【正文】 壓規(guī)范、工藝參數(shù)并不能重復保證鑄件品質(zhì)。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，如坩堝內(nèi)液面逐漸下降和保溫爐泄漏；控制系統(tǒng)大多采用中間繼電器過程控制，精度很差；減壓閥流量太?。环答佇盘栔苯硬捎脷鈮?，由于管路阻力，反饋信號失真以及控制系統(tǒng)對弱小反饋信號反應不敏感等等。六豐機械、扶順輪轂、秦皇島戴卡輪轂公司和廣東中南鋁合金輪轂公司等用低壓鑄造生產(chǎn)鋁輪轂。德國公司使用30臺低壓鑄造機每年生產(chǎn)200萬只鑄鋁輪轂，供應OEM市場，包括奧迪，福特，通用，奔馳和沃爾沃等名車制造商。低壓鑄造真正被推廣應用是在“二戰(zhàn)”以后，當時隨著航空業(yè)的發(fā)展，英國廣泛地采用低壓鑄造生產(chǎn)技術(shù)要求很高的航空發(fā)動機的汽缸蓋等輕合金鑄件，并采用金屬型低壓鑄造，大量生產(chǎn)高硅鋁合金鑄件。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。通常又稱敞開式低壓澆注。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) 低壓鑄造更易于實現(xiàn)機械自動化生產(chǎn)，一人可操作幾臺低壓澆注機，生產(chǎn)率比金屬型高2—3倍，而且勞動強度低，勞動條件好。4) 金屬液利用率高。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)性與補縮的矛盾，而且使鑄件品質(zhì)大大提高。 experimental cast。.. .. .. ..摘 要本文運用反重力鑄造技術(shù)—低壓鑄造來對鋁合金鑄件帶輪的鑄造工藝進行方案設計，包括分型面、澆注位置的選擇、各項鑄造工藝參數(shù)的確定以及澆注系統(tǒng)的設計。 filling process。同時，由于低壓鑄造有較高的補縮壓力和溫度梯度，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。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80％～90％.5) 生產(chǎn)效率高，后續(xù)加工余量小，機械加工工時少。3) 低壓鑄造的設備投資比金屬型鑄造稍高。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。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。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。當時發(fā)現(xiàn)低壓鑄造可解決厚大斷面鋁合金鑄件的壁厚效應，即因壁厚增加力學性能急劇下降的缺點。法國雷諾公司所有汽車發(fā)動機缸蓋均采用低壓鑄造生產(chǎn),共11臺低壓鑄機,日產(chǎn)5500只缸蓋[2][3]。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院金屬研究所等正在從事低壓鑄造的研究工作，并在擴大其應用范圍，尤其是對低壓鑄造的工藝參數(shù)和工藝控制的研究工作不斷深化，設備的機械化、自動化和穩(wěn)定化水平也在迅速地提高。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，保證補縮?！　￡P(guān)于模具內(nèi)腔設計和加工。低壓鑄造在我國的研究和應用雖然時間不長，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、從簡單到復雜。但隨著技術(shù)進步，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)量提高一個檔次。從目前的鑄造過程模擬軟件應用來看，主要是國外的軟件占主要地位并且代表了計算機數(shù)值模擬的最高水平。 低壓鑄造與計算機數(shù)值模擬計算機模擬是用計算機程序替代實物行對鑄件作模擬實驗，要得到優(yōu)質(zhì)鑄件，事先要做一個該鑄件的模型，然后對該模型鑄造過程模擬，再對鑄造工藝設計進行修改。汽車技術(shù)的發(fā)展主要是圍繞著這三大問題進行的，各國政府也先后制訂了能源保護、廢氣排放、降低噪音和安全保障的法規(guī)。 課題的任務和內(nèi)容本課題的主要任務是對Zl101A汽車帶輪進行工藝設計、進行砂型制作和實驗性澆注、澆注后鑄件的組織觀察、數(shù)值模擬和預測鑄件的缺陷等，并進一步優(yōu)化工藝設計，減少鑄造工時，降低成本和提高生產(chǎn)效率。帶輪零件的三維實體見圖21，根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特點，對該帶輪鑄件進行鑄造工藝分析[11]可知：該帶輪鋁合金件屬于中小型鋁合金件，其結(jié)構(gòu)相對比較復雜，壁厚分布比較均勻。結(jié)果表明，包括冒口部分在內(nèi)，整個砂型的溫度基本一樣)。2）在導熱系數(shù)較大的金屬型內(nèi)澆注導熱系數(shù)小的合金時，由于可以造成較大的溫度梯度，所以厚壁件易于實現(xiàn)順序凝固。2) 應盡量避免液態(tài)金屬直接沖擊型壁和型芯(尤其是導熱系數(shù)大的部位)，以防止局部過熱。2) 水平分型的鑄件，要力求選在鑄件的最高部位。3) 加工面的面積越大時，機械加工余量應越大，否則鑄件可能產(chǎn)生的變形和在機械加工中安裝不準確會造成加工余量不足。 