【正文】 鑄造，大量生產(chǎn)高硅鋁合金鑄件。主要針對(duì)于鑄型散熱冷卻速度較快的鑄件的鑄造。適用于干砂型低壓鑄造，通常是澆注厚壁鑄件，因受到鑄型強(qiáng)度的限制，不宜立即增大結(jié)晶壓力，而讓鑄件穩(wěn)壓結(jié)殼。3) 當(dāng)合金液充滿型腔并逐步上升到冒1:3的三分之一高度時(shí)，加壓速度應(yīng)減慢，以便穩(wěn)定壓力，迅速“切斷澆口”。通常又稱敞開式低壓澆注。采用石墨型、殼型、砂型低壓鑄造，它的模具費(fèi)用比壓力鑄造金屬模費(fèi)用更低。2) 壓力鑄造一般用于生產(chǎn)批量大的中小鑄件，而低壓鑄造可適用于不同大小、不同批量的鑄件。2) 低壓鑄造是在低壓下充型，又在較高的壓力下結(jié)晶凝固的，鑄件的組織、力學(xué)性能、氣密性、耐壓性能均比砂型重力鑄造好。2) 低壓鑄造更易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)，一人可操作幾臺(tái)低壓澆注機(jī)，生產(chǎn)率比金屬型高2—3倍，而且勞動(dòng)強(qiáng)度低，勞動(dòng)條件好。有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。4) 金屬液利用率高。2) 低壓鑄造的澆注工藝參數(shù)均可人為控制。低壓鑄造則巧妙地利用坩堝內(nèi)氣壓，將金屬液由下而上充填鑄型，在低氣壓下保持澆道與補(bǔ)縮通道合二為一，始終維持鑄型溫度梯度與壓力梯度的一致性，從而解決了重力鑄造中充型平穩(wěn)性與補(bǔ)縮的矛盾，而且使鑄件品質(zhì)大大提高。在裝有合金液的密封容器(坩堝)中，通入干燥的壓縮空氣(或者惰性氣體)，作用在保持一定澆注溫度的合金液面上，造成密封容器內(nèi)與鑄型型腔內(nèi)的壓力差，使合金在較低的充型壓力(～)作用下，沿著升液管內(nèi)孔自下而上地經(jīng)升液通道、鑄型澆口、平穩(wěn)地充入鑄型中，待合金液充滿型腔后，增大氣壓，使型腔里的合金液在較高的壓力作用下結(jié)晶凝固，然后卸除密封容器內(nèi)的壓力，讓升液管、澆道內(nèi)尚未凝固的合金液依靠自身的重力回落到坩堝中，再打開鑄型取出鑄件。 experimental cast。模擬結(jié)果顯示，充型過程平穩(wěn)，沒有明顯的液相起伏、飛濺。.. .. .. ..摘 要本文運(yùn)用反重力鑄造技術(shù)—低壓鑄造來對(duì)鋁合金鑄件帶輪的鑄造工藝進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，包括分型面、澆注位置的選擇、各項(xiàng)鑄造工藝參數(shù)的確定以及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果并結(jié)合理論分析，鑄件中沒有縮孔、縮松等缺陷，鑄造工藝方案和澆注工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)合理。 filling process。至此，即完成了一個(gè)低壓澆注工藝過程。同時(shí)，由于低壓鑄造有較高的補(bǔ)縮壓力和溫度梯度，有效地提高了厚大斷面鑄件的致密性，所以用低壓鑄造的方法可以獲得比一般重力鑄造質(zhì)量更高的鑄件。可根據(jù)鑄件的不同結(jié)構(gòu)和鑄型的不同材料來確定。低壓鑄造鑄型的澆注系統(tǒng)簡單，并可減少甚至完全省去冒口，尚未凝固的金屬液可流回坩堝中，減少金屬的損耗，因此工藝出品率高，可達(dá)80％～90％.5) 生產(chǎn)效率高，后續(xù)加工余量小，機(jī)械加工工時(shí)少。8) 低壓鑄造對(duì)合金牌號(hào)的適用范圍較寬，基本上可用于各種鑄造合金。3) 低壓鑄造的設(shè)備投資比金屬型鑄造稍高。3) 低壓鑄造的澆注系統(tǒng)比砂型重力鑄造簡單，可以減小冒口，甚至可以不設(shè)冒H，從而簡化了工藝，節(jié)省了金屬液。