氣氛澆注； （8）便于機械化和自動化，提高了勞動生產率，減少了清理工作量和改善了勞動條件。2021-12-122

6、021-12-12鑄造方法 力學性能 ZL101 ZL102壁厚 5mm壁厚 20mm壁厚 5mm壁厚 20mm差壓鑄造抗拉強度b/Mpa 171 190 190 184斷后伸長率/% 8.0 7.2 6.5 6.5低壓鑄造抗拉強度b /Mpa 171 132 168 143斷后伸長率/% 4.0 2.0 4.0 2.0差壓鑄造與低壓鑄造鋁合金力學性能的比較2021-12-122021-12-122 2 差壓鑄造設備結構設計差壓鑄造設備結構設計 差壓鑄造設備主要有三部分組成： 主機 壓力控制 供氣2021-12-122021-12-12 差壓鑄造設備外形圖2021-12-122021-12-1

7、2 差壓鑄造設備組成示意圖2021-12-122021-12-121） 壓力罐設計 封頭部分2） 鎖緊機構3） 充氣方法 氣控系統及其附屬裝置2021-12-122021-12-123 差壓鑄造鑄件工藝設計1）澆注位置的選擇 確立澆注位置時，要使鑄件由遠離澆道處先要使鑄件由遠離澆道處先凝固，澆道最后凝固，實現鑄件順序凝固，凝固，澆道最后凝固，實現鑄件順序凝固，常常是將鑄件薄壁部位遠離澆道，讓金屬液從厚壁處引入，與低壓鑄造澆注位置的選擇是相同的。2021-12-122021-12-122）加工余量及工藝余量 對于壁厚均勻的鑄件，為了實現向澆口方向的順序凝固，可以采取增加加工余量，不加工平面可以采

8、用工藝余量的辦法，使鑄件壁厚向澆道方向遞增。3）澆注系統的選擇（1）合理的澆注系統應滿足的要求 在保證金屬液平穩充型的前提下，充型要快。 有利于擋渣及排氣。 有利于鑄件實現順序凝固。2021-12-122021-12-12（2）澆注系統的形式 一般選用底注式澆注系統，鋁、鎂合金鑄件常采用開放式澆注系統，對于高度大于300mm的鑄件，可以選用縫隙式澆注系統。2021-12-122021-12-12 鎂合金殼體類鑄件差壓鑄造工藝 2021-12-122021-12-124）冒口與冷鐵 差壓鑄造有效地強化了冒口的補縮作用，因此，對個別厚大的熱節部位，一般只需采用暗冒口。冷鐵常和冒口、澆道配合使用，用

9、以加快鑄件局部熱節處的冷卻速度，使該熱節部位與相鄰的連接壁同時凝固，以達到整個鑄件順序凝固的目的。 2021-12-122021-12-124、差壓鑄造澆注工藝 1）差壓鑄造澆注過程的特點 差壓鑄造加壓分為6個階段 0t1: 充氣階段 t1t2: 壓力平衡階段 t2t3: 升液階段 t3t4: 充型階段 t4t5: 保壓階段 t5t6: 互通階段2021-12-122021-12-12 差壓鑄造加壓工藝示意圖 增壓法增壓法減壓法減壓法2021-12-122021-12-12 差壓鑄造的充氣、排氣特性圖 增壓充氣特性 減壓充氣特性 2021-12-122021-12-12 增壓法和減壓法比較 增

10、壓法：從特性曲線上看出，升壓曲線ab線段性較 差，金屬液充型速度會發生波動。 減壓法： ab段占整個曲線比例很小，非常接近直線，因此，減壓法金屬液上升平穩。2021-12-122021-12-12 2）工藝參數的選擇 （1）充型壓力差p 可按 p=HK/10200計算 （2）結晶壓力 結晶壓力越大，鑄件越致密，鑄件力學性能也越好。結晶壓力和鑄件結構、合金結晶特性等因素有關。 （3）升液速度 為保持金屬液平穩、緩慢升液。避免噴濺，升液應較慢。 2021-12-122021-12-12（4）充型速度 充型速度應比升液速度快，但不宜過快，要防止二次夾雜的產生。充型速度與鑄件復雜程度、壁厚、大小和合金

