【正文】 過(guò)程的質(zhì)量控制。不僅適用于有色合金，而且適用于鑄鐵、鑄鋼。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。2．低壓鑄造與一般砂型鑄造相比：1) 低壓鑄造澆包中的合金液自下而上的，從底部注入鑄型，充型平穩(wěn)，避免了砂型重力鑄造在澆注中易于出現(xiàn)的氧化夾渣缺陷。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。3．低壓鑄造與高壓鑄造相比：1) 低壓鑄造適用的合金范圍廣。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。4) 壓力鑄造所用鑄型為金屬型，其要求高，制造困難，周期長(zhǎng)，成本高。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。6) 壓力鑄造一般用于中小型有色合金鑄件，而低壓鑄造不僅適用于中小鑄件，而且適用于大型鑄件，如可澆注重達(dá)幾十噸的銅合金螺旋槳。通常又稱敞開(kāi)式低壓澆注。采用這種工藝應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1) 升液階段，加壓速度宜緩，防止合金液進(jìn)入型腔時(shí)產(chǎn)生噴射飛濺而造成氧化夾渣。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”。這種穩(wěn)壓結(jié)晶工藝主要應(yīng)用于鋁合金濕砂型和金屬型薄壁復(fù)雜鑄件的澆注。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。這種工藝與緩慢增壓結(jié)晶工藝基本上相同，所不同的是：在充型以后，沒(méi)有穩(wěn)定結(jié)殼過(guò)程。主要針對(duì)于鑄型散熱冷卻速度較快的鑄件的鑄造。1917年，法國(guó)人制定了將其用于鋁合金和銅合金的計(jì)劃，并首先在鋁合金鑄造生產(chǎn)中得到了推廣，但當(dāng)時(shí)發(fā)展緩慢。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。低壓鑄造由于有較高的補(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。1950年以后由于汽車工業(yè)的發(fā)展，使低壓鑄造工藝和設(shè)備有了一個(gè)飛躍的發(fā)展。英國(guó)在60年代率先發(fā)展低壓鑄造汽車輪轂，其后美國(guó)、日本、西德相繼發(fā)展。德國(guó)公司使用30臺(tái)低壓鑄造機(jī)每年生產(chǎn)200萬(wàn)只鑄鋁輪轂，供應(yīng)OEM市場(chǎng)，包括奧迪，福特，通用，奔馳和沃爾沃等名車制造商。鑄鋁輪轂市場(chǎng)占有率在1981年只有4％，1994年擴(kuò)大到40％，至2006年市場(chǎng)份額擴(kuò)大到80％[4][5]。山口、本田技研 我國(guó)低壓鑄造行業(yè)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)是從50年代開(kāi)始研究低壓鑄造的，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，從簡(jiǎn)單件到復(fù)雜零件，從鋁合金到銅合金，從有色低壓鑄造到黑色低壓鑄造，我國(guó)的低壓鑄造技術(shù)不斷發(fā)展，同臻完善。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。目前國(guó)內(nèi)低壓鑄造法在批量生產(chǎn)鋁合金鑄件上存在的問(wèn)題是：澆注條件相對(duì)不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和成品率；其次是生產(chǎn)效率不高，操作比較麻煩，現(xiàn)作如下分析：　　1) 設(shè)備設(shè)計(jì)與鑄造工藝嚴(yán)重脫節(jié) 目前國(guó)產(chǎn)低壓鑄造設(shè)備大都不能保證原定鑄造工藝實(shí)現(xiàn)和重現(xiàn)。低壓鑄造最重要的是工藝過(guò)程要靠液面加壓系統(tǒng)來(lái)保證。但目前國(guó)內(nèi)數(shù)家工廠或公司出品的液面加壓系統(tǒng)均只能在控制柜試壓筒或控制柜反饋管內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)定加壓—時(shí)間參數(shù)。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(guò)程控制，精度很差；減壓閥流量太?。环答佇盘?hào)直接采用氣壓，由于管路阻力，反饋信號(hào)失真以及控制系統(tǒng)對(duì)弱小反饋信號(hào)反應(yīng)不敏感等等。而目前液面加壓系統(tǒng)大都不能滿足這類工藝要求。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。但就質(zhì)量而言，低壓鑄造產(chǎn)品如摩托車減振筒比金屬型重力鑄造要好得多。