【正文】 件質(zhì)量提高一個(gè)檔次。　　關(guān)于模具內(nèi)腔設(shè)計(jì)和加工。目前，我國(guó)已有許多科研單位如沈陽鑄造研究所、中國(guó)兵器工業(yè)第五二研究所以及中國(guó)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。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)。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。3) 低壓鑄造的設(shè)備投資比金屬型鑄造稍高。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。.. .. .. ..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)。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。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。通常又稱敞開式低壓澆注。低壓鑄造真正被推廣應(yīng)用是在“二戰(zhàn)”以后，當(dāng)時(shí)隨著航空業(yè)的發(fā)展，英國(guó)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(dòng)機(jī)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。六豐機(jī)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。且由于生產(chǎn)中模具各部分溫度變化，使原來預(yù)定的較好的加壓規(guī)范、工藝參數(shù)并不能重復(fù)保證鑄件品質(zhì)。特別是鋁合金輪轂，我國(guó)起步時(shí)大部分都采用低壓鑄造，現(xiàn)在由于低壓鑄造成套設(shè)備不能滿足工藝要求，生產(chǎn)率低，許多原來采用低壓鑄造的廠家走回頭路又用金屬型重力鑄造法生產(chǎn)。鑄造充型凝固過程的數(shù)值模擬，可以幫助工作人員在實(shí)際鑄造前對(duì)鑄件可能出現(xiàn)的各種缺陷發(fā)生的位置、時(shí)間及其大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，在澆注前采取輔助措施，確保鑄件的質(zhì)量，縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本[910]。壓鑄鋁合金帶輪能夠更大程度的節(jié)省材料和減輕重量，所以本課題研究鋁合金帶輪的低壓鑄造技術(shù)對(duì)提高中國(guó)的汽車工業(yè)的快速發(fā)展具有重要的意義。②砂型的導(dǎo)熱系數(shù)小，根據(jù)文獻(xiàn)[11]的分析可知，液態(tài)金屬流過之后，砂型表面的溫度梯度很小(長(zhǎng)春第一汽車廠曾對(duì)CA488氣缸蓋在砂型鑄造時(shí)砂型表面的溫度梯度進(jìn)行過實(shí)測(cè)。其應(yīng)遵循的原則：1) 應(yīng)充分發(fā)揮澆注系統(tǒng)的補(bǔ)縮作用，為此應(yīng)保證F升液管F橫F內(nèi)。2) 尺寸精度要求越大時(shí)，對(duì)尺寸的加工余量應(yīng)越大?！〕湫驮鰤褐档倪x擇為了保證充型過程中液面不降落始終停留在鑄型頂部，在原來壓差的基礎(chǔ)上再增加一定數(shù)值的壓力，稱充型增壓值。對(duì)于具體的鑄件而言，澆注溫度仍必須根據(jù)其結(jié)構(gòu)、大小、壁厚及合金種類、鑄型條件來正確選擇。過程監(jiān)控運(yùn)行時(shí),控制軟件通過數(shù)字量輸入輸出(DI/DO)板卡輸出數(shù)字量控制信號(hào),控制相應(yīng)氣動(dòng)截止閥的打開與關(guān)閉以及數(shù)字式組合閥的開度差壓/壓力傳感器根據(jù)壓力罐內(nèi)的壓差變化輸出模擬信號(hào),經(jīng)模擬量輸入板卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字量被控制軟件采集控制軟件對(duì)反饋的壓差信號(hào)以及設(shè)定的充型工藝曲線進(jìn)行比較后,根據(jù)控制算法輸出相應(yīng)的數(shù)字控制信號(hào)完成對(duì)各閥狀態(tài)的調(diào)控,從而保證壓力罐內(nèi)的壓差按照設(shè)定的充型工藝參數(shù)進(jìn)行。組裝好的鑄型內(nèi)部如果有落紗需要清理，可以將吹氣管伸入到砂型型腔的內(nèi)部，將落紗吹出。拋光后用蒸餾水拭洗，用自來水拭擦有時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑色表面。鋁合金帶輪三維造型圖如圖41所示： （a）鑄件正視圖 （b）鑄件側(cè)視圖 圖41 鑄件的三維視圖(2)三維造型工具將鑄件和實(shí)體生成實(shí)體后，以供導(dǎo)入模擬軟件Viewcast。因?yàn)槔贸湫秃蟾鲌?chǎng)的參數(shù)，不必另設(shè)參數(shù)，所以計(jì)算過程比較快。王老師一直在嚴(yán)格地要求我，他淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度時(shí)刻感染和激勵(lì)著我，促使我奮進(jìn)；他以身作責(zé)、言傳身教的工作作風(fēng)不僅使我學(xué)有長(zhǎng)進(jìn)，也使我在做人方面受益匪淺。你必須努力，當(dāng)有一天驀然回首時(shí)，你的回憶里才會(huì)多一些色彩斑斕，少一些蒼白無力。所以低壓鑄造一般采用金屬型，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，提高效率。整個(gè)充型過程平穩(wěn)。(1)三維實(shí)體造型 表31 參數(shù)設(shè)置帶輪低壓排氣管低壓帶輪調(diào)壓排氣管低壓同步壓力50KPa升液速度40mm/s40mm/s40mm/s40mm/s升液壓力5KPa5KPa5KPa5KPa充型速度45mm/s45mm/s45mm/s45mm/s充型壓力15KPa18KPa20KPa22KPa結(jié)殼時(shí)間3s3s3s3s結(jié)殼增壓壓力5KPa5KPa5KPa5KPa結(jié)殼增壓速度2KPa/s2KPa/s2KPa/s2KPa/s結(jié)晶時(shí)間240s240s240s360s結(jié)晶增壓壓力5KPa5KPa5KPa5KPa結(jié)晶增壓速度2KPa/s2KPa/s2KPa/s2KPa/s金屬液密度2400Kg/m32400Kg/m32400Kg/m32400Kg/m3阻力系數(shù)1111(3)澆注完成后獲得的鑄件澆注完成后，需要將鑄件進(jìn)行清理、切澆口等步驟。