11、種類有關，所用鑄型種類有關。（5）保壓時間 保壓時間應大體與鑄件凝固時間相同。保壓時間與鑄件大小、壁厚、合金種類及結晶壓力等有關。鑄件壁厚越厚，合金結晶溫度范圍越寬，保壓時間就越長。（6）澆注溫度 差壓鑄造澆注溫度比一般重力鑄造可低些。鋁合金，澆注溫度可低3060。 2021-12-122021-12-125 應用范圍 差壓鑄適除了可用砂型外，也可用金屬型。單件、單件、小批量生產時可用砂型，生產批量大時，可用金屬型。鑄小批量生產時可用砂型，生產批量大時，可用金屬型。鑄件重量可從小于件重量可從小于1kg1kg至至100kg100kg以上。以上。 目前國內最大鑄造直徑目前國內最大鑄造直徑540mm

12、540mm、高度、高度890mm890mm、壁厚、壁厚8 810mm10mm的的大型復雜薄壁整體艙鑄件。可鑄造的合金有鋁合金、鑄件。可鑄造的合金有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金，還有鑄鋼。生產的鑄件有電機鋅合金、鎂合金、銅合金，還有鑄鋼。生產的鑄件有電機殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導輪、船體等。殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導輪、船體等。 在壓力鑄造機上生產受投影面積或壁厚限制的鑄件均可用差壓鑄造法生產。2021-12-122021-12-127.2 真空差壓鑄造 1、工作原理2021-12-122021-12-122021-12-122021-12-12調壓鑄造控制系統的原理框圖調壓鑄

13、造控制系統的原理框圖 2021-12-122021-12-12 （10） 或 P1-P2=P=常數 （11）12dpdpdtdt2021-12-122021-12-12式中 P1-上密封室的壓力（Mpa）； P2-下密封室的壓力（Mpa）； P-充型壓力（上下密封室壓力差） （Mpa）； t-時間（s）。 2021-12-122021-12-12 2、工藝特點 1）鑄型的充填和鑄件凝固分別在不同壓力下進行，具有十分優良的充型能力和凝固條件，便于生產具有高氣密性的大型復雜薄壁鑄件。 2）調壓鑄造是在真空條件下充型，金屬液充型性好，不會卷氣。充型的調壓既保證了鑄件在壓力下凝固，但鑄型所受的最高壓力

14、不超過充型壓力。這樣可采用透氣性差、強度低的鑄型。 3）由于調壓鑄造時壓力場貫穿整個充型和凝固過程，因此，鑄件的壁厚效應小，便于澆注壁厚相差較大的鑄件。 2021-12-122021-12-12 3、應用 主要用于生產薄壁、復雜的高精度鑄件，適用于非鐵合金和黑色金屬，尤其適用于鋁、鎂合金的鑄件。2021-12-122021-12-127.37.3 真空吸鑄真空吸鑄 1、工藝過程 真空吸鑄是將鑄型澆道插入金屬液中，再將鑄型抽真空，使鑄型型腔內為負壓，讓金屬液充型，并在負壓下進行冷卻、凝固的鑄造方法。2021-12-122021-12-12 帶結晶器的真空吸鑄示意圖 2021-12-122021-

15、12-12 熔模鑄造真空吸鑄設備示意圖 2021-12-122021-12-12 真空吸鑄工藝過程 2021-12-122021-12-12合金種類鑄造方法抗拉強度bMPa斷后伸長率布氏硬度HBS條件ZCuSn10Zn2真空吸鑄37314.6107耐磨性比砂型鑄造提高7%砂型鑄造2351397ZL105A熔模真空吸鑄344.614.0_熔模重力鑄造311.58.0_ZG0Cr17Ni4Cu4Nb熔模真空吸鑄1275.713.5_熔模重力鑄造1246.111.0_ 真空吸鑄對鑄件力學性能的改善真空吸鑄對鑄件力學性能的改善2021-12-122021-12-122、工藝特點 （1）提高了鑄件質量、

16、減少廢品。鑄件晶粒細化，力學性能提高。 （2）有良好的充型性能，可生產更薄的鑄件。 （3）大大提高了進水液利用率、工藝出品率高。 （4）簡化工藝，降低成本。 （5）改善澆注條件，易于實現機械化。2021-12-122021-12-12 3、應用范圍 用結晶器的真空吸鑄通常用于生產直徑小于120mm的圓筒、圓棒類鑄件。特別是銅合金鑄件應用廣泛,鋁合金的應用也在發展中。 2021-12-122021-12-124、設備 帶結晶器的真空吸鑄設備由熔化爐、主機、冷卻系統和真空系統組成。 主機由結晶器及結晶器移動機構組成。結晶器由內套、外套、水管及抽真空喉管等組成。 真空系統則由真空裝置、測量儀表和真空

