反重力铸造技术

反重力铸造技术反重力铸造反重力铸造是外力场充型工艺的一种，是指液态金属在与重力相反方向力的作用下完成的充型、补缩和凝固过程的铸造方法，也称反压铸造。低压铸造压差铸造真空吸铸一、低压铸造（一）概述低压铸造是液体金属在压力（一般为气体压力）作用下，完成充型及凝固过程而获得铸件的一种铸造方法。由于作用的压力较低（一般为20~70kPa），故称为低压铸造。低压铸造起源于20世纪40年代，但直到60年代才开始推广，大范围应用于工业生产的各个领域。低压铸造可生产的铸型可使用砂型、金属型、熔模壳型、石膏型、及石墨型等，可生产铝合金、铜合金、铁合金等材质的铸件。（二）低压铸造的原理基本原理：1)合型2)升液阶段3)充型阶段4)凝固阶段5)顶出（三）低压铸造工艺（1）压力和增压速度低压铸造的工艺规范包括压力、增压速度、铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。Hp金属液上升高度金属液的重度阻力因数（1.0~1.5）3.第三阶段：凝固结晶阶段2.第二阶段：充型阶段1.第一阶段：升液阶段11Hp151p2p3p压力p时间234111/pv22Hp12122ppv223Kpppp13233ppv充型速度慢，充填平稳，有利于型腔内气体的排出，增大铸件各部分温差。结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。金属液的升液速度应尽可能缓慢，使金属液在进入浇口时不致产生喷溅或涡流，故一般不超过0.15m/s金属材料工程教研室常遇到的情况大致有以下三种：1、湿砂型低压铸造金属材料工程教研室2、干砂型低压铸造金属材料工程教研室3、金属型低压铸造3.涂料：对铸型，涂料的使用与重力铸造相同，涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及铸件结构来决定。此外，对保温坩埚也应喷涂涂料。在升液管内外表面应涂刷一层较厚涂料。（2）浇注温度、铸型温度及涂料1.浇注温度：一般比重力浇注低10~20°C，并且在保证铸件成型的前提下，应该是愈低愈好。2.铸型温度：对非金属型，若无特殊要求，一般都为室温。而对金属型的工作温度就有一定的要求。如低压铸造铝合金时，金属型的工作温度一般控制在200～250°C；浇注薄壁复杂件时，可高达300～350°C。1.浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口；2.用加工裕量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固；3.改变铸件的冷却条件。（三）低压铸造工艺设计低压铸造的铸型有金属型和非金属型两类。金属型多用于大批、大量生产的有色金属铸件，非金属铸型（如砂型、石墨型、陶瓷型和熔模型壳等）多用于单件小批量生产，生产中采用较多的是砂型，要求造型材料的透气性和强度应比重力浇注时高。顺序凝固金属材料工程教研室铸件顺序凝固条件的创造（1）浇口设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口如图所示：金属材料工程教研室（2）用加工余量调整铸件壁厚。金属材料工程教研室金属材料工程教研室（3）改变铸件的冷却条件。3)便于实现顺序凝固，以防止缩孔和缩松；5)一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，一般可达90％；6)劳动条件好，设备简单，设备费用比压铸低，易实现机械化和自动化。2)充型平稳，对铸型冲击小，可有效控制卷气和夹渣，防止合金氧化，有效克服铝合金针孔缺陷；（四）特点1)浇注压力和速度便于调节，适于不同材料的铸型；4)铸件的表面质量受铸型材料影响较大；（五）低压铸造设备低压铸造设备一般由保温炉及其附属装置、铸型开合系统和供气系统三部分组成。按铸型和保温炉的连接方式顶铸式低压铸造机侧铸式低压铸造机由炉体、熔池、密封盖和升液管等所组成，是低压铸造机的基本部分。保温炉的炉型有：焦炭炉，煤气炉，电阻炉，感应炉等。