差压铸造

差压铸造主讲人：金蝶差压铸造(DifferentialPressureCasting)又称反压铸造，是在低压铸造的基础上，铸型外罩个密封罩，同时向坩埚和罩内通入压缩空气，但坩埚内的压力略高，使坩埚内的金属液在压力差的作用下经升液管充填铸型，并在压力下结晶。它是低压铸造和压力下结晶两种工艺的结合。差压铸造的工作压力为0.6MPa，压差范围为50KPa左右。差压铸造（1）概述差压铸造工艺方法的核心是差压充型，压力下凝固。形成金属液充型时的压力差△P有两种方式：增压法：即增加下压力筒压力，使P2＞P1；形成△P进行充型；减压法：即减少上压力筒压力，使P1＜P2而形成△P。①差压铸造的基本原理按工作时压力筒内充气压力的大小②差压铸造的分类低压差压铸造中压差压铸造高压差压铸造按压差产生的方式增压法差压铸造减压法差压铸造（0.5～0.6MPa）（5～10MPa）（＞10MPa）减压法减压充型可避免上筒内铸型由于金属液充填升温，产生蒸汽和气体膨胀而影响尺寸变化。减压法充型时可按浇注工艺控制放气速度。减压法金属液上升平稳。增压法：升液管中金属液靠自重回流。因而差压铸造具有比低压铸造更理想的结晶、凝固条件。差压铸造工作原理1-上压力筒；2-铸型；3-升液管；4-下压力筒；5-坩埚③差压铸造特点1）可获得最佳的充型速度；可避免外来夹杂物进入型内；2）可获得轮廓清晰、尺寸精确的铸件；3）补缩能力是低压铸造的4～5倍，可减小铸件热裂倾向；4)可提高铸件力学性能，与低压铸造相比，差压铸造的铸件材料的抗拉强度可提高10～50％，伸长率可提高25～50％；5)能用气体作为合金元素，高压下能提高气体溶解度，故可往一些合金（如钢）中溶入N2，提高合金强度和耐磨性能。铸造方法力学性能ZL101ZL102壁厚5mm壁厚20mm壁厚5mm壁厚20mm差压铸造抗拉强度σb（Mpa）171190190184断后伸长率δ（%）8.07.26.56.5低压铸造抗拉强度σb（Mpa）171132168143断后伸长率δ（%）4.02.04.02.0差压铸造与低压铸造铝合金力学性能的比较④应用范围★差压铸造目前主要用于航空、航天、船舶，兵器工业领域，生产一些大型复杂薄壁筒体件或复杂薄壁箱体类和框架类铸件。可铸造的合金有铝合金、锌合金、镁合金、铜合金以及铸钢。应用实例差压铸造铸件重量可从小于1kg至100kg以上。目前国内最大铸造φ540mm、高度890mm、壁厚8～10mm的大型复杂薄壁整体舱铸件。生产的铸件有电机壳、阀门、叶轮、气缸、轮毂、坦克导轮、船体等。据报道保加利亚生产出0.5t的含氮合金钢铸件。AlSi5Cu合金飞机发动机汽缸头质量18kg，鳍片1.6mm，尺寸225×255mmAlSi11合金液力透平机转子质量5kg，尺寸φ360×60mm差压铸造铸件差压铸造铸件①充气阶段②压力平衡阶段③升液阶段④充型阶段⑤保压阶段⑥互通排气阶段（2）差压铸造工艺（2）差压铸造工艺①差压铸造浇注工艺过程差压铸造浇注工艺过程Ⅰ-同步进气；Ⅱ-升液；Ⅲ-充型；Ⅳ-保压；Ⅴ-上下压力室互通；Ⅵ-卸压差压铸造浇注工艺一般包括同步进气、升液、充型、保压结晶、卸压、冷却延时各工艺过程。同步进气（充气）阶段，即在液面加压控制系统作用下，对坩埚所在的下压力室和铸型所在的上压力室同时通入压缩空气，在此过程中要求两压力室的压力差尽量小，不能超过某一要求范围，直至达到设定压力。同步进气阶段完成后，隔离两压力室，通过减少铸型压力室的压力（减压法），在上、下两个压力室之间形成一定的压力差，并作用在金属液面上，完成升液、充型及保压凝固过程，其充型过程和低压铸造的充型过程相同。同步建正压上压力筒减压保压结束后，上、下压力室互通，卸压，完成一个浇注过程。差压铸造过程所需控制的参数除了低压铸造提及的浇注工艺参数外，还应对同步进气阶段的参数如同步进气速度，同步进气时间及最终压力进行控制。式中，—金属液充满铸型所需压力差（pa）；—充型结束时，坩埚液面至铸件顶端的距离（m）；—金属液的液密度（kg·m-3）；—重力加速度（m·s-2）；—充型阻力系数，K=1.2～1.5，阻力小取下限，阻力大取上限。②差压铸造工艺参数选择充型压力差Δp的大小可按下式计算。gHppHg充型压力差Δp结晶压力结晶压力越大，铸件越致密，铸件力学性能也越好。但结晶压过大会给设备制造带来困难。压力过小，会降低差压铸造的挤滤作用及塑性变形作用，不利于补缩和抑制金属液中气体的析出，铸件易产生疏松和显微气孔。结晶压力的大小和铸件结构、合金结晶特性等因素有关，一般在0.3～1.0Mpa之间。②差压铸造工艺参数选择升液速度升液速度较慢，应保持金属液平稳、缓慢升液，避免喷溅、翻滚。充型速度充型速度决定了铸件质量，一般充型速度应比升液速度略快，但不宜过快，这样有利于补缩，使液流平稳，减少二次夹杂的产生。②差压铸造工艺参数选择充型速度与铸件复杂程度、壁厚、大小和合金种类有关，还与所用铸型种类有关。充型速度常通过试验决定。用金属型生产复杂铝铸件，充型速度可快一些；砂型浇注厚大铝铸件时，充型速度则需慢些；浇注镁合金铸件则比铝合金铸件充型速度要小些。②差压铸造工艺参数选择保压时间保压时间应大体上与铸件凝固时间相同。因此，保压时间与铸件大小、壁厚、合金种类及结晶压力等有关。浇注温度差压铸造浇注温度比一般重力铸造可低些。如浇铝合金铸件时，浇注温度可低30～60℃。②差压铸造工艺参数选择（3）差压铸造设备主机部分压力控制部分供气部分差压铸造设备主要优点：1．充型压差可控，充型流动平稳，减少了金属液的飞溅和对铸型的冲刷；2．凝固压力增大，可抑制氢的析出，避免铝合金件的针孔缺陷；3．凝固压力增大，可强化金属液补缩，避免铝合金件的疏松缺陷。主要缺点：1．设备较为复杂，制造、运行、维护成本较高；2．型腔内气体反压高，可阻碍充型并迅速降低合金液流动性。差压铸造设备特点主机主机包括上、下压力罐、中隔板、锁紧机构、电阻炉、坩埚、升液管及控制系统等。为使设备保持密封，中隔板的上下两面应垫耐高温的石棉板、石棉绳、石墨盘根或硅橡胶圈。差压铸造主机简图气压控制有两种：手动液面加压控制系统和微机控制液面加压系统。气压控制供气部分供气部分由气水分离器、储气罐、空气干燥器、空气电热器和气源组成。差压铸造设备金属型差压铸造生产线