且由于生產(chǎn)中模具各部分溫度變化，使原來(lái)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)。無(wú)CAD/CAM技術(shù)保證，大多數(shù)是人工操作，難于滿足復(fù)雜空間和曲面形狀模具要求，對(duì)于一些要求能排氣又要求滑動(dòng)而不漏鋁的部分，其精度得不到保證。國(guó)外金屬型和低壓鑄造件尺寸精度可達(dá)5～6級(jí)，表面粗糙度Ra≤。　　4) 一般國(guó)產(chǎn)低壓機(jī)上無(wú)模具快速定位和自動(dòng)裝夾系統(tǒng)，造成裝夾和更換模具比較麻煩　　5) 模具表面涂料耐用性差 補(bǔ)噴涂料或更換模具既影響生產(chǎn)率又造成工藝不穩(wěn)定性(英國(guó)FOSECO鋁合金金屬型涂料可達(dá)500～1500型壽命)。各工藝過(guò)程連動(dòng)大多由分立的繼電器和電磁閥連動(dòng)，造成原來(lái)預(yù)想的比較嚴(yán)格的工藝參數(shù)不能令人滿意。低壓鑄造鑄件所占的比重不斷增加，工藝裝備日趨完善，機(jī)械化、自動(dòng)化水平不斷提高。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。我國(guó)也將研制直徑600 mm左右、高3 m、壁厚6 mm的差壓鑄件。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(lái)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)?！　?) 質(zhì)量大于1000 kg以上的大型離心泵不銹鋼葉輪(CF3M,CD4MCu)，葉片厚度薄，面積大，而軸頸斷面尺寸大，鑄件厚薄不均，且工作時(shí)承受應(yīng)力腐蝕環(huán)境。在腐蝕環(huán)境下壽命大大縮短。這類鑄件在核電裝備中具有重要地位。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)出許多不同類型的鑄造模擬軟件，按發(fā)展過(guò)程可大致分為三代：第一代模擬軟件只能用簡(jiǎn)單的模數(shù)計(jì)算方法模擬熱流動(dòng)，不能模擬某一時(shí)刻鑄件特定區(qū)域溫度變化；第二代模擬軟件基于溫度場(chǎng)計(jì)算，可以以時(shí)間為參數(shù)顯示鑄件的溫度變化，但沒(méi)考慮凝固過(guò)程液體流動(dòng)和密度變化，也沒(méi)考慮不同合金的凝固結(jié)晶特性；第三代模擬軟件則考慮了溫度場(chǎng)計(jì)算、凝固期間液體流動(dòng)補(bǔ)縮、重量密度及合金顯微組織的影響[7]。這些軟件基本可以模擬以砂型為代表常用的鑄造工藝。通過(guò)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(guò)程，確保鑄件質(zhì)量。我國(guó)從1978年開(kāi)始數(shù)值模擬研究，雖然起步較晚，但三十多年的研究一直與鑄造生產(chǎn)實(shí)際密切結(jié)合，形成了我國(guó)研究的特色。鑄造充型凝固過(guò)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]。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，可以縮短周期，降低成本，并且還可以優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)提高鑄件質(zhì)量。鑄造充型，凝固過(guò)程的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)數(shù)值模擬技術(shù)日趨成熟，目前己經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，一些著名的商品化軟件包相繼開(kāi)發(fā)出低壓鑄造充型過(guò)程流場(chǎng)模擬功能。鑄造生產(chǎn)正在由憑經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)理論指導(dǎo)。 選題意義及本文的主要研究?jī)?nèi)容 課題的意義近二十年來(lái)，世界汽車工業(yè)面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的三大問(wèn)題，即能源、公害和安全。其中能源問(wèn)題最為突出，節(jié)能成為汽車工業(yè)發(fā)展的核心問(wèn)題。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。影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素很多，如提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，降低滾動(dòng)阻力、空氣阻力等，但最重要的是汽車的輕量化。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。