反重力铸造技术
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反重力铸造
反重力铸造是外力场充型工艺的一 种，是指液态金属在与重力相反方向力 的作用下完成的充型、补缩和凝固过程 的铸造方法，也称反压铸造。 低压铸造 压差铸造 真空吸铸
一、 低压铸造
（一）概述
低压铸造是液体金属在压力（一般为气体压力） 作用下，完成充型及凝固过程而获得铸件的一种铸造 方法。由于作用的压力较低（一般为20~70kPa）， 故称为低压铸造。低压铸造起源于20世纪40年代，但 直到60年代才开始推广，大范围应用于工业生产的各 个领域。低压铸造可生产的铸型可使用砂型、金属型、 熔模壳型、石膏型、及石墨型等，可生产铝合金、铜 合金、铁合金等材质的铸件。
铸件顺序凝固条件的创造 （1）浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部 位远离浇口如图所示：
金属材料工程教研室
（2）用加工余量调整铸件壁厚。
金属材料工程教研室
金属材料工程教研室
（3）改变铸件的冷却条件。
金属材料工程教研室
（四）特点
1)浇注压力和速度便于调节，适于不同材料的铸型； 2)充型平稳，对铸型冲击小，可有效控制卷气和夹 渣，防止合金氧化，有效克服铝合金针孔缺陷； 3)便于实现顺序凝固，以防止缩孔和缩松；
4)铸件的表面质量受铸型材料影响较大； 5)一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大 大提高，一般可达90％； 6)劳动条件好，设备简单，设备费用比压铸低，易 实现机械化和自动化。
（五）低压铸造设备
低压铸造设备一般由保温炉及其附属装置、 铸型开合系统和供气系统三部分组成。 顶铸式低压铸造机 按铸型和保温炉的连接方式 侧铸式低压铸造机 1.保温炉及附属装置 由炉体、熔池、密封盖和升液管等所组成，是低 压铸造机的基本部分。保温炉的炉型有：焦炭炉， 煤气炉，电阻炉，感应炉等。 2.供气系统 根据不同铸件，不同铸件的要求，供气系统 可以任意调节，工作要稳定可靠，结构要使维修方 便。
p1பைடு நூலகம்
压力p p3
2
1
3.第三阶段 ：凝固结晶阶段 结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件 p3 p2 p3 p 组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件 v3 2 p Kp2
3 1 质量，不是任何情况下都能采用的。
常遇到的情况大致有以下三种： 1、湿砂型低压铸造
金属材料工程教研室
（三）低压铸造工艺设计
低压铸造的铸型有金属型和非金属型两类。金属 型多用于大批、大量生产的有色金属铸件，非金属 铸型（如砂型、石墨型、陶瓷型和熔模型壳等）多 用于单件小批量生产，生产中采用较多的是砂型， 要求造型材料的透气性和强度应比重力浇注时高。
顺序凝固 1.浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇 口； 2.用加工裕量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性 凝固； 3.改变铸件的冷却条件。
金属材料工程教研室
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二、 差压铸造
（一）概述
差压铸造又称反压铸造、压差铸造。是在低 压铸造的基础上，铸型外罩个密封罩，同时向坩 埚和罩内通入压缩空气，但坩埚内的压力略高， 使坩埚内的金属液在压力差的作用下经升液管充 填铸型，并在压力下结晶。 差压铸造的实质是低压充型与压力下结晶两 种铸造方法的结合。可获得无气孔、无夹杂、组 织致密的铸件。
2、干砂型低压铸造
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3、金属型低压铸造
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（2）浇注温度、铸型温度及涂料
1.浇注温度：一般比重力浇注低10~20°C，并且 在保证铸件成型的前提下，应该是愈低愈好。 2.铸型温度：对非金属型，若无特殊要求，一般 都为室温。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200～250°C；浇注薄壁复杂件时，可 高达300～350°C。 3.涂料：对铸型，涂料的使用与重力铸造相同， 涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及 铸件结构来决定。此外，对保温坩埚也应喷涂涂 料。在升液管内外表面应涂刷一层较厚涂料。
