机动车铝轮毂低压铸造缺陷的成因及预防

邢台职业技术学院毕业论文汽车铝轮毂低压铸造缺陷的成因及预防专业模具设计与制造班级模具081姓名于建兵学号080003040122指导教师史红军日期2011年6月邢台职业技术学院毕业论文任务书摘要低压铸造生产过程中，铸件经常存在一些缺陷，如：气孔、缩孔、缩松、夹渣等，这些缺陷产生的原因不单纯是浇注工艺问题，而是由一种或几种原因相互作用并不断变化时产生的，本文针对具体缺陷提出相应的预防措施。

关键词：低压铸造；缩孔；缩松；气孔；夹渣；冷隔。

目录摘要…………………………………………………………………………………第一章绪论…………………………………………………………………………1.1课题背景……………………………………………………………………第二章低压铸造原理及工艺流程……………………………………………2.1低压铸造工艺流程包括……………………………………………………2.2铝车轮低压铸造加压规范的设定…………………………………………第三章缩孔与缩松缺陷………………………………………………………………3.1缩孔与缩松缺陷的形成机理…………………………………………………3.2 缩孔与缩松缺陷的预防方法…………………………………………………第四章气孔缺陷………………………………………………………………………4.1 气孔缺陷的分类………………………………………………………………4.2 气孔缺陷的形成机理……………………………………………………………4.3 气孔缺陷的预防方法…………………………………………………………第五章表面粗糙缺陷…………………………………………………………………5.1 表面粗糙缺陷的成因……………………………………………………………5.2 表面粗糙缺陷的预防措施……………………………………………………第六章其它缺陷………………………………………………………………………第七章结论..........................................................................................参考文献 (9)摘要低压铸造生产过程中，铸件经常存在一些缺陷，如：气孔、缩孔、缩松、夹渣等，这些缺陷产生的原因不单纯是浇注工艺问题，而是由一种或几种原因相互作用并不断变化时产生的，本文针对具体缺陷提出相应的预防措施。

关键词：低压铸造；缩孔；缩松；气孔；夹渣；冷隔。

第一章绪论1.1课题背景20世纪20年代初英国ke申请了第一个低压铸造专利，最初主要用于巴氏合金。

同时期法国制出用于铜，铝合金的低压铸造机，这种方法真正被推广应用在“二战”后，被用来生产汽车缸体，电动机转子，炊事用具，高硅铝啤酒桶等。

1955年，德国出现铸铁和铸钢用低压铸造专利。

20世纪60年代英国率先发展低压铸造汽车轮毂，随后美、日、德相继发展。

1989年仅美、日、德三国用此法就生产630万只轮毂。

现今国内已用自己研制的低压铸造技术成功地应用于一些要求高的复杂铸件。

目前我国除引进保加利亚设备和技术外、并自行研制了适合单件小批生产的低压铸造设备，而这种工艺技术在我国的国防工业正在发挥作用。

低压铸造的压力也从低压（0.6Mpa）发展到中压（4Mpa）合金种类也从铝镁合金发展到铜合金，低压铸造设备也从一般的手动控制发展到目前的微机自动控制。

尽管国内的低压铸造在铝合金、镁合金方面已投入使用，尤其在汽车、摩托车轮箍生产上同先进国家水平不相上下，但生产的铸件大多局限于外形简单、呈中心对称的筒形件、而对于壁厚悬殊、形状复杂、承受液、气压及X光透视检查的高要求铝合金铸件采用低压铸造成形生产的铸件内部还存在一些铸造缺陷要进行探讨研究。

第二章低压铸造原理及工艺流程低压铸造是介于压力与重力铸造之间的一种铸造方法。

它的基本原理是：在装有金属液的坩埚中，通入干燥的压缩空气（或惰性气体）于保持一定温度的金属液的表面上，使金属液沿着升液管自下而上通过浇道进入型腔，待金属液充满腔后，增大气压并使液面上的气体压力保持至铸件完全凝固，然后解除压力，使升液管和浇道中末凝固的金属回落到坩埚中，即完成一个低压铸造过程，开型后获得所需的铸件。