1.保温炉及附属装置根据不同铸件，不同铸件的要求，供气系统可以任意调节，工作要稳定可靠，结构要使维修方便。2.供气系统金属材料工程教研室金属材料工程教研室金属材料工程教研室差压铸造的实质是低压充型与压力下结晶两种铸造方法的结合。可获得无气孔、无夹杂、组织致密的铸件。二、差压铸造（一）概述差压铸造又称反压铸造、压差铸造。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。原理图（二）分类按工作时压力筒内充气压力的大小低压差压铸造：0.5~0.6MPa中压差压铸造：5~10MPa高压差压铸造：10MPa按压差产生的方式增压法差压铸造减压法差压铸造（三）应用范围铸型可以用砂型，也可用金属型。单件、小批量生产时可用砂型，生产批量大时，可用金属型。铸件重量可从小于1kg至100kg以上。目前国内最大铸造直径540mm、高度890mm、壁厚8～10mm的大型复杂薄壁整体舱铸件。可铸造的合金有铝合金、锌合金、镁合金、铜合金，以及铸铁、铸钢。生产的铸件有电机壳、阀门、叶轮、气缸、轮毂、坦克导轮、船体等。在压力铸造机上生产受投影面积或壁厚限制的铸件均可用差压铸造法生产。（四）差压铸造工艺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（五）差压铸造的特点1)充型速度可以准确控制，以获得最佳充型速度。2)铸件成形性好，表面粗糙度值低。3)铸件晶粒细小，组织致密，力学性能高，与低压铸造相比，铸件抗拉强度可提高1050％，伸长率可提高2550％。6)设备较庞大，操作麻烦。4)提高了金属的利用率，可减小冒口的尺寸或不设冒口。5)能用气体作为合金元素，故可往一些合金（如钢）中溶入N2，提高合金强度和耐磨性能。(一)概述:真空吸铸是利用真空系统装置，在结晶器内造成负压，将熔融金属从坩埚吸入圆筒形石墨铸型或金属型中，并保持一定时间而获得铸件的方法。真空吸铸工艺是在二次世界大战期间发明于苏联，当时主要为了解决小型铜套的生产。目前真空吸铸主要用于生产直径120mm一下圆筒、圆棒类零件，特别是铜合金铸件。此外真空吸铸作为一种浇注工艺，还广泛用于砂型铸造，熔模铸造、陶瓷型铸造等。三、真空吸铸真空吸铸的基本原理是，将与真空系统连接的结晶器（即铸型），浸入金属液，抽真空使结晶器内成负压而将金属液吸入，由于结晶器壁内通有循环冷却水，所以其中的金属液实现由外向中心的顺序凝固，当凝固层达到所需尺寸时，关闭真空泵使结晶器内未凝固的金属液返回坩埚。这样就获得了筒形铸件，铸件的长度取决于结晶器的长度，厚度则取决于凝固时间。这种无芯生产筒形铸件的方法与砂型铸造、离心铸造以及连续铸造方法相比，装备费用较低。（二）基本原理原理图（三）真空吸铸工艺1，铸型型腔真空度。因受大气压限制，不同材料的铸件能达到的最大高度不一样。2，结晶器侵入金属液的深度。3，真空保持时间。（四）真空吸铸的特点（1）由于结晶器内的空气压力小，减小了金属液在充型时的吸气倾向。（2）获得铸件的组织致密、晶粒细小、无气孔和砂眼等缺陷，使铸件的机械性能提高。（3）铸件不用浇口、冒口，减少了金属的消耗。（4）生产率高，易于实现机械化和自动化。（5）通过控制凝固时间，可以生产不同壁厚的管子。（6）不能生产形状复杂的铸件，且铸件的内表面不光滑，尺寸不易控制。由于以上特点，真空吸铸主要用来生产内燃机的铜合金轴套和铝合金锭坯。发展趋势与展望随着科学技术的进步，各种构件对金属铸件精密化、轻量化和整体化的要求越来越高，正是这种需求使各国对新型的反重力铸造技术的要求越来越高。反重力铸造的工艺原理已经众所周知，很难再有突破，未来的研究将会转向高效、高智能方面，特别是随着计算机技术的迅速发展和普及，以及工业领域内PLC技术、人工智能技术、自动控制技术以及PC技术的发展、反重力铸造技术的计算机智能控制将越来越强调集成化、自动化、远程在线化及时监控，能够对铸造过程或设备进行在线检测与控制，能够及时准确地反映现场状态，实时控制有关生产设备，从而使铸造工艺过程或设备保持在最佳工作状态。将来的反重力铸造技术将是集多科学，多方向，基于知识与智能的现代化生产。谢谢