差壓鑄造完整

差壓鑄造主講人：金蝶

差壓鑄造(DifferentialPressureCasting)又稱反壓鑄造，是在低壓鑄造的基礎(chǔ)上，鑄型外罩個(gè)密封罩，同時(shí)向坩堝和罩內(nèi)通入壓縮空氣，但坩堝內(nèi)的壓力略高，使坩堝內(nèi)的金屬液在壓力差的作用下經(jīng)升液管充填鑄型，并在壓力下結(jié)晶。它是低壓鑄造和壓力下結(jié)晶兩種工藝的結(jié)合。差壓鑄造的工作壓力為0.6MPa，壓差范圍為50KPa左右。差壓鑄造（1）概述

差壓鑄造工藝方法的核心是差壓充型，壓力下凝固。形成金屬液充型時(shí)的壓力差△P有兩種方式：

增壓法：即增加下壓力筒壓力，使P2＞P1；形成△P進(jìn)行充型；

減壓法：即減少上壓力筒壓力，使P1＜P2而形成△P。

①差壓鑄造的基本原理按工作時(shí)壓力筒內(nèi)充氣壓力的大小

②差壓鑄造的分類低壓差壓鑄造中壓差壓鑄造高壓差壓鑄造按壓差產(chǎn)生的方式增壓法差壓鑄造減壓法差壓鑄造（0.5～0.6MPa）（5～10MPa）（＞10MPa）減壓法

減壓充型可避免上筒內(nèi)鑄型由于金屬液充填升溫，產(chǎn)生蒸汽和氣體膨脹而影響尺寸變化。減壓法充型時(shí)可按澆注工藝控制放氣速度。減壓法金屬液上升平穩(wěn)。

增壓法：

升液管中金屬液靠自重回流。因而差壓鑄造具有比低壓鑄造更理想的結(jié)晶、凝固條件。差壓鑄造工作原理1-上壓力筒；2-鑄型；3-升液管；4-下壓力筒；5-坩堝③差壓鑄造特點(diǎn)1）可獲得最佳的充型速度；可避免外來夾雜物進(jìn)入型內(nèi)；2）可獲得輪廓清晰、尺寸精確的鑄件；3）補(bǔ)縮能力是低壓鑄造的4～5倍，可減小鑄件熱裂傾向；

4)可提高鑄件力學(xué)性能，與低壓鑄造相比，差壓鑄造的鑄件材料的抗拉強(qiáng)度可提高10～50％，伸長率可提高25～50％；5)能用氣體作為合金元素，高壓下能提高氣體溶解度，故可往一些合金（如鋼）中溶入N2，提高合金強(qiáng)度和耐磨性能。鑄造方法

力學(xué)性能ZL101ZL102壁厚5mm壁厚20mm壁厚5mm壁厚20mm差壓鑄造抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）171190190184斷后伸長率δ（%）8.07.26.56.5低壓鑄造抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）171132168143斷后伸長率δ（%）4.02.04.02.0差壓鑄造與低壓鑄造鋁合金力學(xué)性能的比較④應(yīng)用范圍

★差壓鑄造目前主要用于航空、航天、船舶，兵器工業(yè)領(lǐng)域，生產(chǎn)一些大型復(fù)雜薄壁筒體件或復(fù)雜薄壁箱體類和框架類鑄件?？设T造的合金有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金以及鑄鋼。應(yīng)用實(shí)例

差壓鑄造鑄件重量可從小于1kg至100kg以上。目前國內(nèi)最大鑄造φ540mm、高度890mm、壁厚8～10mm的大型復(fù)雜薄壁整體艙鑄件。生產(chǎn)的鑄件有電機(jī)殼、閥門、葉輪、氣缸、輪轂、坦克導(dǎo)輪、船體等。據(jù)報(bào)道保加利亞生產(chǎn)出0.5t的含氮合金鋼鑄件。AlSi5Cu合金飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭質(zhì)量18kg，鰭片1.6mm，尺寸225×255mmAlSi11合金液力透平機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量5kg，尺寸φ360×60mm

差壓鑄造鑄件差壓鑄造鑄件①充氣階段②壓力平衡階段③升液階段④充型階段⑤保壓階段⑥互通排氣階段（2）差壓鑄造工藝（2）差壓鑄造工藝①差壓鑄造澆注工藝過程差壓鑄造澆注工藝過程Ⅰ-同步進(jìn)氣；Ⅱ-升液；Ⅲ-充型；Ⅳ-保壓；Ⅴ-上下壓力室互通；Ⅵ-卸壓