低压铸造示意图见图1。

图1低压铸造示意图2.1低压铸造工艺流程包括：升液——将一定压力的干燥空气通入坩埚中，使金属液沿着升液管平稳上升到铸型的浇道处。

结壳——金属液受型腔接触面冷却形成一层固态金属。

增压——金属液充满型腔后，立即进行增压，使金属液处在高于充型压力状态。

保压——金属液在压力下凝固。

卸压——铸件凝固完毕，卸除坩埚中的压力。

根据不同零件的特点在冷却一定时间后开型。

低压铸造工艺流程见图2。

图2低压铸造工艺流程示意图2.2铝车轮低压铸造加压规范的设定各段加压曲线计算各段压力速度的时候，要注意下列各点：计算压力的公式：p=hρµ/10200 ，如不用换算系数10200，就可以用mbar。

换算系数10200 为单位换算系数（g/N）H—合金上升到某一段的高度（㎝）Ρ—合金液的密度(g/㎝²)，铝硅合金可用2.4 µ—充型阻力系数1­1.5（h1×ρ）为补偿压力，它与轮型和各种机型的炉膛面积有关。

(1). 升液高度、压力和速度升液高度包括：浇口、陶瓷浇口套、升液管部分的液面到升液管端口再加上每浇一个铸件液面下降的高度。

升液阶段需要的压力为升液总高度乘铝液比重和阻力系数。

升液速度一般不宜太快, 控制在13­40mbar/s。

在确保完成充填成型的基础上，升液速度慢些有利于型腔中气体能充分排出。

(2). 充型段压力速度的控制这里着重讨论铝轮毂低压铸造工艺问题，铝轮毂是圆形的，有较大面积的薄壁轮辋、较厚的轮辐，浇注时轮辋垂直，轮辐水平，浇口在中间。

轮毂的正面亮面，一般朝下。

轮毂正偏距的多，负偏距的少，所以轮毂的重量多半在下部份的多。

铝液从浇口出来开始充型时，有很长一段时间，液面上升很小，与炉膛的压差越来越大，流速越来越快。

为了充型的平稳，必须有恒定的流量。

B­C段于每秒20­40mbar的速度，时间2­3秒，然后的充型速度就按照C­D线。

它的时间t3是根据铸件的特点来定，它还应该包括铝液充满铸型后的结壳时间。

D 点压力的考虑是(h4+h1)×ρµ，其中阻力系数应设为1.2左右，还要考虑5­10mbar 的安全系数。

充型段的速度要根据不同轮毂的特点来设定，充型速度要适中，速度过快过慢都影响着铸件质量，工艺上要求压力准确，速度适中，有再现性，操作手们要认真控制，相对稳定那些不断变化的参数，阻力系数，补偿压力等都不能忽略不计。

