低压铸造2012.

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1、6 低压铸造 * 目 录 6.1 概述 （低压铸造基本概念及工作原理） 6.2 低压铸造工艺过程 6.3 低压铸造的工艺特点及应用 6.4 低压铸造的工艺设计 6.5 低压铸造设备 Date 6.16.1 概述 反重力铸造。 低压铸造是介于压力铸造和重力铸造之 间的一种铸造方法。是在液体金属在压力作 用下，自下而上充填型腔以形成铸件的成形 工艺。 Date 1）液态金属在压力作用下由下而上地充 满型腔，并在外力的作用下结晶凝固，进行 补缩； 2）低压铸造的充型过程即与重力铸造不 同，又与压力铸造有区别（压力铸造为高速 高压几千几万千牛/米2，而低压铸造为20 60千牛/米2 。 Date 低压

2、铸造工艺原理 铸型 型腔 浇道 密封盖 进气管 金属液 升液管 坩埚； a) 带保温炉 Date 低压铸造工艺原理示意图b 1-坩埚 2-升液管 3-金属液 4-进气管 5-密封盖 6-浇道 7-型腔 8-铸型 b) 不带保温炉 Date 低压铸造的动画演示 Date 6.2 低压铸造工艺 1、低压铸造工艺过程 1）将金属、升液管和铸型装配好，盖好密封盖。 2）向密封金属液的坩埚中，通入干燥的压缩空气， 使金属液在压力作用下，自下而上地通过升液管而进 入铸型，并在压力下凝固。 3）解除压力，使升液管和浇注系统中未凝固的金 属液流回坩埚。 4）打开铸型，取出铸件。 Date 低压铸造工艺过程：

3、合型 升液 充型 增压凝固 卸压冷却 开型 Date 2、低压铸造的工艺 1）充型和增压 升液压力是指当金属液面上升到浇口，附所需要的 压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，以 便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Pa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。 Date 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。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

4、高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。 Date 4）保压时间 型腔压力增至结晶压力后，并在结晶压力下保 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流，造成 铸件“放空”报废：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。 Date 5）铸型温度及浇注温度 低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作 温度一般都为室温，先特殊要求，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

5、250 ，浇注薄 壁复杂件时，可高达300350 。实践证明，在 保证铸件成型的前提下，愈低愈好。 浇注温度一般比重力铸造低1020； Date 6）涂料 金属型低压铸造时，为了提高其寿 命及铸件质量，必须刷涂料；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。 Date 6.3 低压铸造的特点及应用 1、低压铸造独特的优点： 1）浇注压力和速度可调，适应各种铸型、 合金和铸件大小； 2）液态金属充型平稳，夹杂缺陷减少；- 底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲 刷等弊病，铸件合格率提高； 3）型腔内液流与气流方向一致，减少了产 生气孔的可能性； Date 4）铸件成型性好。金

6、属液在外力作用下 强迫流动，提高了金属的充填能力，有利于 形成轮廓清晰，表面光洁的铸件，少切削或 零切削，对薄壁件铸造尤其有利； 5）压力下结晶，铸件组织致密，机械性 能高； 6）金属收得率高（8098），节省 补缩冒口，金属利用率高达90-98%； 7）劳动强度低，劳动条件好，容易数控 自动化。 Date 低压铸造的工艺特点 有利于创造铸件顺序凝固的条件 低压铸造时铸件的凝固过程Date 浇口设在铸件的壁厚部位Date Date Date 2、主要缺点： 升液管寿命短，且在保温过程中金属液易 氧化和产生夹渣。 与压力铸造相比： 1）质量不低于压力铸造； 2）设备简单，投资少，生产成本低； 3