本文主要研究?jī)?nèi)容為：1）對(duì)Zl101A汽車帶輪的鑄造工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及澆注系統(tǒng)、澆注工藝參數(shù)的選擇；2）運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室所具有的現(xiàn)有的材料，用木模進(jìn)行砂型、砂芯的制作，并用實(shí)驗(yàn)室的反重力設(shè)備將Zl101A融化并進(jìn)行澆注；3）將澆注后的鑄件進(jìn)行切割、打磨、拋光制成樣本，進(jìn)行金相觀察；4）應(yīng)用View Cast模擬軟件對(duì)鑄件的充型凝固過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，查看熱節(jié)或縮孔、縮松、夾渣等缺陷的生成、分布情況；5）根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以降低鑄件中的缺陷。金屬型多用于大批、大量生產(chǎn)的有色金屬鑄件，非金屬鑄型多用于單件小批量生產(chǎn)，如砂型，石墨型，陶瓷型和熔模型殼等都可用于低壓鑄造，而生產(chǎn)中采用較多的還是砂型。為充分利用低壓鑄造時(shí)液體金屬在壓力作用下自下而上地補(bǔ)縮鑄件，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮使鑄件遠(yuǎn)離澆口的部位先凝固，讓澆口最后凝固，使鑄件在凝固過(guò)程中通過(guò)澆口得到補(bǔ)縮，實(shí)現(xiàn)順序凝固。 對(duì)于壁厚差大的鑄件，用上述一般措施又難于得到顧序凝固的條件時(shí)，可采用一些特殊的辦法，如在鑄件厚壁處進(jìn)行局部冷卻，以實(shí)現(xiàn)順序凝固。確定帶輪鑄造方法為砂型鑄造，選用石英砂、堿性酚醛樹(shù)脂（占砂重3%）、固化劑(多元醇的羥酸酯，占砂重1%）。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。一般說(shuō)來(lái)，有如下幾條原則可供參考：1) 對(duì)于大型薄壁而且壁的空間分布無(wú)明顯規(guī)律的殼體類鑄件而言，在砂型鑄造時(shí)，一般多采用同時(shí)凝固的方式。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(guò)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(guò)實(shí)測(cè)。在金屬型鑄造時(shí)，雖然由于流程和時(shí)差能造成較大的溫度梯度，但因?yàn)殍T件壁的空間分布不規(guī)律，因而其溫度場(chǎng)的方向很難是單一的。與此相反，對(duì)于壁厚大的鑄件，采用砂型或金屬型鑄造時(shí)，一般采用順序凝固的方式。對(duì)于壁的空間分布很有規(guī)律的大型薄壁殼體類鑄件，可以采用順序凝固的方式。對(duì)于這種鑄件，據(jù)文獻(xiàn)[12]所述，最好的工藝方法是金屬型覆砂造型，用覆砂層的厚度變化以及烘干時(shí)煙氣的吸入方向來(lái)造成并強(qiáng)化溫度梯度，以便順序凝固的實(shí)現(xiàn)。反之，在導(dǎo)熱系數(shù)小的砂型內(nèi)澆注導(dǎo)熱系數(shù)大的合金時(shí)，由于造成的溫度梯度小，一般薄壁件趨向于同時(shí)凝固(參看文獻(xiàn)[11])。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。對(duì)于結(jié)晶溫度范圍小的合金，宜采用順序凝固方式。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)。3) 在生產(chǎn)較大的等壁厚鑄件時(shí)，當(dāng)金屬型壁厚設(shè)計(jì)合理，并保證充填性的前提時(shí)，應(yīng)將內(nèi)澆道開(kāi)設(shè)在鑄件的短邊的中部，以便造成高度上的單向溫度梯度，從而有利于補(bǔ)縮的進(jìn)行。4) 當(dāng)有多個(gè)內(nèi)澆道與橫澆道相連時(shí)，為了使各內(nèi)澆道流量分配均勻，應(yīng)根據(jù)具體的情況(鑄件的結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)澆道橫澆道升液管相對(duì)位置，澆注速度，液態(tài)合金的粘度等等)來(lái)確定各個(gè)內(nèi)澆道的截面積。5) 連接升液管與鑄型的輸液道的管壁應(yīng)盡可能薄些，以減小液態(tài)金屬在該處的熱量損失，以有利于補(bǔ)縮的進(jìn)行。 根據(jù)澆注位置的確定的原則及鑄件的結(jié)構(gòu)，以及在確定分型面時(shí)須注意的幾點(diǎn)：1) 分型面應(yīng)該力求在一個(gè)平面上，盡量避免以階梯或曲面分型。3) 盡量將鑄件設(shè)置在同一半型中，或者將精度要求較高的部分設(shè)計(jì)在同一半型中，這樣做，有利于減小合型錯(cuò)位所產(chǎn)生的鑄件尺寸誤差，以提高鑄件的幾何精度。選用的分型面如圖