3) 壓力鑄造是在高速高壓下充型，型腔中的氣體不易全部被排除，易于產(chǎn)生氣孔，而低壓鑄造的排氣效果要好得多。5) 低壓鑄造的設(shè)備比壓力鑄造的設(shè)備簡單，設(shè)備投入低。它適用于砂型低壓鑄造大中型鑄件,如船舶鋼合金螺旋槳等。2．穩(wěn)定結(jié)晶工藝穩(wěn)定結(jié)晶工藝，是指合金液在充滿型腔后，即穩(wěn)住壓力，使鑄件在此壓力下結(jié)晶凝固，一直到完全凝固為止。4．急速增壓結(jié)晶工藝急速增壓結(jié)晶工藝，是指合金液充滿型腔后，迅速增壓，使鑄件在較高的結(jié)晶壓力下凝固。低壓鑄造法的雛形可以追溯到本世紀(jì)初，主要用于巴氏合金的鑄造。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓鑄造可解決厚大斷面鋁合金鑄件的壁厚效應(yīng)，即因壁厚增加力學(xué)性能急劇下降的缺點(diǎn)。汽車輪轂由于質(zhì)量要求高，本身結(jié)構(gòu)又適于低壓鑄造，而且需求量大，因此極大地推動(dòng)了低壓鑄造技術(shù)的發(fā)展。法國雷諾公司所有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋均采用低壓鑄造生產(chǎn),共11臺(tái)低壓鑄機(jī),日產(chǎn)5500只缸蓋[2][3]。熊本、大發(fā)龍王、雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)、日產(chǎn)自動(dòng)車、本田金屬、愛知機(jī)械等用低壓鑄造生產(chǎn)氣缸蓋，光輕金屬工業(yè)、九州輪轂、神戶制鋼、旭可鍛、古河電氣工業(yè)、光洋精機(jī)等用低壓鑄造生產(chǎn)鋁輪轂，韓國的起亞自動(dòng)車、東西機(jī)工等用低壓鑄造生產(chǎn)汽缸蓋，三善工業(yè)等用低壓鑄造生產(chǎn)鋁輪轂，印度尼西亞的本田技研用低壓鑄造生產(chǎn)汽缸蓋，馬來西亞的JRD用低壓鑄造生產(chǎn)鋁輪轂等[6]。目前，我國已有許多科研單位如沈陽鑄造研究所、中國兵器工業(yè)第五二研究所以及中國科學(xué)院金屬研究所等正在從事低壓鑄造的研究工作，并在擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，尤其是對(duì)低壓鑄造的工藝參數(shù)和工藝控制的研究工作不斷深化，設(shè)備的機(jī)械化、自動(dòng)化和穩(wěn)定化水平也在迅速地提高。諸如升液曲線一定是指保溫爐內(nèi)液面壓力和時(shí)間曲線。特別是金屬型薄壁鑄件，一定要求液面加壓系統(tǒng)能夠急速升壓，保證補(bǔ)縮。他們認(rèn)為金屬型重力鑄造工藝簡單，成品率與低壓鑄造相當(dāng)?！　￡P(guān)于模具內(nèi)腔設(shè)計(jì)和加工。　　3) 低壓鑄造機(jī)零部件可靠性差 如減壓閥流量?。簧汗苋菀妆磺治g；保溫套熱效率低且壽命短，經(jīng)常造成升液管最上端過早凝固堵塞；保溫電爐僅用繼電器加XCT101動(dòng)圈式溫控表，電流電壓沖擊大，合金液溫度波動(dòng)大；液壓泵和電磁閥質(zhì)量差，經(jīng)常損壞，低壓鑄造機(jī)中眾多元件并非低壓機(jī)專用，它們與整個(gè)國家工業(yè)基礎(chǔ)和質(zhì)保體系水平相關(guān)。低壓鑄造在我國的研究和應(yīng)用雖然時(shí)間不長，但發(fā)展很快，己經(jīng)從生產(chǎn)輕金屬發(fā)展到重金屬，又從有色合金發(fā)展到黑色金屬，鑄件從小到大、從簡單到復(fù)雜。據(jù)有關(guān)方面信息，美國目前可生產(chǎn)直徑800 mm、長5 m、壁厚6～8 mm的巡航導(dǎo)彈艙體，合金材料A357。