（四）差压铸造工艺
1.充气阶段 2.压力平衡 阶段 3.升液阶段 4.充型阶段 5.保压阶段 6.互通排气 阶段
（五）差压铸造的特点
1)充型速度可以准确控制，以获得最佳充型速度。 2)铸件成形性好，表面粗糙度值低。 3)铸件晶粒细小，组织致密，力学性能高，与低 压铸造相比，铸件抗拉强度可提高1050％，伸 长率可提高2550％。 4)提高了金属的利用率，可减小冒口的尺寸或不 设冒口。 5)能用气体作为合金元素，故可往一些合金（如 钢）中溶入N2，提高合金强度和耐磨性能。 6)设备较庞大，操作麻烦。
原理图
（二）分类
低压差压铸造：0.5~0.6MPa 按工作时压力筒内 中压差压铸造：5~10MPa 充气压力的大小 高压差压铸造：10MPa 增压法差压铸造 按压差产生的方式 减压法差压铸造
（三） 应用范围
铸型可以用砂型，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8～ 10mm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，以及铸铁、 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。
（二）低压铸造的原理
基本原理：
1)合型 2)升液阶段 3)充型阶段 4)凝固阶段 5)顶出
（三）低压铸造工艺
低压铸造的工艺规范包括压力、增压速度、 铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。 （1）压力和增压速度
金属液上升高度
p H
金属液的重度
阻力因数（1.0~1.5）
1.第一阶段 ：升液阶段 p1 金属液的升液速度应尽可能缓慢，使金属液在进入浇 H1 p2 0.15m/s v1 口时不致产生喷溅或涡流，故一般不超过 p1 / 1 2.第二阶段 ： 充型阶段 5 时间 2 3 4 1 p2 H 2 充型速度慢，充填平稳，有利于型腔内气体的排 p2 p1 出，增大铸件各部分温差。 v2
反重力铸造是外力场充型工艺的一 种，是指液态金属在与重力相反方向力 的作用下完成的充型、补缩和凝固过程 的铸造方法，也称反压铸造。 低压铸造 压差铸造 真空吸铸
一、 低压铸造
（一）概述
低压铸造是液体金属在压力（一般为气体压力） 作用下，完成充型及凝固过程而获得铸件的一种铸造 方法。由于作用的压力较低（一般为20~70kPa）， 故称为低压铸造。低压铸造起源于20世纪40年代，但 直到60年代才开始推广，大范围应用于工业生产的各 个领域。低压铸造可生产的铸型可使用砂型、金属型、 熔模壳型、石膏型、及石墨型等，可生产铝合金、铜 合金、铁合金等材质的铸件。
铸件顺序凝固条件的创造 （1）浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部 位远离浇口如图所示：
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（2）用加工余量调整铸件壁厚。
金属材料工程教研室
金属材料工程教研室
（3）改变铸件的冷却条件。
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（四）特点
1)浇注压力和速度便于调节，适于不同材料的铸型； 2)充型平稳，对铸型冲击小，可有效控制卷气和夹 渣，防止合金氧化，有效克服铝合金针孔缺陷； 3)便于实现顺序凝固，以防止缩孔和缩松；
4)铸件的表面质量受铸型材料影响较大； 5)一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大 大提高，一般可达90％； 6)劳动条件好，设备简单，设备费用比压铸低，易 实现机械化和自动化。
（五）低压铸造设备
低压铸造设备一般由保温炉及其附属装置、 铸型开合系统和供气系统三部分组成。 顶铸式低压铸造机 按铸型和保温炉的连接方式 侧铸式低压铸造机 1.保温炉及附属装置 由炉体、熔池、密封盖和升液管等所组成，是低 压铸造机的基本部分。保温炉的炉型有：焦炭炉， 煤气炉，电阻炉，感应炉等。 2.供气系统 根据不同铸件，不同铸件的要求，供气系统 可以任意调节，工作要稳定可靠，结构要使维修方 便。