充型壓力和充型速度的選擇 一般根據(jù)帕斯卡原理來計算其充型壓力值：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)，～?！?。保壓時間過短，影響鑄件成型，造成鑄件中空報廢；保壓時間過長，升液管內(nèi)的鋁液與升液管凍結(jié)在一起，無法進行下一件澆注，且清理困難。第3章 實驗材料、內(nèi)容及過程 實驗材料為了研究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。上下壓力罐之間設有壓差互通孔及信號采集孔,壓差互通孔在上下壓力罐同步建立正壓及負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。由于本次實驗屬于實驗性澆注，所以采用手工造型。坩堝涂料主要由滑石粉、氧化鋅、水玻璃、膠、水等組成。其過程如下圖39所示： （a） 合箱 （b） 畫線（c） 合箱完成的鑄型圖39 合 箱(3)鋁合金的熔煉圖310 鋁合金錠的重熔鋁合金的熔煉，可有三種作業(yè)方法：①常規(guī)熔煉作業(yè)②合金錠重熔法③一次熔煉法。圖314控制軟件的參數(shù)設置界面對于一個新型號鋁合金鑄件,第一次生產(chǎn)很難確定其最佳工藝參數(shù),可將每次生產(chǎn)使 用的工藝參數(shù)及控制參數(shù)全部保存起來,經(jīng)長 期生產(chǎn)實踐對比確定其最佳工藝參數(shù)。在XJP100型光學金相顯微鏡觀察并拍取照片，這些樣品的顯微組織如下圖316和圖317所示： 圖316 低壓鑄造鋁合金顯微組織圖317 重力鑄造鋁合金顯微組織 從以上的顯微組織圖像中可以看出：低壓鑄造的鋁合金鑄件的組織比重力鑄造的鋁合金鑄件的組織致密，使其具有更好的機械力學性能。這一過程都集成在了模擬軟件里。(3)，然后利用模擬系統(tǒng)的網(wǎng)格剖分模塊進行有限差分網(wǎng)格自動剖分。t=，金屬液由升液管通過橫澆道進入內(nèi)澆道，如圖42(e)；t=，金屬液由內(nèi)澆道均勻充填型腔，液面平穩(wěn)上升，如圖42(f)；t= s時，金屬液完全充滿型腔，充型過程結(jié)束，如圖42(i)。此計算后可以查看凝固過程的縮孔、縮松的分布等如圖43所示。（5）通過觀察實驗獲得的鑄件的顯微組織，證明低壓鑄造獲得的鑄件組織致密，力學性能好。值此論文完成之際，謹向王老師、歷老師幾個月來的辛勤培養(yǎng)表示崇高的敬意和衷心的感謝!同時感謝材料學院所有的老師和領導!感謝我的同組成員李進寶、程攀峰、聞小濤等在學習上對我的關(guān)心和鼓勵，同時河南理工大學材料物理冶金研究所全體成員嚴謹求實的治學態(tài)度、團結(jié)協(xié)作的攻關(guān)精神，都在潛移默化地影響著我，我將使我受益終生。努力過后，才知道許多事情，堅持堅持，就過來了。歲月是有情的，假如你奉獻給她的是一些色彩，它奉獻給你的也是一些色彩。謹以此文獻給所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學和親人!1. 若不給自己設限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。（7）通過砂型低壓鑄造實驗可以發(fā)現(xiàn)，其過程復雜，效率低。結(jié)論本文通過實驗澆注和Viewcast軟件的數(shù)值模擬相互驗證了低壓鑄造在鋁合金帶輪的生產(chǎn)中比重力鑄造所具有的優(yōu)點，在整個畢業(yè)設計中有如下結(jié)論：（1）在鋁合金砂型低壓鑄造實驗澆注中，砂型采用的是樹脂自硬砂，其透氣性好。金屬液在壓力作用下由型腔底部逐層向上順序充填鑄型型腔。鑄件的材料選用ZL101A，砂型的材質(zhì)選擇樹脂砂。前處理的主要工作是在計算域內(nèi)進行鑄件鑄型的三維實體造型，然后在Viewcast軟件中導入實體造型文件。Viewcast是基于有限體積法，用于模擬計算鑄件充型和凝固的應用軟件。本次實驗澆注共設置四種不同的參數(shù)如表31所示，在澆注最后還需進行一組重力澆注，以方便進行對比。其過程如下圖310和311所示： （a） 精煉劑 (b) 精煉除氣圖311 鋁合金的精煉(1)升液管和鑄型放置 將預熱好的升液管放入坩堝內(nèi)，然后將合箱好的鑄型倒置放在升液管口前，需要在升液管口上下二個端面放置密封圈片。而在將坩堝涂料刷在盛鋁合金液工具表面后，需要經(jīng)過烘烤干燥后，才能使用。手工造型操作靈活，模樣等工藝裝備簡單，無論鑄件尺寸大小、復雜程度及合金的種類如何，都能適應。采用此類上下罐式結(jié)構(gòu)不僅易于滿足低壓鑄造、差壓鑄造及調(diào)壓鑄造的硬件條件,而且結(jié)構(gòu)簡單,便于操作,安全可靠,其實體如下圖32所示： (a) 下壓力罐 (b) 保溫爐 (c) 上壓力罐 (d) 坩堝(e) 升液管圖32 實驗設備多功能氣路控制系統(tǒng)是實現(xiàn)低壓、差壓、調(diào)壓一體化反重力鑄造裝備氣路切換及壓差控制調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,主要由高性能數(shù)字式組合閥、氣動截止閥減壓閥、截流閥、手動截止閥、儲氣罐及真空緩沖罐等組成,如圖33和圖34所示: 圖33 多功能氣路控制系統(tǒng) 圖34 空氣壓縮機圖35 反重力鑄造電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)主要分為強電控制和弱電控制兩部分。其實驗材料如下圖31所示：（a）石英砂 (b) 堿性酚醛樹脂 (c) 固化劑(多元醇的羥酸酯） (d) 砂箱 (e) 模型