低压铸造机设计

1前言1.1 低压铸造机的发展趋势及研究状况低压铸造最早由英国人E. F. LAKE 于1910 年提出并申请专利。

其目的是解决重力铸造中浇注系统充型和补缩的矛盾。

在重力铸造中为了充型平稳，避免气孔、夹渣。

一般都采用底铸式，因此铸型内温度场分布不利于冒口补缩。

低压铸造则巧妙地利用坩埚内气压，将金属液由下而上充填铸型，在低气压下保持下浇道与补缩通道合二为一，始终维持铸型温度梯度与压力梯度的一致性，从而解决了重力铸造中充型平稳性与补缩的矛盾，而且使铸件品质大大提高。

低压铸造由于有较高的补缩压力和温度梯度，有效地提高了厚大断面铸件的致密性。

这一技术至今仍被应用于厚大断面铸件的铸造。

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。

中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。

中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。

早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。

那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。

中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件—晋国铸型鼎,重约270公斤。

欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。

铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。

例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。

18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。

进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。

如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。

铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。

如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。

有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。

另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。

因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的目前国外低压铸造机与成套设备著名厂家有：美国Empire 公司，日本Isuzu 公司，英国Plume 公司，丹麦Ri2matic 公司和德国Gima 和Kurtz 公司。

产品规格比较齐全，保温炉铝合金容量300～1 000 kg。

系列产品已进入中国企业，现仅以德国Kurtz 公司Ak293 和Ak296 以及德国Gima 公司Tec800 和Tec350 型各两种型号低压铸机为代表，介绍世界上比较先进的低压铸造机国内低压铸造机主要生产厂家有济南铸锻研究所(J455) ，上海机械制造工艺研究所(FDZ2A、FDZ2C) ，江苏灌南压铸机厂(J453A ，J453B) ，天水铸造机械厂(J452 ，J453) 和沈阳铸造研究所(803 液面加压系统) 等。

据文献报道，国内大型的铝合金铸件低压铸造是哈尔滨第一机床厂用低压铸造法生产变速箱和传动箱箱体大型铝合金铸件，铸件最大尺寸1024mm x346mm x 465mm，最大毛重85kg。

国内低压铸造机不成系列，无成套供应能力。

最重要的问题还是设备与工艺脱节使之产品成品率低，生产故障频繁，造成生产率低，低压铸造技术在设备、模具、工艺及自动化方面需要进一步的改善和提高。

低压铸造具有经济性好，生产率高等诸多优点而被广泛用于汽车用铝合金铸件生产。

此外，低压铸造充型能力强，平稳可控。

因此，该方法在大型，尤其是薄壁、优质铝合金铸件上近年来得到越来越多的应用，与此同时，低压铸造的先进性是与投资的费用是成正比例的。

不仅改善了现在的先进设备可生产高质量的铸件，同时还一个人可以管理2—3台低压铸造设备，极大的提高了劳动生产率。

低压铸造可以高度机械化、自动化，既提高生产率，达到10～15 型/ h，又可减少众多的不利于生产工艺的人为因素，提高成品率，而且可大大减轻工人劳动强度。

低压铸造技术的运用与发展使成套设备和工艺要求完全满足及符合参数要求。

为了提高铸造的寿命及质量，其表面的各种强化超硬处理等技术也是发展的重点。

随着汽车工业、电子信息工业和家电工业的发展，低压铸造业的发展也发生较大的变化。

为进一步提高铸件质量, 近年来开发了大型复杂铝合金铸件的砂型低压铸造技术。

针对本所产品, 联合开发了容量分别为1800kg 和600kg 的大型铝合金用低压铸造机。

设备采用了国内先进的液面加压计算机控制系统, 可以根据具体铸件预设工艺参数, 实现整个流程控制, 实时跟踪升液、充型过程。

利用多年的生产大型复杂铝合金铸件的经验和铸件充型、凝固计算机模拟方面的技术优势, 首先对铸件在低压铸造条件下的充型和凝固进行摸拟,优化工艺参数, 针对可能出现的缺陷, 研制解决方案。

已生产出框架类、箱体类、筒状、锥状等多种大型铝合金铸件。

生产的军用高精度优质复杂薄壁铸件, 如主要壁厚为4mm , 外形尺寸Φ2000mm ×1100mm , 铸件净重238kg 的筒状件; 主要壁厚为3mm , 外形尺寸为640mm ×480mm ×420mm , 铸件净重2415kg 的箱体铸件在信息化工业发展的今天，我国要尽快提高水平。

通过改革与发展，采用有效措施，在低压铸造行业及其它相关行业的共同努力下，我们相信我国的铸造行业也一定会不断的提高，逐步缩小与世界先进水平的差距。

在“十一.五期间”，通过科学发展观指导下，不断的提高自主研发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化的道路，将速度效益型的增长模式转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的铸造行业水平也必会更上一层。

