低壓鑄造(LPDC)第一節(jié)概述在二十世紀(jì)初期，國外開始研究并應(yīng)用低壓鑄造工藝，同時(shí)期，英國E.H.Lake登記了第一個(gè)低壓鑄造專利，主要用于巴氏合金的鑄造。法國人制定了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)中得到推廣。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，英國廣泛地采用低壓鑄造生產(chǎn)技術(shù)要求較高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸等輕鋁合金鑄件，并采用金屬型低壓鑄造，大量生產(chǎn)高硅鋁合金鑄件。北美的汽車工業(yè)和電機(jī)工業(yè)又廣泛采用金屬型低壓鑄造生產(chǎn)汽缸、電機(jī)轉(zhuǎn)子等重要鑄件。這樣，低壓鑄造工藝迅速擴(kuò)散到通用機(jī)械、紡織機(jī)械、儀表和商業(yè)產(chǎn)品的領(lǐng)域。我國從五十年代開始研究低壓鑄造，但發(fā)展一直比較緩慢。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，和大量新技術(shù)的采用，在上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，低壓鑄造在我國得到快速發(fā)展，國產(chǎn)低壓鑄造機(jī)的功能和性能，及使用的穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，被大量用于汽車輪轂、汽車缸蓋等鑄件的生產(chǎn)。第二節(jié)低壓鑄造原理及特點(diǎn)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。其工藝過程（見圖1）是：在裝有合金液的密封容器（如坩堝或密封罐）中，通入干燥的壓縮空氣，作用在保持一定澆注溫度的金屬液面上，造成密封容器內(nèi)與鑄型型腔的壓力差，使金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過澆口平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，并適當(dāng)增大壓力并保持坩堝內(nèi)液面上的氣體壓力，使型腔內(nèi)的金屬液在較高壓力作用下結(jié)晶凝固，一直到鑄件完全凝固為止。然后解除液面上的氣體壓力，使開液管中未凝固的金屬液依靠自重流回坩堝中，再由氣缸開型并取出鑄件，至此，一個(gè)完整的低壓澆鑄工藝完成。低壓鑄造獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1．低壓鑄造的澆注工藝參數(shù)可在工藝范圍內(nèi)任意設(shè)置調(diào)整，可保證液體金屬充型平穩(wěn)，減少或避免金屬液在充型時(shí)的翻騰、沖擊、飛濺現(xiàn)象，從而減少了氧化渣的形成，避免或減少鑄件的缺陷，提高了鑄件質(zhì)量；2．金屬液在壓力作用下充型，可以提高金屬液的流動(dòng)性，鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對于大型薄壁鑄件的成形更為有利；3．鑄件在壓力作用下結(jié)晶凝固，并能得到充分地補(bǔ)縮，故鑄件組織致密，機(jī)械性能高；4．提高了金屬液的工藝收得率，一般情況下不需要冒口，使金屬液的收得率大大提高，收得率一般可達(dá)90％。5．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，也是低壓鑄造的突出優(yōu)點(diǎn)。6．低壓鑄造對合金牌號(hào)的適用范圍較寬，基本上可用于各種鑄造合金。不僅用于鑄造有色合金，而且可用于鑄鐵、鑄鋼。特別是對于易氧化的有色合金，更顯示它的優(yōu)越性能，即能有效地防止金屬液在澆注過程中產(chǎn)生氧化夾渣。7．低壓鑄造對鑄型材料沒有特殊要求，凡可作為鑄型的各種材料，都可以用作低壓鑄造的鑄型材料。