充型结束时D 点的压力过小，轮毂浇不满，过大，铸件有飞边或跑火，甚至影响出型或轮毂变形。

第一章缩孔与缩松缺陷3.1缩孔与缩松缺陷的形成机理合金在冷凝过程中由于体积的收缩而在铸件厚大部位形成管状、嗽叭状或分散孔洞称为缩孔；形成细小的孔隙称为缩松。

缩孔的相对体积与液态金属的温度、冷却条件等有关。

液态金属的温度愈高，则液体与固体之间体积差愈大，而缩孔的体积也愈大。

在薄壁铸型中浇注金属时，型壁迅速受热而冷却型壁的空气则是热的不良导体，因此型壁越薄则受热越快，液体金属也越不易冷却，金属液冷凝后产生的缩孔也愈大。

总之，液体金属的冷凝条件，对缩孔体积的大小有显著的影响。

产生缩松的主要原因与缩孔相同，也是由于金属凝固时的体积收缩所造成。

因此在缩孔附近一般常存在着较多的缩松。

3.2缩孔与缩松缺陷的预防方法由于低压铸造是反重力铸造，重力时刻都在阻碍补缩。

因而无论对于砂型铸造还是金属型铸造、同时凝固的铸件还是顺序凝固的铸件，液面加压控制系统质量的好坏都是决定铸件致密性的关键。

尤其是对于薄壁件金属型铸造，凝固时间本来就不长。

当充型至型顶时液态金属中固相部分已经占有相当大的比例，此时应立即急速升压，以便克服重力的负作用，进行补缩。

这对铸件致密性是极为关键的。

目前有些液面加压控制系统在这关键时刻仍旧按充型速度缓慢加压或压力越高升压速度却越慢，其后果是贻误了补缩的良机。

当液态金属凝固结束后，无论增压多大都起不到补缩的作用。

铸件补缩不足可导致致密度低，容易产生缩孔与缩松。

生产有时补缩压力已经很高（可达0.2MPa），但铸件仍有缩松缺陷，致使打压渗漏率太高。

在补缩通道合理时，这主要是因为控制系统增压的时机没控制好，而不是所谓“补缩压力大小对铸件致密性影响不大”的错误说法。

例如：某厂试生产一种较大的薄壁件，试制很长时间没铸出合格的铸件。

该铸件缩松多、致密性差、打压渗漏严重。

当将老式的液面加压控制系统换成闭环反馈的“CLP-3型”低压铸造液面控制系统后，在原工艺没有改变的情况下生产出合格的铸件。

由此可见，液面加压控制系统在低压铸造生产中的作用是极其重要的。

具体预防措施见下表。

第四章气孔缺陷4.1气孔缺陷的分类铸件气孔缺陷主要分为析出性气孔、反应性气孔、侵入性气孔。

在低压铸造中，产生气体的根源很多，主要有如下方面：a、存在于型腔中的空气b、湿芯中析出的水蒸气c、烘烤烧毁粘结剂而产生的气体d、从坩埚冲到型腔中的空气或惰性气体e、由于铸型的涂料没有充分烘干而产生的水蒸气f、由于合金中溶解有气体，在冷却过程中析出来的气体。

析出性气孔主要均匀分布在内部靠近冒口处、热节温度较高区域，气孔细小且分散经常同缩孔共存。

反应性气孔主要均匀分布在型壁与铸件的接触面上，气孔表面光滑，呈银白色（铸钢件），金属光亮色或暗色。

侵入性气孔分布在铸件上部，孔洞光滑。

4.2气孔缺陷的形成机理析出性气孔是金属熔化时含有的气体在液态金属冷却凝固时，气体溶解度下降而析出气体，因来不及从型腔排除，而产生气孔。

反应性气孔是型壁物质同液态金属表面或在液态金属内部发生化学反应所产生的气孔。

侵入性气孔多为外界气体在压力或其它原因的作用下侵入合金液所产生的。

4.3气孔缺陷的预防方法从铸造熔炼工艺方面考虑可以采用下列方法预防气孔缺陷的产生。

a、任何种类的金属熔炼时间都应尽可能缩短，以防时间过长使液态金属吸气量增大。

例如：某厂生产铝铁锰黄铜铸件，2.5小时熔清出炉，浇注的铸件气密性合格，但6小时熔清出炉后浇注的铸件在工艺不变的前提下铸件全部因气密性不合格而报废。

当恢复熔清时间后铸件气密性全部合格，这充分说明熔炼时间对铸件气密性有较大的影响。

b、含铝的合金应尽可能不用工频炉熔炼，因为这种炉子的搅拌能力极强，而铝与空气接触很易氧化成Al2O3，并进入液态金属中成为熔渣，也为气体的析出提供机会。

同时也容易与H2O 发生反应，使液态金属吸入H2气。

c、投料时应先投入熔点低的料，依次投入熔点高的料，这样会使金属吸气量小，其原因就在于炉料与空气接触面积和时间均减少。