17、調節裝置組成。 有兩種獲得負壓的方法，一是用負壓噴嘴造成負壓；另一種是用真空泵獲得負壓。2021-12-122021-12-12 帶結晶器的真空吸鑄設備組成圖2021-12-122021-12-12 真空吸鑄用結晶器2021-12-122021-12-125 5、工藝 （1）鑄件最大理論吸鑄高度 由于真空吸鑄是靠大氣壓力把金屬液吸入結晶器中，因此鑄件有一個最大理論吸鑄高度，按下式計算： hmax=76013600/ 式中 hmax-鑄件最大理論吸鑄高度（mm）； 760-無反壓力時管內水銀上升高度（mm）； 13600-水銀密度（kg/m3）； -液體金屬密度（ kg/m3 ）。2021-12

18、-122021-12-12 （2）吸鑄真空度 吸鑄預定高度鑄-件時，所需吸鑄真空度由下式計算： Pv=133.3L/13600式中 Pv-吸鑄真空度（Pa）； L-鑄件預定吸鑄高度（mm）； -液體金屬密度（kg/m3）； 13600-水銀密度（kg/m3）； 133.3-計算單位Pa的換算值。2021-12-122021-12-12 （3）結晶器口浸入金屬液的深度 吸鑄時，爐內金屬液面在不斷下降，結晶器也應隨之下降，應保證吸鑄完畢時，結晶器口離金屬液面10mm的接觸深度。 圓形池結晶器口浸入深度可按下式計算： 10)(222211RrrLH2021-12-122021-12-12式中 H1-

19、晶器口浸入深度（mm）； L-鑄件長度（mm）； r1-鑄件外圓半徑（mm）； r2-鑄件內圓半徑（mm）； R-熔池半徑（mm）。 2021-12-122021-12-12 吸鑄前后結晶器浸入金屬液情況的變化2021-12-122021-12-12 其他形狀的熔池的浸入深度按（15）式計算： （15） 10)(22211ArrLH式中 H1-晶器口浸入深度（mm）； L-鑄件長度（mm）； r1-鑄件外圓半徑（mm）； r2-鑄件內圓半徑（mm）； A-熔池面積（mm2）。2021-12-122021-12-12（4）凝固時間 真空吸鑄時鑄件的凝固時間受鑄件凝固厚度、合金種類、冷卻水溫度、澆

20、注溫度、充型速度、結晶器的導熱性能等因素影響。 生產中可先按下式進行初步計算，再經生產試驗修正：kt/22021-12-122021-12-12式中 t-凝固時間（min）； -凝固層厚度（mm）， k-凝固系數（mm/min2），與結晶器冷卻強度有關， k=3070 mm/min2。2021-12-122021-12-12 （5）吸鑄溫度 吸鑄溫度可比一般鑄造的澆注溫度低一些。 （6）鑄件加工余量 一般小頭留11.5mm加工余量。（7）結晶器內可安裝強度較高的砂芯來形成稍復雜的異形件。 （8）結晶器用涂料。 2021-12-122021-12-126 6、熔模真空吸鑄、熔模真空吸鑄1）種類

21、熔模真空吸鑄可分為兩種。 一種是生產一般合金熔模鑄件的真空吸鑄（又稱CLA法）。 另一種是用于生產高溫合金及易氧化合金的真空熔煉澆注的吸鑄法（又稱CLV法）。2021-12-122021-12-12 CLV法吸鑄裝置示意圖 2021-12-122021-12-12 2）工藝中的幾個特殊問題 （1）型殼的強度和透氣性 為使真空吸鑄順利進行，型殼必須有足夠高的強度和高溫透氣性。 （2）吸鑄壓力 一般來說應在保證充型良好的前提下盡量采用較低的吸鑄壓力。 2021-12-122021-12-12 型 殼 種 類允許吸鑄壓力（kMPa) 硅溶膠 電熔剛玉 101.0鋁礬土或煤矸石 101.0 硅酸乙酯 硅 砂 33.1電熔剛玉 53.3鋁礬土或煤矸石 60.0 水玻璃 硅 砂 33.3 各種型殼允許的最大吸鑄