將升液管放在加熱爐中加熱到500℃左右，進(jìn)行升液管的預(yù)熱，當(dāng)進(jìn)行鋁合金澆注時(shí)，快速取出放入坩堝中。強(qiáng)電控制部分主要完成熔化爐的爐溫控制,液壓站空壓機(jī)和真空泵等的開與關(guān)控制,其實(shí)現(xiàn)控制方法比較簡(jiǎn)單。升液管直徑取90～120mm為宜，其截面積要大于與升液管相連澆道面積50％以上(指單個(gè)澆道面積)，既有利于鑄件補(bǔ)縮，又可保證升液管在整個(gè)鑄型中最后凝固。充型速度無量綱計(jì)算公式： (2)式中，為金屬液在鑄型中的(最小允許)平均上升速度(沿鑄件高度)，mm/s；ｈ為鑄件高度，mm；δ為鑄件壁厚，mm；ｔ澆為合金液的澆注溫度，℃。選用的分型面如圖23所示。這種凝固方式的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，難度較大，這需要工藝設(shè)計(jì)人員對(duì)鑄件的凝固規(guī)律有清楚的認(rèn)識(shí)，并能確定相應(yīng)的強(qiáng)化措施。鑄件凝固方式的選擇與許多因素有關(guān)，諸如：①鑄件結(jié)構(gòu)(形狀、壁厚及其分布復(fù)雜程度)；②鑄型性質(zhì)(導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、壁厚)；③鑄造合金性質(zhì)(結(jié)晶溫度間隔、導(dǎo)熱系數(shù)、收縮率)；④鑄造時(shí)的外界環(huán)境(鑄造方法、壓力、重力以及是否有強(qiáng)制冷卻)等等。在各種降低油耗的措施中，把實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，即減輕汽車的自重作為首選措施。通過計(jì)算機(jī)模擬可以在實(shí)際鑄造前對(duì)鑄件可能出現(xiàn)的縮孔缺陷的大小、部位和發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行有效預(yù)報(bào)，以不斷改進(jìn)工藝；根據(jù)溫度場(chǎng)的分布，有效控制凝固過程，確保鑄件質(zhì)量。如：1) 大型薄壁鋁合金鑄件一直是鑄造界的難題，低壓鑄造是最佳工藝方法。最明顯的證據(jù)是原先低壓鑄造摩托車輪轂的廠家由于以上原因成品率下降后又紛紛改用金屬型重力鑄造。山口、本田技研主要針對(duì)于鑄型散熱冷卻速度較快的鑄件的鑄造。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。有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。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。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?？筛鶕?jù)鑄件的不同結(jié)構(gòu)和鑄型的不同材料來確定。3) 低壓鑄造的澆注系統(tǒng)比砂型重力鑄造簡(jiǎn)單，可以減小冒口，甚至可以不設(shè)冒H，從而簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)省了金屬液。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。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。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。　　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(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)和質(zhì)保體系水平相關(guān)。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。在國(guó)外主要的有：德國(guó)Magma公司的MAGMASOFT軟件、美國(guó)UES公司的Procast軟件、法國(guó)AP公司的SMULOR、日本小松制作所的Soldia以及韓國(guó)的Anycasting公司開發(fā)的AnyCastingTM，這些軟件己經(jīng)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上具有一定的份額，在鑄造領(lǐng)域分析鑄造缺陷、預(yù)測(cè)鑄件質(zhì)量、優(yōu)化鑄造工藝方面發(fā)揮著重要的作用。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?？紫杜懦?。因?yàn)檫@類鑄件的收縮總量大，而且凝固時(shí)間長(zhǎng)，有更多的被補(bǔ)縮的機(jī)會(huì)。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。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。[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。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。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。鑄型放好后，在鑄型上面放上一塊石棉，再用鋼板和螺栓將其固定壓緊。它主要包括前處理、模擬運(yùn)算、后處理、熱物性數(shù)據(jù)庫等多個(gè)功能模塊和其它輔助功能；其中前處理包括網(wǎng)格剖分、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等；模擬運(yùn)算包括流場(chǎng)計(jì)算、溫度場(chǎng)計(jì)算、縮孔縮松預(yù)測(cè)、鑄鋼熱裂預(yù)測(cè)、微觀組織模擬等；后處理包括計(jì)算結(jié)果三維動(dòng)態(tài)顯示等。然后根據(jù)前面的計(jì)算確定充型過程工藝參數(shù)，并選擇鑄造充型過程對(duì)鑄件的最終質(zhì)量起著決定性的作用，許多鑄造缺陷，如澆不足、冷隔、卷氣、氧化夾渣乃至縮松、縮孔等都與鑄造的充型過程密切相關(guān)，利用Viewcast軟件能夠較為準(zhǔn)確的表達(dá)充型過程和缺陷生成過程，這對(duì)于優(yōu)化充型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免充型不合理