铝合金薄壁件真空吸铸充型能力的研究

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仅可 以获得 十 分优异 的铸 件 品质 ，而 且能 实现传 统铸 造技术难 以企及的铸件合 格率［ ３ １ 。针对真空 吸铸技术 在 铝合 金薄 壁铸 件生 产 中的特点 ，研究 真 空吸铸 条件 下
铝合 金充 型能 力 ，为薄壁 铸件 生产 提供科 学依 据显 得 尤 为必要 。本 研究 通过 浇注铝 合金 薄板 件 ，对 真 空吸
图 ６ 真 空度 为 ４ Ｐ 时 减 压 速度 对 充 填 高 度 的影 响 ０ｋ ａ
Ｆｉ ． ｎ ｌ ｎ ｅｏ ｅ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｔ ｎｆｌ ｎ ｅ ｇ ｔ ｔ ａ ｕ ｍ ０ ｋ ａ ｇ ６Ｉ ｆ ｕｅ ｃ ｆｄ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｒ ｅｏ ｌ ｇ ｈ ｉ ｈ ｈ ｖ ｃ ｕ ４ Ｐ ａ ｉ ｉ ｗｉ
表 面 张力 成 正 比 ，与 型 腔厚 度 反 比，壁厚 越小 ， 成 充 型过程 的阻力越 大 ，越不 利于充 型 。对 于壁厚 ３ ｍｍ 板 和４ ｍｍ板 ，其壁厚 相对较 大 ，由附加压 力引起 的充
型阻力较小 ，充 型速度较 大 ；由于 型腔厚度相 对较大 ，
金属液 容量 较大 ，在相 同的型壁 面积 下 ，热 量散 失较 慢 ，金 属液 冷却速 度慢 ，流 动时 间长 ，因此 充 型能力
ａ ｄｔ ｎ ｔｅ ｉｃｅ ｓ ｆｖ ｃ ｕ ａ ｄ ｆ ｌ ｇ ｓ ｅ ｄ ｉ ｈ ｌ ｆｌｔ ｎ ｒａ ｅｔ ｅｆ ｌ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｆａ ｔ ｒｖｔ ｄ ｉｏ ， ｈ ｎ ｒａ ｅｏ ａ ｕ ｍ ｎ ｌ ｎ ｐ ｅ ｓ ｅｐｕ ｏ ｉｃ ｅ ｓ ｈ ｌ ｎ ａ ａ ｉ ｏ ｉ ａ ｉ ｉ ｉｉ ｉｉ ｙ ｎ ｇ ｙ
对 比１ ｍｍ板和２ｍｍ板 ，１ ｍｍ板 的表 面张 力 引起
的附加 压 力是 ２ｍ ｍ板 的２ ，凝 固时 间 Ｉ２ｍｍ板短 ， 倍 ； Ｅ 充 型 阻力 大 ，充 型动 能 降低 快 ，金 属 液流 动 时 间短 ， 增 加相 同程度 的真 空度 和充 型速度 ，充 型高 度 的的增 加量 较小 。在相 同的浇注条件 下 ，２ｍｍ板 件端 口的不 平 稳 幅度 比 １ ｎ 板件 要 大 。在 薄壁 铸 件 的浇 注 过程 ｍｌ 中 ，金 属液 粘滞力 也是 影响 流动 的重要 因素 ，当板件
关键 词 ：真空 吸铸 ；薄壁铸件 ；充 型能力
中图分类 号 ：Ｔ ４ ． 文献标 识码 ：Ａ Ｇ２ ９ ９ 文章编 号 ：１０ — ９ ７ （０ ２ ３ ００ — ４ ０ １ ４ ７ ２ １）０ — ３４ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈｏ ｌｎ ｐ ｃｔ ｆ ｃ ｕ Ｓｕ ｔ ｎ Ｃａ ｔ ｇ ｆ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ Ｆｉｉｇ Ｃａ ａ ｉ ｏ ｌ ｙ Ｖａ ｕ ｍ ｃｉ ｓ ｉ ｏ ｏ ｎ Ｔｈｎ Ｗ ａｌｄ Ａｌｍ ｉｕ Ａｌ ｙＣａ ｔ ｇ ｉ． ｉ ｕ ｎ ｍ ｌ ｓ ｉ ｓ ｅ ｏ ｎ
５ｋ ａ 。以充填率 （ 面积 占试样 总面积 的百分 比） Ｐ ／ ｓ 充填