與重力鑄造和特種鑄造應(yīng)用的鑄型基本相同，如砂型（粘土砂、水玻璃砂、樹脂砂等）、殼型、金屬型、石墨型、熔模精鑄殼型、陶瓷型等都可應(yīng)用?？傊?，低壓鑄造對鑄型材料要求沒有嚴(yán)格限制。第三節(jié)低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)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(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。但低壓鑄造用砂型的造型材料的透氣性和強(qiáng)度應(yīng)比重力澆注時(shí)高，型腔中的氣體，全靠排氣道和砂粒孔隙排出。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，使鑄件在凝固過程中通過澆口得到補(bǔ)縮，實(shí)現(xiàn)順序凝固。常采用下述措施：1．澆口設(shè)在鑄件的厚壁部位，而使薄壁部位遠(yuǎn)離澆口；2．用加工裕量調(diào)整鑄件壁厚，以調(diào)節(jié)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。第四節(jié)低壓鑄造工藝低壓鑄造的工藝規(guī)范包括升液、充型、增壓、保壓結(jié)晶、卸壓、冷卻延時(shí)，以及鑄型預(yù)熱溫度、澆注溫度、鑄型的涂料等。（1）升液壓力和升液速率升液壓力是指當(dāng)金屬液面上升到澆口，所需要的壓力。金屬液在升液管內(nèi)的上升速度即為升液速度，升液應(yīng)平穩(wěn)，以有利于型腔內(nèi)氣體的排出，同時(shí)也可使金屬液在進(jìn)入澆口時(shí)不致產(chǎn)生噴濺。（2）充型壓力和充型速度充型壓力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(xù)增壓，使鑄件的結(jié)晶凝固在一定大小的壓力作用下進(jìn)行，這時(shí)的壓力叫結(jié)晶壓力或保壓壓力。結(jié)晶壓力越大，補(bǔ)縮效果越好，最后獲得的鑄件組織也愈致密。但通過結(jié)晶增大壓力來提高鑄件質(zhì)量，不是任何情況下都能采用的。（4）保壓時(shí)間型腔壓力增至結(jié)晶壓力后，并在結(jié)晶壓力下保持一段時(shí)間，直到鑄件完全凝固所需要的時(shí)間叫保壓時(shí)間。如果保壓時(shí)間不夠，鑄件未完全凝固就卸壓，型腔中的金屬液將會(huì)全部或部分流回批捐，造成鑄件“放空”報(bào)廢：如果保壓時(shí)間過久，則澆口殘留過長，這不僅降低工藝收得率，而且還會(huì)造成澆口“凍結(jié)”，使鑄件出型困難，故生產(chǎn)中必須選擇一適宜的保壓時(shí)間。?（5）卸壓階段鑄件凝固完畢（或澆口處已經(jīng)凝固），即可卸除坩堝內(nèi)液面上的壓力（有稱排氣），使升液管和澆口中尚未凝固的金屬液依靠重力落回坩堝中。?（6）延時(shí)冷卻階段：卸壓后，為使鑄件得到一定的凝固強(qiáng)度，防止開型、脫模取件時(shí)發(fā)生變形和損壞，須延時(shí)冷卻。?（7）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，先特殊要求，而對金屬型的工作溫度就有一定的要求。如低壓鑄造鋁合金時(shí)，金屬型的工作溫度一般控制在200～250℃，澆注薄壁復(fù)雜件時(shí)，可高達(dá)300～350℃。關(guān)于合金的澆注溫度，實(shí)踐證明，在保證鑄件成型的前提下，應(yīng)該是愈低愈好。?（8）涂料如用金屬型低壓鑄造時(shí)，為了提高其壽命及鑄件質(zhì)量，必須刷涂料；涂料應(yīng)均勻，涂料厚度要根據(jù)鑄件表面光潔度及鑄件結(jié)構(gòu)來決定。常用低壓鑄造澆注工藝（1）低壓充型工藝所謂低壓充型工藝，是指只利用低壓充型、不采用結(jié)晶增壓的工藝（因?yàn)殍T型設(shè)有冒口且不封閉）。