差壓鑄造澆注工藝一般包括同步進(jìn)氣、升液、充型、保壓結(jié)晶、卸壓、冷卻延時(shí)各工藝過程。

同步進(jìn)氣（充氣）階段，即在液面加壓控制系統(tǒng)作用下，對坩堝所在的下壓力室和鑄型所在的上壓力室同時(shí)通入壓縮空氣，在此過程中要求兩壓力室的壓力差盡量小，不能超過某一要求范圍，直至達(dá)到設(shè)定壓力。同步進(jìn)氣階段完成后，隔離兩壓力室，通過減少鑄型壓力室的壓力（減壓法），在上、下兩個(gè)壓力室之間形成一定的壓力差，并作用在金屬液面上，完成升液、充型及保壓凝固過程，其充型過程和低壓鑄造的充型過程相同。同步建正壓上壓力筒減壓

保壓結(jié)束后，上、下壓力室互通，卸壓，完成一個(gè)澆注過程。差壓鑄造過程所需控制的參數(shù)除了低壓鑄造提及的澆注工藝參數(shù)外，還應(yīng)對同步進(jìn)氣階段的參數(shù)如同步進(jìn)氣速度，同步進(jìn)氣時(shí)間及最終壓力進(jìn)行控制。式中，—金屬液充滿鑄型所需壓力差（pa）；

—充型結(jié)束時(shí)，坩堝液面至鑄件頂端的距離（m）；

—金屬液的液密度（kg·m-3）；

—重力加速度（m·s-2）；

—充型阻力系數(shù)，K=1.2～1.5，阻力小取下限，阻力大取上限。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇充型壓力差Δp的大小可按下式計(jì)算。

充型壓力差Δp結(jié)晶壓力

結(jié)晶壓力越大，鑄件越致密，鑄件力學(xué)性能也越好。但結(jié)晶壓過大會給設(shè)備制造帶來困難。壓力過小，會降低差壓鑄造的擠濾作用及塑性變形作用，不利于補(bǔ)縮和抑制金屬液中氣體的析出，鑄件易產(chǎn)生疏松和顯微氣孔。結(jié)晶壓力的大小和鑄件結(jié)構(gòu)、合金結(jié)晶特性等因素有關(guān)，一般在0.3～1.0Mpa之間。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇升液速度升液速度較慢，應(yīng)保持金屬液平穩(wěn)、緩慢升液，避免噴濺、翻滾。充型速度充型速度決定了鑄件質(zhì)量，一般充型速度應(yīng)比升液速度略快，但不宜過快，這樣有利于補(bǔ)縮，使液流平穩(wěn)，減少二次夾雜的產(chǎn)生。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇

充型速度與鑄件復(fù)雜程度、壁厚、大小和合金種類有關(guān)，還與所用鑄型種類有關(guān)。充型速度常通過試驗(yàn)決定。用金屬型生產(chǎn)復(fù)雜鋁鑄件，充型速度可快一些；

砂型澆注厚大鋁鑄件時(shí)，充型速度則需慢些；澆注鎂合金鑄件則比鋁合金鑄件充型速度要小些。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇保壓時(shí)間保壓時(shí)間應(yīng)大體上與鑄件凝固時(shí)間相同。因此，保壓時(shí)間與鑄件大小、壁厚、合金種類及結(jié)晶壓力等有關(guān)。澆注溫度差壓鑄造澆注溫度比一般重力鑄造可低些。如澆鋁合金鑄件時(shí)，澆注溫度可低

30～60℃。②差壓鑄造工藝參數(shù)選擇（3）差壓鑄造設(shè)備主機(jī)部分壓力控制部分供氣部分差壓鑄造設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)：1．充型壓差可控，充型流動(dòng)平穩(wěn)，減少了金屬液的飛濺和對鑄型的沖刷；2．凝固壓力增大，可抑制氫的析出，避免鋁合金件的針孔缺陷；3．凝固壓力增大，可強(qiáng)化金屬液補(bǔ)縮，避免鋁合金件的疏松缺陷。主要缺點(diǎn)：1．設(shè)備較為復(fù)雜，制造、運(yùn)行、維護(hù)成本較高；2．型腔內(nèi)氣體反壓高，可阻礙充型并迅速降低合金液流動(dòng)性。差壓鑄造設(shè)備特點(diǎn)主機(jī)

主機(jī)包括上、下壓力罐、中隔板、鎖緊機(jī)構(gòu)、電阻爐、坩堝、升液管及控制系