低壓鑄造概念

低壓鑄造是指鑄型一般安置在密封的裝有合金液體的保溫爐上方，保溫爐中通入壓縮空氣，在熔融金屬的表面上造成低壓力（常規(guī)500-2500mbar），使金屬液由連接爐內(nèi)金屬和模具型腔的升液管上升填充鑄型和控制凝固的鑄造方法。這種鑄造方法補(bǔ)縮好，鑄件組織致密，容易鑄造出大型薄壁復(fù)雜的鑄件，一般無(wú)需冒口，金屬收得率高（一般超過70%）。易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。與高壓鑄造相比，設(shè)備費(fèi)用較低，但生產(chǎn)效率較低，與重力鑄造相比，一般用于鑄造有色合金。

低壓鑄造特點(diǎn)

低壓鑄造可以采用砂型、金屬型、石墨型、石膏型等。

1) 純凈金屬液充型，提高了鑄件的純凈度。由于熔渣一般浮于金屬液表面，而低壓鑄造由保溫爐下部的金屬液通過升液管實(shí)現(xiàn)充型，有效避免了熔渣進(jìn)入鑄型型腔的可能性。但升液管內(nèi)部反復(fù)沖刷造成的渣滓要有預(yù)防措施，一般在鑄造過程中會(huì)放置過濾網(wǎng)。

2) 加壓壓力曲線可調(diào)，如果設(shè)置合理，金屬液充型平穩(wěn)，減少或避免了金屬液在充型時(shí)的翻騰、沖擊、飛濺現(xiàn)象，從而減成少了氧化渣的形成。

3) 鑄件成型性好，金屬液在壓力作用下充型，可以提高金屬液的流動(dòng)性，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對(duì)于大型薄壁鑄件的成型更為有利。

4) 鑄件在壓力作用下結(jié)晶凝固，能得到充分地補(bǔ)縮，鑄件組織致密。

5) 提高了金屬液的收得率，一般情況下不需要冒口，并且升液管中未凝同的金屬可回流至坩堝，重復(fù)使用，使金屬液的收得率大大提高，收得率一般可達(dá)70%以上。

6) 生產(chǎn)操作方便，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)的提高，可以實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)或者無(wú)人操作的自動(dòng)化鑄造流水線。

低壓鑄造加常用合金

鋁合金、鎂合金、銅合金等

低壓鑄造常規(guī)鑄件種類

汽車摩托車及飛機(jī)坦克等車輛輪轂

內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞等

汽車變速箱殼體、曲軸箱油底殼等

車輛渦輪增壓器殼體等

電機(jī)殼、電池殼等

汽車懸架底盤及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件：如轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、卡鉗、副車架、縱梁等

葉輪，導(dǎo)風(fēng)輪、螺旋槳葉片風(fēng)機(jī)葉片等異性鑄件

電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備及線路部件：例如高壓開關(guān)殼體、罐體、法蘭、導(dǎo)體以及線路金具等。

航空航天類鎂鋁合金鑄件

導(dǎo)彈殼體等

高鐵動(dòng)車枕梁、變速箱體、接觸網(wǎng)棘輪飛輪等

燈具燈罩殼體等

車輛后視鏡、反光鏡殼體等

水龍頭等衛(wèi)浴水暖件

其他類型鑄件

低壓鑄造加壓原理

低壓鑄造，差壓鑄造和真空鑄造，從本質(zhì)上說屬于同一種鑄造原理，即：依靠設(shè)備在金屬液表面和模具型腔之間產(chǎn)生壓力差，金屬液在壓力差的作用下由下向上充型。

低壓鑄造一般是模具在敞開的大氣壓下，保溫爐內(nèi)建立正壓力，低壓鑄造的壓力差=保溫爐內(nèi)壓力-大氣壓。差壓鑄造一般模具在密閉的容器內(nèi)加壓，保溫爐內(nèi)同時(shí)加壓，金屬液在壓力差下充型，差壓鑄造的壓力差=保溫爐內(nèi)壓力-模具容器內(nèi)壓力。真空鑄造一般把模具型腔抽真空，同樣可以在保溫爐金屬液表面與模具之間形成壓力差，金屬液依然是在壓力差下充型，真空鑄造的壓力差=保溫爐內(nèi)大氣壓-模具型腔內(nèi)的負(fù)壓。

