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低壓鑄造技術.ppt

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低壓鑄造主講人:李躍山2006年3月第一節 概述 第二節 低壓鑄造工藝設計 第三節 低壓鑄造工藝 第四節 低壓鑄造設備 第五節 特殊低壓鑄造工藝 課程大綱第一節 概述定義:低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔,以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低,所以叫做低壓鑄造。充填方向是自下而上。工藝原理從本質上說,是一種低壓強與低速度的充型鑄造方法。充型壓強0.02—0.05MPa,充型時間為4.5-16秒。而簡稱為“壓鑄”的“高壓鑄造”,其充型壓強一般在30MPa—70MPa的范圍,充型時間為0.01-0.2秒。工藝過程(見圖1):在密封的坩堝(或密封罐)中,通入干燥的壓縮空氣,金屬液2在氣體壓力的作用下,沿升液管4上升,通過澆口5平穩地進入型腔8,并保持坩堝內液面上的氣體壓力,一直到鑄件完全凝固為止。然后解除液面上的氣體壓力,使升液管中未凝固的金屬液流回爐內(或坩堝),再由氣缸12開型并推出鑄件。 圖1 低壓鑄造的工藝示意圖 1一保溫爐2一液體金屬3一坩堝4一升液管5一澆口6一密封蓋7一下型8一型腔9一上型 10一頂桿11一項桿板12一氣缸13一石棉密封墊低壓鑄造的優點    澆注壓力和速度可調,適應各種鑄型、合金和鑄件大??;底注式平穩充型,無飛濺、氣體卷入和型壁沖刷等弊病,鑄件合格率提高;壓力下結晶,組織致密,輪廓清晰,表面光潔,少切削或零切削,機械性能高,對薄壁件鑄造尤其有利;節省補縮冒口,金屬利用率高達90-98%;勞動強度低,勞動條件好,容易數控自動化。低壓鑄造的缺點    低壓鑄造工藝與所有的充型工藝都一樣,必須解決鑄造工藝必然出現的相變收縮問題,也就是說,其鑄造工藝系統中,必須設有補縮的工藝措施,否則,鑄件的縮孔縮松缺陷,必然是100%存在的;設備成本高,首期投入大。第二節 低壓鑄造工藝設計低壓鑄造所用的鑄型,有金屬型和非金屬型兩類。金屬型多用于大批、大量生產的有色金屬鑄件,非金屬鑄型多用于單件小批量生產,如砂型,石墨型,陶瓷型和熔模型殼等都可用于低壓鑄造,而在生產中我們采用的較多的還是金屬型。 為充分利用低壓鑄造時液體金屬在壓力作用下自下而上地補縮鑄件,在進行工藝設計時,應考慮使鑄件遠離澆口的部位先凝固,讓澆口最后凝固,使鑄件在凝固過程中通過澆口得到補縮,實現順序凝固。常采用下述措施:1.澆口設在鑄件的厚壁部位,而使薄壁部位遠離澆口; 2.用加工余量調整鑄件壁厚,以調節鑄件的方向性凝固;3.改變鑄件的冷卻條件。 對于壁厚差大的鑄件,用上述一般措施又難于得到順序凝固的條件時,可采用一些特殊的辦法,如在鑄件厚壁處進行局部冷卻,以實現順序凝固。 金屬型不透氣,而且無退讓性,易造成鑄件澆不足、開裂 。因此,要注意開設排氣道幫助排氣;另外排氣道及冒口開設的方向,盡量不要阻礙鑄件的收縮,而引起產品開裂。第三節 低壓鑄造工藝低壓鑄造的工藝規范包括充型、增壓、鑄型預熱溫度、澆注溫度,以及鑄型的涂料等。 (1)充型和增壓     升液壓力是指當金屬液面上升到澆口,所需要的壓力。金屬液在升液管內的上升速度應盡可能緩慢,以便有利于型腔內氣體的排出,同時也可使金屬液在進入澆口時不致產生噴濺。 (2)充型壓力和充型速度     充型壓力Pa是指使金屬液充型上升到鑄型頂部所需的壓力。在充型階段,金屬液面上的升壓速度就是充型速度。     (3)增壓和增壓速度     金屬液充滿型腔后,再繼續增壓,使鑄件的結晶凝固在一定大小的壓力作用下進行,這時的壓力叫結晶壓力。