低、差压铸造-简化

确定铸型的种类
形状一般，精度或质量 要求较高、批量较大
金属型或石墨型
铸件内腔复杂 无法用金属型芯 可用砂芯
铸件精度要求高
熔模壳型或熔模石膏型
大型铸件 精度要求不高 单件或小批生产
可用砂型
原则二：
合金充型、结晶的工艺压力为0.05~0.07MP 应确保铸型能承受这种压力
原则三：
金属液凝固自上而下
所需保压时间为宜
二、低压铸造特点
基本特点
较强的补缩能力，无需复杂的浇注 系统和大量的冒口
金属液流动较平稳，充型能力较强
浇注过程的控制比较精确，自动化 程度比较高
1. 可用于铸造形状复杂的薄壁铸件 金属液在压力下充填，流动性好，充填能力强， 有利于获得轮廓清晰的铸件
2. 铸件力学性能高 铸件在压力下凝固，补缩效果好，致密度高， 力学性能好，可用于生产耐压、防渗漏的铸件
t2– t
升液、充 型阶段
增压法下压力罐 压力随时间递增
减压法上压力罐 压力随时间递减
t4 – t
保压 阶段
t5 – t
互通 阶段
增压法下压力 罐停止充气
减压法上压力 罐停止排气
上下压力罐间 压力差降至零
压力不变直 到凝固结束
多余合金液 经升液管返 回坩埚
上下压力罐同时排气，压力消失
熔化MPa下凝固，密度比常压下提高了13.32%
保压时间
金属液面上压力升至凝固压力 后开始，至铸件完全凝固时间
时间过长 浇口残留部分多
金属利用率低
铸件取出困难
升液管清理工 作量大
时间过短 铸件中尚未凝固金属液在重力作用 下沉回坩埚，使铸件“放空”而报
精确控制 获得优质铸件的重要工艺因素 铸型种类
铸型温度 铸件结构 浇注温度
铸件内浇口处无缩孔 或浇口残长40 mm左右
四、学校工作
1. 多功能复合差压铸造机
研制了国内尺寸最大的复合差压铸造机，采用压环锁紧 机构，结构合理，密封性能好，运行稳定可靠，具有差 压和低压铸造两种功能
上罐尺寸：Φ1600（内径）×2200（高）×14（壁厚） 下罐尺寸：Φ1600（内径）×1600（高）×14（壁厚）
上下罐工作压力： 0.7 MPa 最大压差： 0.15 MPa
五、差压铸造发展
1. 真空差压铸造
集合了真空吸铸、低压和差压铸造的优点
真空差 压铸造
控制真空罩和 坩埚内真空度
控制差压数值 控制充型速度
获得更为优 质的铸件
尤其适于生产 复杂薄壁铸件
真空
减小了铸型中的背压 减小了充型阻力
为充型压差建立了一 容易建立较大的 个较低的压力起点 充型压差
真空压铸能有效减少铸件的气孔
可用范围：几十mm至几千mm 最适范围：几百mm
5. 铸件壁厚
可用范围：0.7~150mm 最适范围：5~30mm
6. 复杂程度
可用范围：不限 最适范围：复杂形状
7. 应用产品
汽车、拖拉机、船舶、摩托车、柴油机、汽 油机、机车车辆、医疗器械、仪表等
铝合金件：曲轴箱壳、汽缸盖、活塞、飞轮、 轮毂、座架、汽缸体、叶轮等 各种壳体
铜合金件：螺旋桨、轴瓦、铜套、铜泵体等 铸铁件：柴油机缸体、球铁曲轴等
差压铸造
一、差压铸造原理及工艺过程
增压法
减压法
互通阀
下压力罐 铸型 型腔
工作台 压缩空气 升液管 熔化炉/ 保温炉 金属液 下压力罐
工艺过程
下压力罐压力 上压力罐压力
下压力罐压力 上压力罐压力
压力
充 升充 保 互 气 液型 压 通
金属液为凝固区域及时进行补缩， 防止产生缩孔和缩松
凝固压力一般高于充型压力，因此，有一个增压过程
k为增压系数，一般为1.3~2.0
补缩压力愈高，铸件组织愈致密
不同材料的铸型 不同结构的铸件
确定合适的凝固压力
过高的凝固压力
砂型芯浇注 厚大铝件
产生胀箱 铸件尺寸精度差 铸件粘砂 表面粗糙度值高
砂型浇注 凝固压力控制在30一50kPa
浇冒口系统简化
升液管中末凝固的金 属液可回流至坩埚中
工艺实收率一般可达90%
6. 适用范围宽
可用的铸型种类较多 可用的合金种类较多 生产批量的限制较少
7. 生产效率较高 减轻劳动强度 改善劳动条件 设备简单，容易实现机械化和自动化
三、低压铸造工艺设计原则
原则一：
铸件结构特点 铸件精度要求 生产批量大小
如1mm厚试样，与真空吸铸和重力铸造相比， 强度提高约20～25%，延伸率提高近一倍
2. 高压差压铸造
压力对铸件内部质量的影响
0.8MPa
2.2MPa
X光检验为航空标准一级优质铝合金铸件
压力对模拟件密度的影响
密度 , g/cm3
10
50
100
150
距浇口距离,mm
注 ∶ 常压下浇注密度为2.6323g/cm3
金属型浇注 凝固压力控制在50一70kPa
特殊铸件 凝固压力可达150一250 kPa 但最大不超过300 kPa
（2）增压速度
铸型种类 铸件结构
金属型 干型厚壁件
一般约取10kPa/s 取5kPa/s左右
湿砂型
应取较低值
4. 保压阶段—保压时间
P P3 P2
P1
t1 t2 t3
t4
t