但隨著技術(shù)進(jìn)步，包括汽車、摩托車缸頭、缸蓋、排氣岐管和輪轂將大量采用低壓鑄造法生產(chǎn)，使鑄件質(zhì)量提高一個(gè)檔次。此類零件在低壓鑄造設(shè)備完備的前提下，采用樹脂砂或石墨型低壓鑄造法有望鑄造成組織致密、尺寸精確的優(yōu)質(zhì)鑄件。從目前的鑄造過程模擬軟件應(yīng)用來看，主要是國外的軟件占主要地位并且代表了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的最高水平。正是由于上述諸多優(yōu)點(diǎn)，從二十世紀(jì)60年代到目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家如美國、英國、德國、日本、法國等的優(yōu)秀冶金鑄造研究人員都開展了這方面的研究，掀起了一次次高潮。 低壓鑄造與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算機(jī)模擬是用計(jì)算機(jī)程序替代實(shí)物行對(duì)鑄件作模擬實(shí)驗(yàn)，要得到優(yōu)質(zhì)鑄件，事先要做一個(gè)該鑄件的模型，然后對(duì)該模型鑄造過程模擬，再對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。在國外主要的有：德國Magma公司的MAGMASOFT軟件、美國UES公司的Procast軟件、法國AP公司的SMULOR、日本小松制作所的Soldia以及韓國的Anycasting公司開發(fā)的AnyCastingTM，這些軟件己經(jīng)在國內(nèi)外市場上具有一定的份額，在鑄造領(lǐng)域分析鑄造缺陷、預(yù)測鑄件質(zhì)量、優(yōu)化鑄造工藝方面發(fā)揮著重要的作用。汽車技術(shù)的發(fā)展主要是圍繞著這三大問題進(jìn)行的，各國政府也先后制訂了能源保護(hù)、廢氣排放、降低噪音和安全保障的法規(guī)。汽車的許多問題，如操作性、排氣凈化、腐蝕等都與輕量化有關(guān)，但汽車輕量化的主要作用是節(jié)能。 課題的任務(wù)和內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是對(duì)Zl101A汽車帶輪進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、進(jìn)行砂型制作和實(shí)驗(yàn)性澆注、澆注后鑄件的組織觀察、數(shù)值模擬和預(yù)測鑄件的缺陷等，并進(jìn)一步優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，減少鑄造工時(shí)，降低成本和提高生產(chǎn)效率。但低壓鑄造用砂型的造型材料的透氣性和強(qiáng)度應(yīng)比重力澆注時(shí)高，型腔中的氣體，全靠排氣道和砂粒孔隙排出。帶輪零件的三維實(shí)體見圖21，根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)該帶輪鑄件進(jìn)行鑄造工藝分析[11]可知：該帶輪鋁合金件屬于中小型鋁合金件，其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，壁厚分布比較均勻。僅就鑄件的結(jié)構(gòu)而言，就是千變?nèi)f化的，所以很難找出一個(gè)必然的唯一的原則和規(guī)律，況且有些鑄件的正確成形方式也不是唯一的，因而凝固方式的選擇在很大程度上取決于現(xiàn)場技術(shù)人員的專業(yè)水平，同時(shí)在一定程度上也依賴于鑄造車間的設(shè)備物質(zhì)條件。結(jié)果表明，包括冒口部分在內(nèi)，整個(gè)砂型的溫度基本一樣)。因?yàn)檫@類鑄件的收縮總量大，而且凝固時(shí)間長，有更多的被補(bǔ)縮的機(jī)會(huì)。