p1பைடு நூலகம்
压力p p3
2
1
3.第三阶段 ：凝固结晶阶段 结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件 p3 p2 p3 p 组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件 v3 2 p Kp2
3 1 质量，不是任何情况下都能采用的。
常遇到的情况大致有以下三种： 1、湿砂型低压铸造
金属材料工程教研室
（三）低压铸造工艺设计
低压铸造的铸型有金属型和非金属型两类。金属 型多用于大批、大量生产的有色金属铸件，非金属 铸型（如砂型、石墨型、陶瓷型和熔模型壳等）多 用于单件小批量生产，生产中采用较多的是砂型， 要求造型材料的透气性和强度应比重力浇注时高。
顺序凝固 1.浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇 口； 2.用加工裕量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性 凝固； 3.改变铸件的冷却条件。
金属材料工程教研室
金属材料工程教研室
金属材料工程教研室
二、 差压铸造
（一）概述
差压铸造又称反压铸造、压差铸造。是在低 压铸造的基础上，铸型外罩个密封罩，同时向坩 埚和罩内通入压缩空气，但坩埚内的压力略高， 使坩埚内的金属液在压力差的作用下经升液管充 填铸型，并在压力下结晶。 差压铸造的实质是低压充型与压力下结晶两 种铸造方法的结合。可获得无气孔、无夹杂、组 织致密的铸件。
2、干砂型低压铸造
金属材料工程教研室
3、金属型低压铸造
金属材料工程教研室
（2）浇注温度、铸型温度及涂料
1.浇注温度：一般比重力浇注低10~20°C，并且 在保证铸件成型的前提下，应该是愈低愈好。 2.铸型温度：对非金属型，若无特殊要求，一般 都为室温。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200～250°C；浇注薄壁复杂件时，可 高达300～350°C。 3.涂料：对铸型，涂料的使用与重力铸造相同， 涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及 铸件结构来决定。此外，对保温坩埚也应喷涂涂 料。在升液管内外表面应涂刷一层较厚涂料。
（四）差压铸造工艺
1.充气阶段 2.压力平衡 阶段 3.升液阶段 4.充型阶段 5.保压阶段 6.互通排气 阶段
（五）差压铸造的特点
1)充型速度可以准确控制，以获得最佳充型速度。 2)铸件成形性好，表面粗糙度值低。 3)铸件晶粒细小，组织致密，力学性能高，与低 压铸造相比，铸件抗拉强度可提高1050％，伸 长率可提高2550％。 4)提高了金属的利用率，可减小冒口的尺寸或不 设冒口。 5)能用气体作为合金元素，故可往一些合金（如 钢）中溶入N2，提高合金强度和耐磨性能。 6)设备较庞大，操作麻烦。
原理图
（二）分类
低压差压铸造：0.5~0.6MPa 按工作时压力筒内 中压差压铸造：5~10MPa 充气压力的大小 高压差压铸造：10MPa 增压法差压铸造 按压差产生的方式 减压法差压铸造
（三） 应用范围
铸型可以用砂型，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8～ 10mm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，以及铸铁、 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。
（二）低压铸造的原理
基本原理：
1)合型 2)升液阶段 3)充型阶段 4)凝固阶段 5)顶出
（三）低压铸造工艺
低压铸造的工艺规范包括压力、增压速度、 铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。 （1）压力和增压速度
金属液上升高度
p H
金属液的重度
阻力因数（1.0~1.5）
1.第一阶段 ：升液阶段 p1 金属液的升液速度应尽可能缓慢，使金属液在进入浇 H1 p2 0.15m/s v1 口时不致产生喷溅或涡流，故一般不超过 p1 / 1 2.第二阶段 ： 充型阶段 5 时间 2 3 4 1 p2 H 2 充型速度慢，充填平稳，有利于型腔内气体的排 p2 p1 出，增大铸件各部分温差。 v2