7、）可制作大型零部件； Date 特殊低压铸造工艺 （1）压差法低压铸造 有些铸件的内部质量要求高，希望在较高的压力下结晶，但一般低 压铸造时的结晶压力不能太大。因而发展出压差法低压铸造。其工艺过 程是将电阻保温炉和铸型全部进行密封，在密封罩内通人压力较大如 500kPa的压缩空气，这时由于铸型与坩埚内部的压力相等，金属液不会 上升，然后金属液向上补充50kPa压力，金属液就会上升充填型腔。同 时铸型内的金属液也在高压下结晶凝固。这种方法使铸件得到较致密的 结晶组织，提高了铸件的机械性能。据资料介绍这种工艺与一般铸造方 法相比，使铸件强度提高约25，延伸率提高约50。但设备较庞大， 操作麻烦，只

8、有特殊要求时才应用。 Date （2）真空低压铸造 对薄壁或复杂的大型铸件，采用前述的低 压铸造工艺，也难以满足时，采用真空低压铸 造就容易解决。它的装置与压差法低压铸造基 本相似。在浇注前先将型腔中的气体抽出再进 行浇注，这时浇注速度可以提高，不会产生氧 化夹杂和气孔等缺陷。 Date 3、低压铸造的应用 低压铸造主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和 镁合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝 活塞等薄壁件。 Date 几种铸造方法铸件的力学性能比较 力学性能 铸造方法 抗拉强度b(Mpa)断后伸长率(%) 布氏硬度HBS备注 铸态热处理 铸态热处理 铸态热处理 铝合金 金属型铸造1

9、40180170230 708095 115 金属型 低压铸造 170210240320 7585 100120 铜泵体 砂型铸造 300 15 90 砂型铸造 低压铸造 345374 18.5 48.7 84100 铝壳体 砂型铸造 350360 13 7080合金为 ZAl Mg10 砂型铸造 低压铸造 390395 2124 98 金属型 低压铸造 440450 1722 120125 Date Date Date Date 6.4 低压铸造的工艺设计 6.4.1低压铸造所用的铸型 1、金属型 金属型多用于大批、大量生产的有色金属铸件。 2、非金属型 非金属铸型多用于单件小批量生产，如砂

10、型，石墨 型，石膏型，陶瓷型和熔模型壳等都可用于低压铸造，而 生产中采用较多的还是砂型。但低压铸造用砂型的造型材 料的透气性和强度应比重力浇注时高，型腔中的气体，全 靠排气道和砂粒孔隙排出。 Date 具体选用可参考以下原则： （1）铸件精度或质量要求较高，形状一般、生产 批量较大的有色金属铸件，可选用金属型。 （2）铸件内腔复杂，不能用金属芯时，可用砂芯 ，外部用金属型。 （3）精度要求不高的大、中型铸件，在单件或小 批量生产时，可采用砂型。 （4）铸件精度要求较高、成批生产时可用壳型。 Date （5）精度要求较高的大、中型铸件适宜用陶瓷型 。 （6）铸件形状复杂、精度要求高的中小件适宜采

11、 用熔模型壳。 （7）对特殊要求的单件、小批生产的铸件可采用 石膏型、石墨型等。 Date 6.4.2 低压铸造工艺设计 为充分利用低压铸造时液体金属在压力作用下自下而上 地补缩铸件，在进行工艺设计时，应考虑使铸件远离浇口的 部位先凝固，让浇口最后凝固，使铸件在凝固过程中通过浇 口得到补缩，实现顺序凝固。常采用下述措施： 浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口； 用加工裕量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固； 改变铸件的冷却条件。 对于壁厚差大的铸件，用上述一般措施又难于得到 顾序凝固的条件时，可采用一些特殊的办法，如在铸件厚壁 处进行局部冷却，以实现顺序凝固。 Date 1、铸件在铸

12、型中的位置 低压铸造除遵循重力铸造时铸件在铸型中位置的 选择原则外，还应充分考虑低压铸造的特点。 （1）首先应创造铸件顺序凝固的条件。对于壁厚 不均匀的铸件，厚大部位必须置于铸型底部，由浇注 系统对厚大部位进行补缩。 Date 活塞铸件在铸型中的位置 低压铸造 重力铸造 Date （2）对一些壁厚比较均匀的铸件，可以给铸件上 下不同大小的加工余量，造成铸件自下而上的厚薄差 别，适应自上而下顺序凝固的要求；也可以采用安放 上下不同厚度冷铁的方法，使铸件毛坯适应自上而下 顺序凝固的要求。 Date 5、浇冒口系统设计 1）铸件按顺序凝固原则凝固 为充分发挥低压铸造工艺的优势，获得组织致密 的铸件，