2）在導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬型內(nèi)澆注導(dǎo)熱系數(shù)小的合金時(shí)，由于可以造成較大的溫度梯度，所以厚壁件易于實(shí)現(xiàn)順序凝固。 4)對(duì)于結(jié)晶溫度范圍大的合金，多采用同時(shí)凝固方式。2) 應(yīng)盡量避免液態(tài)金屬直接沖擊型壁和型芯(尤其是導(dǎo)熱系數(shù)大的部位)，以防止局部過熱。一般說來，遠(yuǎn)離升液管的盲端及緊靠升液管的內(nèi)澆道面積較小。2) 水平分型的鑄件，要力求選在鑄件的最高部位。根據(jù)零件尺寸輪廓大小，確定為兩箱造型，不用造芯，一箱一件。3) 加工面的面積越大時(shí)，機(jī)械加工余量應(yīng)越大，否則鑄件可能產(chǎn)生的變形和在機(jī)械加工中安裝不準(zhǔn)確會(huì)造成加工余量不足。6) 冒口或澆口和鑄件連接的表面，其加工余量應(yīng)該放大一些，因?yàn)楫?dāng)冒口或澆口截除不準(zhǔn)確時(shí)可能因加工余量小而造成廢品。 充型壓力和充型速度的選擇 一般根據(jù)帕斯卡原理來計(jì)算其充型壓力值：P充=P２=μＨγ　　　　　　　　　　　 　(1)式中，P充為充型壓力，MPa；H為型腔頂部與坩堝中金屬液面的距離，mm；γ為金屬液重度(N/mm3)；μ為充型阻力系數(shù)，～。 在澆注溫度一定的情況下，鑄件壁厚、結(jié)構(gòu)基本決定了液體充型速度范圍，在鑄件高度與充型結(jié)束時(shí)液面距離不變的情況下，液體到達(dá)鑄型頂部的壓差亦是固定的，可以調(diào)節(jié)的只有充型速度?！?。[14]據(jù)資料介紹，加壓凝固能夠強(qiáng)化鋁合金結(jié)晶期間補(bǔ)縮能力，提高鑄件致密度。保壓時(shí)間過短，影響鑄件成型，造成鑄件中空?qǐng)?bào)廢；保壓時(shí)間過長，升液管內(nèi)的鋁液與升液管凍結(jié)在一起，無法進(jìn)行下一件澆注，且清理困難。在保壓結(jié)束卸壓后，升液管內(nèi)鋁液靠重力自動(dòng)流回坩堝，進(jìn)行下一件澆注。第3章 實(shí)驗(yàn)材料、內(nèi)容及過程 實(shí)驗(yàn)材料為了研究ZL101A汽車帶輪低壓鑄造的凝固過程，以及在澆注和凝固過程中產(chǎn)生的各種問題，如澆不足、縮孔、縮松、熱裂、氣孔等鑄造缺陷。設(shè)備主體是一體化反重力鑄造裝備的主要承壓部分,屬于壓力容器,主要由下壓力罐、鎖緊環(huán)、中隔板、上壓力罐、卡環(huán)、熔化爐、坩鍋、升液管及鎖緊液壓系統(tǒng)等組成。上下壓力罐之間設(shè)有壓差互通孔及信號(hào)采集孔,壓差互通孔在上下壓力罐同步建立正壓及負(fù)壓過程中起互通作用,避免上下壓力罐間產(chǎn)生壓差,造成合金液波動(dòng)。弱電控制部分是電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,由一體化工作站、數(shù)字量及模擬量輸入與輸出板卡、控制軟件、控制按鈕及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成,主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)量的輸入與輸出、壓差及溫度模擬量的采集并完成相關(guān)反重力鑄造功能的過程控制。由于本次實(shí)驗(yàn)屬于實(shí)驗(yàn)性澆注，所以采用手工造型。因此，手工造型主要應(yīng)用在單件小批生產(chǎn)中，特別是修配件及大型復(fù)雜的試制鑄件中。坩堝涂料主要由滑石粉、氧化鋅、水玻璃、膠、水等組成。如下圖38所示： (a) 醇基涂料 (b) 上好涂料的砂型 (c)升液管和工具表面涂料干燥后 (d) 坩堝涂料 (e) 刷涂料圖38 涂料的涂刷(2)合箱