壓力計(jì)算方法：低壓鑄造一般由金屬液升液階段、充型階段、快速增壓補(bǔ)縮階段和保壓結(jié)晶階段以及鑄件冷卻階段組成。各階段的壓力計(jì)算基本公式：p=ρghn

ρ 合金液體密度：對(duì)于常規(guī)鋁合金液體可選2.35-2.4之間

g 重力加速度常數(shù)

h 液面上升高度

n 補(bǔ)償系數(shù)，因排氣條件、流動(dòng)性、型腔阻力等不同，用系數(shù)調(diào)整，一般在0.9-1之間

升液壓力：指合金液體從低壓保溫爐的液面位置，上升到模具澆口位置所需要的壓力。

充型壓力：指合金液體從模具澆口位置上升到充滿模具型腔所需的壓力。充型壓力可以根據(jù)不同的鑄件進(jìn)行單段或者多段設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同合金液體充型流量和流速的要求。

增壓補(bǔ)縮壓力：金屬液充型后要迅速增壓，以便讓鑄件在壓力下得到良好的補(bǔ)縮，一般砂型鑄件補(bǔ)縮壓力較小，金屬型補(bǔ)縮壓力在設(shè)備和模具允許的情況下可以適當(dāng)加大。另外砂型在增壓補(bǔ)縮前需要維持一段略低的壓力以便鑄件表面結(jié)殼，能夠承受后續(xù)繼續(xù)增加的補(bǔ)縮壓力。

保壓壓力：增壓后需要維持這個(gè)壓力，以便對(duì)鑄件凝固過程保持壓力，使得鑄件得到補(bǔ)縮，直到鑄件凝固完畢。

補(bǔ)償壓力：每次鑄造充型后，保溫爐內(nèi)的液面都要下降，為了確保工藝一致性，每次澆鑄后都要增加一定的壓力值，以便后續(xù)加壓過程中能夠補(bǔ)償液面下降的影響。補(bǔ)償壓力要根據(jù)液面下降的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，與鑄件的重量、保溫爐型腔面積有關(guān)，嚴(yán)格意義講，補(bǔ)償壓力應(yīng)該是一個(gè)變量。

預(yù)壓力：為了保證各個(gè)階段的升壓斜率不變，好的液面加壓系統(tǒng)會(huì)設(shè)置預(yù)壓力，即每次運(yùn)行工藝加壓曲線之前，先給保溫爐施加一個(gè)預(yù)壓力值，保證每次升液前，合金液體初始液面完全一致。

懸浮壓力：每次充型完畢泄壓后，爐子內(nèi)部壓力不為零，保留有一定的壓力值，以維持升液管內(nèi)部的合金液懸浮在一個(gè)固定的位置，避免合金液反復(fù)回流沖刷造成的氧化和溫度變化以及減小下次充型所需的時(shí)間。懸浮壓力和預(yù)壓力類似，但不是一個(gè)概念，預(yù)壓力最大值一般取保溫爐內(nèi)最高液面處。懸浮壓力一般高于預(yù)壓力，合金液懸浮在澆口位置以下一定的高度。

壓力控制精度的影響：以上各階段的壓力計(jì)算都是理論值，實(shí)際生產(chǎn)過程中，會(huì)發(fā)生各種影響因素，其中最大的影響因素是如何保證每次加入合金液體后初始液面高度準(zhǔn)確。一般會(huì)采取以下技術(shù)和管理手段：保溫爐液體稱重，液面測(cè)量，液面探針，或者人為嚴(yán)格控制加合金位置。另外有些廠家采用升液管頂部液體探針，模具充滿探針等手段，確保壓力控制準(zhǔn)確。另外的影響因素就是保溫爐的壓縮空氣泄漏量以及系統(tǒng)供給壓力和供給流量能力的影響。還有不同合金液體的流動(dòng)性，型腔阻力，排氣條件等影響因素。良好的加壓控制系統(tǒng)會(huì)考慮以上各種因素，對(duì)加壓過程進(jìn)行精確控制。低壓鑄造最關(guān)鍵的加壓階段是充型階段，要求平穩(wěn)升壓，不能產(chǎn)生波動(dòng)。常規(guī)的液面加壓控制系統(tǒng)，采用可變參數(shù)PID算法以及特殊階段的特殊處理。