13、应保证铸件按“自上而下”的顺序凝固，即 离浇道最远处先凝固，离浇道近处后凝固，浇道最后 凝固。 Date 低压铸造铸件凝固过程 Date 为保证铸件得到顺序凝固，在工艺设计时需采取下列 措施： 应尽量使铸件厚处接近浇道，薄处远离浇道。 对壁厚比较均匀的铸件，可通过上、下不同的加工余量 ，使铸件毛坯壁厚上薄下厚，以利于顺序凝固。用砂型 时可上、下采用不同厚度的冷铁；用金属型时可将金属 型壁厚上、下做得不一样， 以保证铸件得到顺序凝固 。 Date 对壁厚差很大的特殊结构铸件，往往需采用特殊的方 法： 、对铸件很厚处，可在低压铸型对应部分局部镶铜， 并吹风强制冷却； 、对复杂的缸盖，在总体上采用水

14、冷，局部用空气冷 却； 、对复杂铸件不同部位也可采用不同导热系数的涂料 或改变涂料层厚度来控制铸件的冷却速度。 Date 2）浇注系统设计 低压铸造浇注系统应满足顺序凝固的要求，还应保证金属液 流动平稳，除渣效果好，并能提高生产效率，节约金属液，浇注便 于清除浇冒口。 浇注方式 低压铸造多采用底注式浇注系统。为达到顺序凝固，一般铸件 薄壁部位朝上，厚壁部位朝下，内浇道开设在铸件的厚壁部位。 内浇道 对较大的、有多处热节的铸件，可采用多个内浇道。对于箱体 类铸件如汽缸盖铸件，采用升液管（直浇道）、横浇道和5个内浇 道。 Date 汽缸盖示意图 材质：ZAl104 铸件重量：10.5kg 外形尺寸

15、： 495mm155m m100mm 壁厚：5mm 耐压：0.6Mpa Date 薄壁筒体铸件双升液管浇注系统示意图 对于筒体铸件，当铸件直径大于400mm就可采用2个升液管。 Date 内浇道具体尺寸可采用热节圆法、模数法、经验法 等计算方法加以确定，然后用下式核算、开模具，再 在生产中试模、修正： F内=G/t （1） t=h/升 Date 当15cm/s时，可实现金属液平稳充型； t-充型时间（s）； h-型腔高度； 升-升液速度，一般升=16cm/s，复 杂薄壁件取上限。 Date 横浇道及升液管设计 升液管相当于直浇道。 对于易氧化的金属应采用开放式浇注系统。 对不易氧化的金属常采用

16、封闭式浇注系统。 Date 对于使用单个内浇道的铸件一般采用： F升液管出口:F横:F内 =（22.3）:（1.51.7）:1 （2） Date 冒口设计 低压铸造时，金属液在压力下凝固，具有较好 的补缩能力，一般可不设冒口。 但对于某些结构复杂的铸件，浇注系统还不能 满足铸件补缩的要求，一般情况下多采用暗冒口，只 有特殊需要时才采用明冒口。 Date 潜水泵铝合金壳体砂型低压铸造 暗冒口 Date 铸型的排气 实践证明，影响铸件质量的最重要因素是铸型的 设计，而大多数质量问题都是由于通气不良引起的。 低压铸造用的铸型，不象重力铸造铸型有冒口或出气 冒口等良好的排气条件，尤其是采用金属型低压铸造 时，型腔是封闭的，透气性差。 Date 金属液充填时，型腔中的气体如果不能迅速排出， 就会成为阻碍金属液继续充填的 “反压力”。具有一 定压力的气体，或进入金属液内部