在一般的低压铸造设备中，使用的是合型机构即采用单油缸进行合模，并且油缸是采用正装的结构进行工作，即：油缸伸展的过程使上模具下行，这种结构的合型装置在使用时开型力较小，为了增大油缸的功率，进一步使生产的成本提高了。

单油缸在工作过程中，载荷分布不均匀，需要加大油缸底板的厚度，为了减少以上缺点，在本次设计中采用两个液压缸，从而避免了其工作过程中因载荷分布不均，造成的产品质量降低。

液压缸采用反装的优点是有效的避免高温模具对其的影响，以免使液压构件受热变形而影响铸造的精度和使密封圈的失效造成漏油，从而更进一步有效的提高了产品的质量和生产效率。

低压铸造机该机采用了PC 电气控制，可控硅炉温控制，微机控制液面加压装置，大流量插装阀集成液压系统等先进的控制方法。

在低压铸造机的系列化设计中，以J455 为基础,针对经常发生故障的部位不断加以改进。

如 1、抽芯机构的水平油缸安装位置不妥，造成受力不合理，水平油缸仅靠其底座用螺栓固定，缸体前后无依托支撑。

开合边模时油缸施力很大( 65 kN ~120 kN) , 推拉的反作用力常把油缸底座撬裂。

另外，油缸刚性欠佳也影响到边模的合型精度以及边模运动的稳定性。

2、是为了防止动模板在高温的生产环境下，热膨胀变形的防护装置，共八件，每件上有三个螺钉孔，两个锥销孔，在装配过程中与动模板配合。

由于设计中压板与导向套配合的精度要求高，及安装位置的限制，钻孔和攻丝都很困难，成了装配中的难题，经常需要返修。

但在实际应用中，通过检测，由于对模具的冷却，采用了双介质(水和压缩空气)六通道冷却，所以这种装置并没有起到作用。

针对这些问题，我们在改进设计中以简化结构、增强工作可靠性为目的，从而解决了液压系统对动模板运动的影响，对合型机构做一定的处理。

一个好的产品设计不能离开科学技术的强大支持。

没有高水平的科学研究就没有高水平的设计。

随着社会的进步，科技的发展，设计逐步进入人类高科技的创造性智力活动的范畴。

它是运用一定的规律和过程来解决工作过程中遇到的问题。

对于某种产品的设计要满足一定的条件。

如：首先要满足一定的功能要求，只有满足其功能要求才可以谈其它的性能指标，否者，一切免谈。

其次，明确工作的功能要求，包括已知道的和未知的。

最后，在设计过程时满足以上的要求后，在考虑资源是否节约，是否可行。

1.2 低压铸造的设备组成低压铸造设备一般由主机、液压系统、保温炉、液面加压装置、电气控制系统及模具冷却系统等部分组成。

1.2.1低压铸造设备的主要结构（1）主机低压铸造机主机一般由合型机构、静模抽芯机构、机架、铸件顶出机构、取件机构、安全限位机构部分组成。

（2）保温炉保温炉主要有坩埚式保温炉和熔池式保温炉2种。

坩埚式保温炉有石墨坩埚和铸铁坩埚2种类型。

熔池式保温炉采用炉膛耐火材料整体打结工艺, 硅炭棒辐射加热保温, 具有容量大、使用寿命长、维护简单的特点, 极利于连续生产要求, 被现代低压铸造机广泛采用。

保温炉与主机的联接有固定连接式和保温炉升降移动式2种, 可根据生产工艺要求选用。

（3）液面加压装置在低压铸造中, 正确控制对铸型的充型和增压是获得良好铸件的关键, 这个控制完全由液面加压控制系统来实现。

根据不同铸件的要求, 液面加压系统应可以在工艺参数范围内任意调节, 工作要稳定可靠, 结构要使维修方便。

1.3设备基本工作过程低压铸造的工艺规范包括升液、充型、增压、保压结晶、卸压、冷却延时, 以及铸型预热温度、浇注温度、铸型的涂料等。

（1）升液压力和升液速率升液压力是指当金属液面上升到浇口, 所需要的压力。

金属液在升液管内的上升速度即为升液速度, 升液应平稳, 以有利于型腔内气体的排出, 同时也可使金属液在进入浇口时不致产生喷溅。

（2）充型压力和充型速度充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力。

在充型阶段, 金属液面上的升压速度就是充型速度。

（3）增压和增压速度金属液充满型腔后, 再继续增压, 使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行, 这时的压力叫结晶压力或保压压力。

结晶压力越大, 补缩效果越好, 最后获得的铸件组织也愈致密。

但通过结晶增大压力来提高铸件质量, 不是任何情况下都能采用的。

（4）保压时间型腔压力增至结晶压力后, 并保持一段时间, 直到铸件完全凝固所需要的时间叫保压时间。

如果保压时间不够, 铸件未完全凝固就卸压, 型腔中的金属液将会全部或部分流回批捐, 造成铸件 空 废; 如果保压时间过久, 则浇口残留过长, 这不仅降低工艺收得率, 而且还会造成浇口冻结, 使铸件出型困难, 故生产中必须选择一适宜的保压时间。