低压铸造技术

低压铸造,主讲人：李跃山2006年3月,第一节概述第二节低压铸造工艺设计第三节低压铸造工艺第四节低压铸造设备第五节特殊低压铸造工艺,课程大纲,第一节概述,定义：低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。充填方向是自下而上。工艺原理从本质上说，是一种低压强与低速度的充型铸造方法。充型压强0.020.05MPa，充型时间为4.5-16秒。而简称为“压铸”的“高压铸造”，其充型压强一般在30MPa70MPa的范围，充型时间为0.01-0.2秒。,工艺过程（见图1）：在密封的坩埚（或密封罐）中，通入干燥的压缩空气，金属液2在气体压力的作用下，沿升液管4上升，通过浇口5平稳地进入型腔8，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使升液管中未凝固的金属液流回炉内（或坩埚），再由气缸12开型并推出铸件。,图1低压铸造的工艺示意图1一保温炉2一液体金属3一坩埚4一升液管5一浇口6一密封盖7一下型8一型腔9一上型10一顶杆11一项杆板12一气缸13一石棉密封垫,低压铸造的优点,浇注压力和速度可调，适应各种铸型、合金和铸件大小；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；压力下结晶，组织致密，轮廓清晰，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利；节省补缩冒口，金属利用率高达90-98%；劳动强度低，劳动条件好，容易数控自动化。,低压铸造的缺点,低压铸造工艺与所有的充型工艺都一样，必须解决铸造工艺必然出现的相变收缩问题，也就是说，其铸造工艺系统中，必须设有补缩的工艺措施，否则，铸件的缩孔缩松缺陷，必然是100%存在的；设备成本高，首期投入大。,第二节低压铸造工艺设计,低压铸造所用的铸型，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，非金属铸型多用于单件小批量生产，如砂型，石墨型，陶瓷型和熔模型壳等都可用于低压铸造，而在生产中我们采用的较多的还是金属型。,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：1浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口；,2用加工余量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固；3改变铸件的冷却条件。对于壁厚差大的铸件，用上述一般措施又难于得到顺序凝固的条件时，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。金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂。因此，要注意开设排气道帮助排气；另外排气道及冒口开设的方向，尽量不要阻碍铸件的收缩，而引起产品开裂。,第三节低压铸造工艺,低压铸造的工艺规范包括充型、增压、铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。（1）充型和增压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。（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炉内，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。,低压浇注过程,浇注前等待,压力bar,时间(秒),升压（浇注延时）,保压,卸压,浇注后等待,浇注压力,（5）模具（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，无特殊要求，而对金属型的工作温度就有一定的要求。如低压铸造黄铜合金时，金属型的工作温度一般控制在：浸完石墨水后为120左右。关于合金的浇注温度，实践证明，在保证铸件成型浇满的前提下，应该是愈低愈好。（6）涂料（石墨水）如用金属型低压铸造时，为了提高其寿命及铸件质量，必须刷涂料（石墨涂层）；涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及铸件结构、大小来决定。,石墨水的作用：1.模具降温2.在模具覆盖上一层石墨石墨覆盖层作用：1.使熔融的金属液不直接与模具接触，形成一层中间层，有得于排气。