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)中得到推廣使用。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，并采用金屬性低壓鑄造，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。其工藝過程如下：在裝有合金液的密封容器（如坩堝）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。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。低壓鑄造工藝過程演示如下：低壓鑄造過程動(dòng)畫演示低壓鑄造獨(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。總之，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。?如下圖所示：低壓鑄造機(jī)的工作過程如下動(dòng)畫所示：(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，金屬液不會上升，然后金屬液向上補(bǔ)充50kPa壓力，金屬液就會上升充填型腔。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，不會產(chǎn)生氧化夾雜和氣孔等缺陷。?