其 中 型腔 与浇 口直接 相连 。铸 型采 用 酚醛 树 脂砂 型 ，
收稿 日期 ：２ １ － ０ ２ 收到初稿 ，２ １－１— ９ ０ １— ３ １ ０ ２ ２ 收到修订稿。 １
作 为衡量充 型能力 的标准 。金属液在充型过程 中液 面的
ｔ ｉｋ ｅ ｓｏ ｌ ｎ ａ ａ ｉ ａ ｕ ｍ ｕ ｔ ｎｃ ｓｉｇｗｅｅｒ ｓａｃ ｅ ． ｅｔ ｅｌｗｅ ｏ ｎｅ ｒ ｓｕ ｅｉ ｈｃ ｎ ｓ ｎｆ ｌ ｇｃ ｐ ｃｔ ｉ ｖ ｃ ｕ ｓ ｃｉ ａ ｔ ｒ ｅ ｅ ｒｈ ｄ Ｄｕ ｏｔ ｉｉ ｙ ｎ ｏ ｎ ｈ ｏ ｒｃ ｕ ｔｒｐ ｅｓ ｒ ｎ
作者简介 ： 李剑 （ ８一 ， ， １ ５ ） 男 硕士生 ，研究方向为真空吸铸设备及工艺 。Ｅｍ ｉ ０ １ １５ ４ ＠１３ ｏ ９ — ａ ： ５２ ０ ４ ０ ６ ． ｍ ｌ ｃ
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３６・ ０
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Ｖｏ ． Ｎｏ ３ １ ６１ ．
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（）薄板试样 ａ （）四种铸件 ｂ
图 １ 铸 件尺 寸 图
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铸 和低 压铸造 的充 型能 力进行 对 比，并 研究 了真 空 吸
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摘要 ：充型能力是影响真空吸铸薄壁铸件成形生产的重要因素。本研究通过铝合金薄板件的浇注试验，对比了真空吸
铸 和低压铸造 的充 型能力差异 ，研究了真空吸铸条 件下 真空度大小 、充型速度及壁厚对充型能力 的影响规律。结果表 明 ：真空 吸铸具有优 良的充型能力 ，较低 的型内反压是充型能力提高 的主要原 因；此外 ，真空度和充型速度的增大有 助于提高反重力浇注铝合金薄壁件的充 型能力 ，提高幅度 与壁厚有密切关 系。
空度 ，充型高度不会 增加 。
减压速度对铝合金薄板铸件充 型高度 的影 响如图６ ，
其 中真空 度 为４ Ｐ 。真 空吸 铸薄 壁件 时 ，金 属 液 冷 ０ｋ ａ 却速度 快 ，流动 时 间短 ，金 属液 的充 型能力 随充 型 速 度 的增 加 而提高 ，因此 在保 证合 适真 空度 的基础 上 提 高充 型速度 有助 于进 一步 提高真 空 吸铸金 属液 的充 型 能力 。图 中可 以看 出 ，１ ｍｍ板件 的充 型高度 较低 ，而 且随减压速度的增 加 ，其充 型高度 的增加 幅度 不大 ；对 于２ ｍｍ薄板 ，充 型高度 随减压 速度 的增 加呈 现 明显 的 增加趋势 ，增加幅度随减压速度 的增加呈现减小趋势 。
Ｋ ｗｏｄ ：ｖ ｃ ｕ ｓ ｃｉｎｃ ｓｉｇ ｔｉ－ ｌ ｄｃ ｓｉｇ ｆ ｌ ｇｃ ｐ ｃｔ ｒ ｓ ａ ｕ ｍ ｔ ａｔ ；ｈｎｗａｌ ａｔ ； ｌｎ ａ ａ ｉ ｕ ｏ ｎ ｅ ｎ ｉｉ ｙ
薄壁铸 件是 当今 铸造 技术 的一个 重要 研究 方 向［ 】 ］ ， 而充型是薄壁铸件 制造技术 的关 键［ ２ １ 。真空 吸铸 技术 以 其优 异 的充 型 能力在 薄壁 件生 产 中得 到广 泛应用 ，不
Ｌ ａ ， ＡＯ Ｑ — ｎ ， Ｉ ｉ— ｉＣ Ｎ Ｙｕ — ｎ Ｉ ｉ Ｈ ｉ ａ ｇ Ｌ ｎｌ ， ＨＥ ｎｌ ｇ Ｊｎ ｔ Ｘ ｅ ｏ