鑄件的補(bǔ)縮靠高溫金屬液補(bǔ)澆冒口實(shí)現(xiàn)。通常又稱敞開式低壓澆注。適用于砂型低壓鑄造大、中型鑄件。船用銅合金螺旋槳就是采用這種工藝制造。（2）穩(wěn)壓結(jié)晶工藝所謂穩(wěn)壓結(jié)晶工藝。是指金屬液在充滿型腔后，即保持住充型壓力，使鑄件在此壓力下結(jié)晶凝固，一直到完全凝固為止。這種工藝主要應(yīng)用于鋁合金濕砂和金屬型薄壁復(fù)雜鑄件的澆注。（3）緩慢增壓結(jié)晶工藝所謂緩慢增壓結(jié)晶工藝是指充型結(jié)束后，先保持住壓力，讓鑄件外表凝固成一層硬殼，然后再增壓結(jié)晶凝固的一種澆注工藝。（4）急速增壓結(jié)晶工藝所謂急速增壓結(jié)晶工藝是指金屬液充滿型腔后，迅速增壓，使鑄件在較高的結(jié)晶壓力作用下凝固。第五節(jié)低壓鑄造設(shè)備低壓鑄造設(shè)備一般由主機(jī)、液壓系統(tǒng)、保溫爐、液面加壓裝置、電氣控制系統(tǒng)及模具冷卻系統(tǒng)等部分組成。(1)主機(jī)低壓鑄造機(jī)主機(jī)一般由合型機(jī)構(gòu)、靜模抽芯機(jī)構(gòu)、機(jī)架、鑄件頂出機(jī)構(gòu)、取件機(jī)構(gòu)、安全限位機(jī)構(gòu)等部分組成。(2)保溫爐保溫爐主要有坩堝式保溫爐和熔池式保溫爐兩種。坩堝式保溫爐有石墨坩堝和鑄鐵坩堝兩種類型。熔池式保溫爐采用爐膛耐火材料整體打結(jié)工藝，硅炭棒輻射加熱保溫，具有容量大、使用壽命長、維護(hù)簡單的特點(diǎn)，極利于連續(xù)生產(chǎn)要求，被現(xiàn)代低壓鑄造機(jī)廣泛采用。保溫爐與主機(jī)的聯(lián)接有固定連接式和保溫爐升降移動(dòng)式兩種，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求選用。(3)液面加壓裝置在低壓鑄造中，正確控制對鑄型的充型和增壓是獲得良好鑄件的關(guān)鍵，這個(gè)控制完全由液面加壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同鑄件，不同鑄件的要求，液面加壓系統(tǒng)應(yīng)可以在工藝參數(shù)范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，工作要穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)要使維修方便。液面加壓裝置一般采用氣動(dòng)比例閥控制加壓過程。第六節(jié)特殊低壓鑄造工藝低壓鑄造對一些特殊結(jié)構(gòu)或特殊性能要求的鑄件，難以滿足時(shí)，就在低壓鑄造的基礎(chǔ)上，發(fā)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(nèi)部質(zhì)量要求高，希望在較高的壓力下結(jié)晶，但一般低壓鑄造時(shí)的結(jié)晶壓力不能太大。因而發(fā)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(jìn)行密封，在密封罩內(nèi)通人壓力較大如500kPa的壓縮空氣，這時(shí)由于鑄型與增鍋內(nèi)部的壓力相等，金屬液不會(huì)上升，然后金屬液向上補(bǔ)充50kPa壓力，金屬液就會(huì)上升充填型腔。同時(shí)鑄型內(nèi)的金屬液也在高壓下結(jié)晶凝固。這種方法使鑄件得到較致密的結(jié)晶組織，提高了鑄件的機(jī)械性能。據(jù)資料介紹這種工藝與一般鑄造方法相比，使鑄件強(qiáng)度提高約25％，延伸率提高約50％。但設(shè)備較龐大，操作麻煩，只有特殊要求時(shí)才應(yīng)用。（2）真空低壓鑄造對薄壁或復(fù)雜的大型鑄件，采用前述的低壓鑄造工藝，也難以滿足時(shí)，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(jìn)行澆注，這時(shí)澆注速度可以提高，不會(huì)產(chǎn)生氧化夾雜和氣孔等缺陷。