結晶壓力越大,補縮效果越好,最后獲得的鑄件組織也愈致密。但通過結晶增大壓力來提高鑄件質量,不是任何情況下都能采用的。 (4)保壓時間     型腔壓力增至結晶壓力后,并在結晶壓力下保持一段時間,直到鑄件完全凝固所需要的時間叫保壓時間。如果保壓時間不夠,鑄件未完全凝固就卸壓,型腔中的金屬液將會全部或部分流回爐內,造成鑄件“放空”報廢;如果保壓時間過久,則澆口殘留過長,這不僅降低工藝收得率,而且還會造成澆口“凍結”,使鑄件出型困難,故生產中必須選擇一適宜的保壓時間。 低壓澆注過程澆注前等待壓力bar時間(秒) 升壓(澆注延時)保壓卸壓澆注后等待澆注壓力 (5)模具(鑄型)溫度及澆注溫度  低壓鑄造可采用各種鑄型,對非金屬型的工作溫度一般都為室溫,無特殊要求,而對金屬型的工作溫度就有一定的要求。如低壓鑄造黃銅合金時,金屬型的工作溫度一般控制在:浸完石墨水后為120 ℃左右 。    關于合金的澆注溫度,實踐證明,在保證鑄件成型澆滿的前提下,應該是愈低愈好。     (6)涂料(石墨水)    如用金屬型低壓鑄造時,為了提高其壽命及鑄件質量,必須刷涂料(石墨涂層) ;涂料應均勻,涂料厚度要根據鑄件表面光潔度及鑄件結構、大小來決定。 石墨水的作用: 1.模具降溫 2. 在模具覆蓋上一層石墨 石墨覆蓋層作用: 1.使熔融的金屬液不直接與模具接觸,形成一層中間層,有得于排氣。 2.減慢銅液在模具上的熱擴散,有利于充型。 3.減少對模具材料的熱沖擊,保護模具。 4.鑄件與模具不會熔接,容易脫模,且鑄件不容易產生裂紋。    最重要的參數是: a)      澆注____。 b)      澆注____。壓力延時工藝注意事項而澆注壓力和澆注延時又要以下因素來保證: a)    模具的____. b)   石墨槽_____的高度 c)      澆注_____. d)      模具_____. e)石墨層的_____. 高度液面溫度溫度厚度f) 模具本身設計的好壞最合適的設置值為: a) 澆注壓力:________,在初次試模時,為了防止銅液溢出模具,先將壓力____. 0.2-0.5bar調低  b)      澆注延時: 1. 薄壁件 ______。 2. 厚壁件 _______。(在開始試模時盡量長一些)   澆注的原則是: 5-7S8-16S在保證鑄件澆滿的情況下澆注越慢越好。____、_____不產生紊流非常重要 設置_______的延時、和____的壓力(在保持延時不變的條件下,慢慢提高壓力,直到產品澆滿,如果還澆不滿,則必須縮短延時)。盡可能長合適平穩慢速最低極限延時:_____。 最高極限壓力:______。 如果超過了這個極限值澆注時就會產生紊流。產品質量就差。 4.5S0.5Bar金屬熔煉金屬熔煉不僅僅是單純的熔化,還包括冶煉過程,使澆進鑄型的金屬,在溫度、化學成分和純凈度方面都符合預期要求。為此,在熔煉過程中要進行以控制質量為目的的各種檢查測試,液態金屬在達到各項規定指標后方能允許澆注。 例如:分光儀測試爐液成份;做澆杯實驗;做墨水瓶樣等等。銅液中主要元素對產品的影響: 銅Cu(59.5-61): 太高時 1.      流動性變壞 2.      壓力密封性變差 3. 凝固范圍增大,易產生縮松。太低時 1.      容易產生熱裂 2.      流動性變好。 鉛Pb(1.0-1.6): 大于3時 澆注性能變壞。很難澆注成型小于1時 機械加工性能變壞,鑄造性能變好。 鋁Al(0.5-0.7): 在充型過程中減少ZnO的形成,在爐內減少鋅的揮發損失。 太多鋁時: 1.   磨拋會變硬,變得更沾,增加硬度, 2.   反而會降低流動性。 太少鋁時: 1.      鋅的消耗增加, 2.      表面裂紋增加。 3. 低于0.4,晶粒細化劑失效。 