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浇 注合金 为Ｚ １４ Ｌ Ａ，浇注 温度 为７ ０℃ ，铸 型温 度为 １ ０ 室 温 （５℃） ２ 。低 压铸 造和 真空 吸铸 最 大 充型 压 力为 ５ ａ ０ Ｐ ，低压铸造 的加压速度 为５ Ｐ ／ （ ｋ ａ 低压铸 造 的减 ｋ ｓ
压 速 度是 指 液 面加压 速 度 ） ，真空 吸 铸 的减 压 速 度 为
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强 ，可 以全部 充满 型腔 。对于壁 厚 １ ｍｍ板 和２ｍｍ板 ，
其充 型阻力 较 大 ，充 型速度 小 ，而且 金属液 冷却 速度 快 ，流动 时间短 ，充 型能力 较差 ，随 着真空 度 和减压 速度 的增加 ，充 型高度增加 。对３ ｍｍ板 和４ｍｍ板 ，其 充 型高度 不 随减 压速 度 和真空 度 的变 化 而改变 ，下 面 的试验 和分 析只针对 １ 板 和２ ｍｍ ｍｍ板研 究充型高度 与 减压速度 、真空度 、壁厚 的关 系 。 真空度 对铝 合金 薄板铸 件充 型高 度 的影 响如 图５ ， 其 中减 压速 度 为４ｋ ａｓ Ｐ ／。可 以看 出 ，随着 真空 度 的增 加 ，充 型高度 增加 ，但是 真空 度对充 型 能力 的影 响与 壁厚 相关 ，随着 真空度 的增 加 ，１ ｍｍ板件 的充 型高度 增加很 小 ，几 乎保持 不变 ；对于２ｍｍ板件 ，充 型高度 有 明显 的增 加 ，但 增加 幅度 趋缓 。真空 度越 大 ，型 内 气 体反 压越 小 ，充 型 阻力越 小 ，型 内和液 面之 间产生 的压差 大 ，充型 动力增 大 ，充型 能力 提高 ，但 是 继续 提 高真 空度对 １ ｍｍ板 和２ｍｍ板 充型高 度 的影 响变小 。 对 于 薄壁件 ，其凝 固时 间较 短 ，金属 液凝 固后 增大 真
铸
・
造
Ｍａ ． ０ ２ ｒ２ １ Ｖ Ｉ６ Ｎ０ ３ Ｏ ．１ ．
３４ ・ ０
Ｆ ＮＤＲ ＯＵ Ｙ
铝合金 薄壁件真 空吸铸 充型能力的研 究
李 剑 ，郝启堂，李新雷，陈云龙
（ 北 工 业 大 学凝 固技 术 国 家重 点 实验 室 ，陕 西 西安 ７ ０ ７ ） 西 １０ ２
和２ｍｍ板不能充满 型腔 ，而 １ ｍｍ板件 充型高度最小 。 金属 液在充 型过 程 中 ，表 面张力 引起 的 附加压 力 （ 普拉 斯力） 是影 响充 型 的重要 因素 ［ 拉 ５ Ｊ ，由 公 式
Ｐ ４ －可知 ，表面张力所 引起 的附加压力Ｐ与金 属液 的 － ／ ＝ ｏ８ 一
ｍｏｄ ｔｅｆｌｎ ａ ａ ｉ ｆｖ ｃ ｕ ｕ ｔ ｎ ｃ ｓ ｎ ｓｔ ｅｂ ｓ ａ ｎ ｈ ｎ ｅｔ ａｅ ａｔ ｇ ｍｅｈ ｄ ． ｎ ｌ， ｈ ｌ ｇｃ ｐ ｃｔ ｏ ａ ｕ ｉ ｉ ｙ ｍ ｓ ｃｉ ａｔ ｇ ｉ ｈ ｅｔ ｍｏ ｇ ｔｅｉｖ ｓｉ ｔｄ ｃ ｓｉ ｔｏ ｓ Ｉ ｏ ｉ ｇ ｎ
铸 过程 中真 空度 和减压 速度 对薄 壁件充 型 能力 的影 响 规律 以及与壁厚 的关系 。
１ 试 验 方 法
１１ 不 同铸 造条 件下 充型 能力 的对 比研 究 ． 在低压 铸造 机和 自行设 计制 作 的真空 吸铸 装置 上
分别采用低 压铸造和 真空吸铸方 法浇注一块 薄板试 样 ， 试样 壁 厚 为２ｍ ｎ ｌ ，宽 度 为 １０ｍｎ。试 样 尺 寸如 图 １ ５ Fra Baidu bibliotek ，