差压铸造完整版本

25.04.2020,7特种低压铸造技术,25.04.2020,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,25.04.2020,7.1差压铸造1概述差压铸造（也称反压铸造），是液态金属在差压作用下，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。是低压铸造和压力下结晶凝固两种工艺的结合。,25.04.2020,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，使金属液受控制地流进铸型，并在不改变铸型受力状态条件下，使铸件在较高的压力下凝固，生产出用其它成形方法难以浇注的复杂、薄壁、整体铝铸件，解决了铸件浇注技术中的一个重大关键。,25.04.2020,1）差压铸造的工作原理,差压铸造工艺原理示意图,25.04.2020,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：,25.04.2020,2）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P充型速度，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型内。（3）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0.25毫米，且轮廓清晰。,25.04.2020,（4）在保压期间，铸件仍处于高压状态，在外压力作用下，会产生微量的塑性变形，从而减少“显微缩松”，提高铸件的机械性能；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）在高压下结晶凝固，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“气孔”和“针孔”缺陷。,25.04.2020,（6）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；（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。,25.04.2020,差压铸造与低压铸造铝合金力学性能的比较,25.04.2020,2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,25.04.2020,差压铸造设备外形图,25.04.2020,差压铸造设备组成示意图,25.04.2020,1）压力罐设计封头部分2）锁紧机构3）充气方法气控系统及其附属装置,25.04.2020,3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。,25.04.2020,2）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。,25.04.2020,（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。,25.04.2020,镁合金壳体类铸件差压铸造工艺,25.04.2020,4）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。,25.04.2020,4、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,25.04.2020,差压铸造加压工艺示意图,增压法,减压法,25.04.2020,差压铸造的充气、排气特性图,增压充气特性,减压充气特性,25.04.2020,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。,25.04.2020,2）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。,25.04.2020,（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，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。,25.04.2020,5应用范围差压铸适除了可用砂型外，也可用金属型。单件、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1kg至100kg以上。目前国内最大铸造直径540mm、高度890mm、壁厚810mm的大型复杂薄壁整体舱铸件。可铸造的合金有铝合金、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。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。,25.04.2020,7.2真空差压铸造,1、工作原理,25.04.2020,25.04.2020,调压铸造控制系统的原理框图,25.04.2020,（10）或P1-P2=P=常数（11）,25.04.2020,式中P1-上密封室的压力（Mpa）；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）。,25.04.2020,2、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。,25.04.2020,3、应用主要用于生产薄壁、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。,25.04.2020,7.3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。,25.04.2020,带结晶器的真空吸铸示意图,25.04.2020,熔模铸造真空吸铸设备示意图,25.04.2020,真空吸铸工艺过程,25.04.2020,真空吸铸对铸件力学性能的改善,25.04.2020,2、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。,25.04.2020,3、应用范围用结晶器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。,25.04.2020,4、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。,25.04.2020,带结晶器的真空吸铸设备组成图,25.04.2020,真空吸铸用结晶器,25.04.2020,5、工艺（1）铸件最大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）。,25.04.2020,（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。,25.04.2020,（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：,25.04.2020,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）。,25.04.2020,吸铸前后结晶器浸入金属液情况的变化,25.04.2020,其他形状的熔池的浸入深度按（15）式计算：（15）,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）；A-熔池面积（mm2）。,25.04.2020,（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：,25.04.2020,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=3070mm/min2。,25.04.2020,（5）吸铸温度吸铸温度可比一般铸造的浇注温度低一些。（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。,25.04.2020,6、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）。,25.04.2020,CLV法吸铸装置示意图,25.04.2020,2）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在保证充型良好的前提下尽量采用较低的吸铸压力。,25.04.2020,各种型壳允许的最大吸铸压力,25.04.2020,（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。,25.04.2020,型壳与吸铸室的密封,25.04.2020,吸铸室示意图,25.04.2020,（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