此圖表示常規(guī)低壓鑄造控制的各個(gè)壓力階段的關(guān)系。

充型階段的壓力曲線斜率代表充型速率，要根據(jù)不同鑄件澆注系統(tǒng)流速要求給出，有條件的可以用模流分析軟件進(jìn)行模擬，以確保充型平穩(wěn)良好，不產(chǎn)生紊流為佳。加壓壓力設(shè)置不合理容易造成卷氣、氧化、冷隔、分層、澆不足等鑄造缺陷。

低壓鑄造鑄件冷卻過程原理

低壓鑄造鑄件冷卻過程是獲得良好鑄件的最關(guān)鍵因素。

由于低壓鑄造本身的特點(diǎn)，澆口一般在鑄件的下面底部位置，為了保證鑄件凝固過程中各個(gè)位置得到良好的補(bǔ)縮（鑄件凝固過程中發(fā)生體積收縮，必須確保合金液能夠源源不斷的補(bǔ)充體積收縮），必須建立自上而下，從外到內(nèi)的順序凝固條件。

鑄件冷卻速度不但影響了鑄造效率，更會(huì)影響鑄件的品質(zhì)和機(jī)械性能。理論來(lái)講，冷卻速度越快，所得鑄件的品質(zhì)越好，鑄件性能越高。由于澆口部位為了補(bǔ)縮需要往往是最后凝固，此處由于維持液態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，往往澆口部位的性能都比其他部位要差。

鑄件冷卻過程如果控制不好，會(huì)形成縮松、裂紋、鑄件性能不良等常見鑄造缺陷。

鑄件的冷卻凝固一般有自然冷卻法和強(qiáng)制冷卻法。首先要確保模具設(shè)計(jì)階段考慮到順序凝固，常規(guī)用模具厚度梯度來(lái)調(diào)節(jié)。對(duì)于自然冷卻，對(duì)于模具厚度梯度的影響較大，對(duì)局部熱結(jié)一般用特殊材料的冷鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)。

但是隨著低壓鑄造技術(shù)的不斷提高，強(qiáng)制冷卻工藝的使用越來(lái)越普遍，有些廠家對(duì)于模具冷卻的研究投入了大量的人力物力財(cái)力，取得了非常好的效果。

所謂強(qiáng)制冷卻，就是對(duì)模具不同位置和不同階段進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，冷卻介質(zhì)一般用水冷、風(fēng)冷或者水霧冷來(lái)實(shí)現(xiàn)。模具冷卻回路的設(shè)計(jì)有點(diǎn)冷，環(huán)冷，面冷等實(shí)現(xiàn)手段。某些復(fù)雜鑄件模具的冷卻回路高達(dá)幾十個(gè)冷卻回路。對(duì)如此之多的冷卻回路進(jìn)行順序控制并不是一件簡(jiǎn)單的事情。首先要求低壓鑄造機(jī)要有足夠的冷卻回路和冷卻介質(zhì)供應(yīng)，其次要求這些冷卻回路必須高精度的嚴(yán)格受控。高精度一方面指冷卻量控制精度高，另一方面指冷卻時(shí)間參數(shù)和溫度參數(shù)要精確。HDTD 低壓鑄造機(jī)在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面投入了大量的精力，研發(fā)出了溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的高精度冷卻控制系統(tǒng)的前沿技術(shù)。在冷卻回路上，最高可達(dá)到上百路的冷卻回路，可以使用風(fēng)冷，水冷和水霧冷等多冷卻介質(zhì)，冷卻參數(shù)控制可以采用時(shí)間控制和溫度控制以及綜合控制。在冷卻流量調(diào)節(jié)方面采用風(fēng)水比例閥和電子流量計(jì)，對(duì)各個(gè)回路進(jìn)行高精度冷卻流量控制。采用溫度場(chǎng)儀對(duì)模具進(jìn)行全面溫度監(jiān)測(cè)，通過與模流分析標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果對(duì)比，得出相對(duì)準(zhǔn)確的冷卻控制策略。可以實(shí)時(shí)對(duì)多個(gè)冷卻回路進(jìn)行控制，鑄件品質(zhì)和鑄件效率得到明顯提升。