2.减慢铜液在模具上的热扩散，有利于充型。3.减少对模具材料的热冲击，保护模具。4.铸件与模具不会熔接，容易脱模，且铸件不容易产生裂纹。,最重要的参数是：a)浇注_。b)浇注_。,压力,延时,工艺注意事项,而浇注压力和浇注延时又要以下因素来保证：a)模具的_.b)石墨槽_的高度c)浇注_.d)模具_.e)石墨层的_.,高度,液面,温度,温度,厚度,f)模具本身设计的好坏,最合适的设置值为：a)浇注压力：_,在初次试模时，为了防止铜液溢出模具，先将压力_.,0.2-0.5bar,调低,b)浇注延时：1.薄壁件_。2.厚壁件_。（在开始试模时尽量长一些）浇注的原则是：,5-7S,8-16S,在保证铸件浇满的情况下浇注越慢越好。_、_不产生紊流非常重要设置_的延时、和_的压力（在保持延时不变的条件下，慢慢提高压力，直到产品浇满，如果还浇不满，则必须缩短延时）。,尽可能长,合适,平稳,慢速,最低极限延时：_。最高极限压力：_。如果超过了这个极限值浇注时就会产生紊流。产品质量就差。,4.5S,0.5Bar,金属熔炼,金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。例如：分光仪测试炉液成份；做浇杯实验；做墨水瓶样等等。,铜液中主要元素对产品的影响：铜Cu（59.5-61）：太高时1.流动性变坏2.压力密封性变差3.凝固范围增大，易产生缩松。,太低时1.容易产生热裂2.流动性变好。铅Pb(1.0-1.6)：大于3时浇注性能变坏。很难浇注成型,小于1时机械加工性能变坏，铸造性能变好。铝Al(0.5-0.7):在充型过程中减少ZnO的形成，在炉内减少锌的挥发损失。,太多铝时：1.磨抛会变硬，变得更沾，增加硬度，2.反而会降低流动性。太少铝时：1.锌的消耗增加，2.表面裂纹增加。3.低于0.4,晶粒细化剂失效。,从理论上讲每增加0.15%的铝相当于增加了0.9%的铜。铁Fe（0.03-0.2）：一般认为它是一种杂质，要尽可能低。但最小不要低于0.03%,因为低于0.03%这就意味着晶粒细化剂失效。,锡Sn(小于0.2):含量应越低越好。铁+锡：两者加起来不要超过0.35%1.增加开裂倾向性2.在晶粒细化过程中有增加硬点的可能。,镍Ni(小于0.2):1.降低加工性能，加工变硬。2.提高机械稳定性。3.改变产品颜色，随着其含量的增多，合金会变白。砷As(小于0.02):对流动性有影响。但增加抗锌腐蚀性能（如DZR材料0.09-0.12%）。,锰Mn(小于0.01)在金属液中无太大的影响。硅Si(小于0.01):提高铸造性能，减少压力密封性能。但由于它的锌当量系数为10，所以它对炉液的成份有相当大的影响。,硼B（4-14PPM）:有晶粒细化、提高磨抛性能及改善流动性的作用。太多时：有增加硬点的危险。,太少时：1.不会起得好的细化效果。2.铸造性能差（即流动性差）3.增加裂纹倾向4.增加收缩倾向,请注意下面的事项：1、石墨水温度：40-602、模具浸完石墨水后的温度1203、水的填充：最好是软化水。4、合适的浓度：16-22%5、每天检测浓度，使之在一个稳定的范围。6、避免砂子和油性物质掉进水中。7、使用一定时间后更换。（大约600小时，视具体情况可缩短）,有效的升液管清理每隔大约半小时需清理一次，升液管变小会严重影响浇注产品质量。请问：升液管口径变小，产品浇注情况？,第四节低压铸造设备,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。按铸型和保温炉的连接方式，可分为顶铸式低压铸造机和侧铸式低压铸造机两种类型。,（1）保温炉及附属装置,它由炉体、熔池、密封盖和升液管等所组成，是低压铸造机的基本部分。保温炉的炉型很多，如焦炭炉，煤气炉，电阻炉，感应炉等。但目前广泛使用的是电阻加热炉，其次是电热反射炉。,（2）供气系统,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，这个控制完全由供气系统来实现。根据不同铸件，不同铸件的要求，供气系统应可以任意调节，工作要稳定可靠，结构要使维修方便。,第五节特殊低压铸造工艺,低压铸造对一些特殊结构或特殊性能要求的铸件，难以满足时，就在低压铸造的基础上，发展出一些特殊低压铸造工艺。,（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，这时由于铸型与增锅内部的压力相等，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，只有特殊要求