升液 充型 增压保压
抗拉强度和硬度，一般比重力铸造提高10％左右
3. 防止铸件产生气孔和非金属夹杂物
根据铸件结构和铸型材 料等因素控制充型速度
金属液自下而上充填
金属液流方向与气体排 出方向一致
金属液充型平稳
避免金属液对铸型芯的冲刷 及卷入气体和氧化夹杂物
4. 铸件合格率高 一般可达95%且比较稳定
5. 合金的工艺出品率较高
变质衰退
粒细小 与耐磨性
比低压铸造提高抗拉强度 10~50％，伸长率25~50％
4. 存在问题
解决不好
重力的作用时 刻阻碍补缩
影响铸件的致密性， 易产生缩孔、缩松等
压力下结晶使气体以非气孔的形式残存在金属中
随着压力减小及温度的降 低，气体溶解度下降
有可能析出气体而形成孔洞
增压法中型内反压较大
影响液态金属 型内气体使金属液表面形 的充填能力 成氧化膜，表面张力提高
1. 铸造合金
可用范围：铝合金、镁合金、铜合金 合金铸铁、球墨铸铁、铸钢
最适范围：铝合金、黄铜
2. 铸型种类
可用范围：湿砂型、干砂型、树脂砂型 石墨型、石膏型、熔模壳型 金属型、陶瓷型
最适范围：金属型、石墨型、树脂砂型
3. 铸件重量
可用范围：几十克至几十吨 最适范围：几千克至几十千克
4. 铸件尺寸
合适的升液速度
金属液上升时顺利排出气体 不在浇口处产生喷溅
升液速度一般以控制在150 mm／s左右为宜
2 .充型阶段—充型速度
P P2
H2 H1
P1
t1 t2
t
升液 充型
充型速度： 充型速度
金属液流动状态 金属液温度分布
直接影响 铸件质量
充型速度慢
充填平稳 有利于排气 铸件温差大
砂型 厚壁铸件
充型速度太慢 金属液温度下降，粘度增大
充型速度太快
复杂薄壁件金属型铸造，易 产生冷隔、浇不足等缺陷
充填过程液流不平稳
气体来不及排出形成背压 阻碍液体金属充填
合适的充型速度一般通过试验确定
3 .增压阶段—增压压力和增压速度
P P3 P2
P1
t1 t2 t3
t
升液 充型增压
（1）增压压力
充型结束后
迅速使坩埚内气体压力增加到铸件 凝固时的保压压力(即凝固压力P3)
第五章 液态金属成形新技术
一、低压铸造原理及工艺过程
铸型 型腔 工作台 压缩空气 升液管 熔化炉/ 保温炉 金属液 压力罐
1 .升液阶段—升液压力和升液速度
P
P1
H1
t1
t
升液
（1）升液压力—P1
H1随着坩埚内金属 液面的下降而增加
P1随之增大
（2）升液速度
反映施加在金属液面上气体压力上升的快慢 决定金属液在升液管中上升的速度
压力 放气
充 升充 气 液型
放气 保互 压通
0 t1t2t3 t4 t5 t6
时间
0 t1t2t3 t4 t5t6
时间
差压铸造工艺示意图
（a）增压法 （b）减压法
0-t 1
充气阶段，上下压力罐同时充气 升压，达到同步压力P1（或P3）
t1– t
上下压力罐压力处于平衡阶段， 坩埚中金属液面处于静止状态
铸件补缩应自下向上 通过浇注系统补缩
铸件在型中位置 冷铁的放置
加工余量确定 工艺余量确定
铸件远离浇道处先凝固 靠近浇道处后凝固
浇道本身应最后凝固
确保铸件朝向浇注系统的凝固顺序
原则四：
低压铸型上部常是封闭的，不易排气
充型时憋气
金属液上升速度波动 气孔夹渣 浇不成铸件
考虑好充型时铸型的排气措施
四、低压铸造应用范围
影响对铸型薄壁部位的充填
三、差压铸造的应用范围
铸型种类
各种铸型 单件、小批，可用砂型 大批生产，可用金属型
合金种类
铝、锌、镁、铜、铸钢铸件
铸件种类 铸件重量
电机壳、叶轮、汽缸、坦克 导轮、舱体等
在压力铸造机上生产受投影 面积或壁厚限制的铸件
1kg ~100kg以上
目前国内可铸造最大直径 600mm、高1600mm、壁厚 6~10mm复杂舱体
冶金质量要求高的 大型复杂铸件
2 .可获得致密的铸件
较大压力下结晶和凝固 枝晶间补缩压力头增大
补缩能力极强 明显减少大型复杂铸件缩孔缩松
较高致密度原因
壁厚敏感性小原因
3. 铸件力学性能高 较大压力下结晶和凝固
组织致密 气孔减少 凝固速度快
能用气体作 为合金元素
铸件的壁 厚效应小
减少凝固期 铸件晶 改善强度
2. 差压铸造机控制系统
首次采用工业控制机作为控制系统的核心 实现浇注过程的实时控制、过程控制的动态 显示以及充型与凝固过程参数的实时检测 研制的控制系统及软件性能稳定，抗干扰性 强，控制精度高
Ø 2000差低压机及控制工作间（两台）
Ø 1800差低压机及控制工作间
Ø 1800差低压铸造机
安放铸型
合上上罐并锁紧
二、差压铸造工艺特点
1. 可获得最佳的充型速度
压差和型中 充型速度 获得不同高度上的 背压都可调 精确控制 不同的最佳充型速度
重力铸造很难避免 液流的冲击和紊流
低压铸造能调节充型速 度，但型腔反压调节难 充型速度较难准确控制
能避免液流的冲击、 反压
紊流和卷入气体
力高
获得平稳的充型状 态和最佳充型速度