從理論上講每增加0.15%的鋁相當于增加了0.9%的銅。 鐵Fe(0.03-0.2): 一般認為它是一種雜質,要盡可能低。 但最小不要低于0.03%,因為低于0.03%這就意味著晶粒細化劑失效。 錫Sn(小于0.2): 含量應越低越好。 鐵+錫:兩者加起來不要超過0.35% 1.      增加開裂傾向性 2.      在晶粒細化過程中有增加硬點的可能。 鎳Ni(小于0.2): 1.  降低加工性能,加工變硬。 2.  提高機械穩定性。 3.      改變產品顏色,隨著其含量的增多,合金會變白。 砷As(小于0.02): 對流動性有影響。 但增加抗鋅腐蝕性能(如DZR材料0.09-0.12%)。 錳Mn(小于0.01) 在金屬液中無太大的影響。 硅Si(小于0.01): 提高鑄造性能,減少壓力密封性能。但由于它的鋅當量系數為10,所以它對爐液的成份有相當大的影響。 硼B(4-14PPM): 有晶粒細化、提高磨拋性能及改善流動性的作用。 太多時: 有增加硬點的危險。 太少時: 1.      不會起得好的細化效果。 2.      鑄造性能差(即流動性差) 3.      增加裂紋傾向 4.      增加收縮傾向 請注意下面的事項: 1、石墨水溫度:40-60℃ 2、模具浸完石墨水后的溫度120 ℃ 3、水的填充:最好是軟化水。 4、合適的濃度:16-22% 5、每天檢測濃度,使之在一個穩定的范圍。 6、避免砂子和油性物質掉進水中。 7、使用一定時間后更換。(大約600小時,視具體情況可縮短)有效的升液管清理 每隔大約半小時需清理一次,升液管變小會嚴重影響澆注產品質量。 請問: 升液管口徑變小,產品澆注情況?第四節 低壓鑄造設備低壓鑄造設備一般由保溫爐及其附屬裝置,鑄型開合系統和供氣系統三部分組成。按鑄型和保溫爐的連接方式,可分為頂鑄式低壓鑄造機和側鑄式低壓鑄造機兩種類型。 (1)保溫爐及附屬裝置 它由爐體、熔池、密封蓋和升液管等所組成,是低壓鑄造機的基本部分。保溫爐的爐型很多,如焦炭爐,煤氣爐,電阻爐,感應爐等。但目前廣泛使用的是電阻加熱爐,其次是電熱反射爐。 (2)供氣系統 在低壓鑄造中,正確控制對鑄型的充型和增壓是獲得良好鑄件的關鍵,這個控制完全由供氣系統來實現。根據不同鑄件,不同鑄件的要求,供氣系統應可以任意調節,工作要穩定可靠,結構要使維修方便。第五節 特殊低壓鑄造工藝 低壓鑄造對一些特殊結構或特殊性能要求的鑄件,難以滿足時,就在低壓鑄造的基礎上,發展出一些特殊低壓鑄造工藝。 (1)壓差法低壓鑄造   有些鑄件的內部質量要求高,希望在較高的壓力下結晶,但一般低壓鑄造時的結晶壓力不能太大。因而發展出壓差法低壓鑄造。其工藝過程是將電阻保溫爐和鑄型全部進行密封,在密封罩內通人壓力較大如500kPa的壓縮空氣,這時由于鑄型與增鍋內部的壓力相等,金屬液不會上升,然后金屬液向上補充50kPa壓力,金屬液就會上升充填型腔。同時鑄型內的金屬液也在高壓下結晶凝固。這種方法使鑄件得到較致密的結晶組織,提高了鑄件的機械性能。據資料介紹這種工藝與一般鑄造方法相比,使鑄件強度提高約25%,延伸率提高約50%。但設備較龐大,操作麻煩,只有特殊要求時才應用。 圖1 差壓鑄造基本原理與工藝過程(2)真空低壓鑄造 對薄壁或復雜的大型鑄件,采用前述的低壓鑄造工藝,也難以滿足時,采用真空低壓鑄造就容易解決。它的裝置與壓差法低壓鑄造基本相似。在澆注前先將型腔中的氣體抽出再進行澆注,這時澆注速度可以提高,不會產生氧化夾雜和氣孔等缺陷。 圖222  金屬型真空吸鑄機 1—金屬液;2—蓋;3—升液管;4—金屬型;5—直澆道;6—液壓缸;7—罩Thank you for your attention ! 再見
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