低壓鑄造(LPDC)第一節概述在二十世紀初期，國外開始研究并應用低壓鑄造工藝，同時期，英國E.H.Lake登記了第一個低壓鑄造專利，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劃，并首先在鋁合金鑄造生產中得到推廣。第二次世界大戰爆發后，隨著航空工業的發展，英國廣泛地采用低壓鑄造生產技術要求較高的航空發動機的氣缸等輕鋁合金鑄件，并采用金屬型低壓鑄造，大量生產高硅鋁合金鑄件。北美的汽車工業和電機工業又廣泛采用金屬型低壓鑄造生產汽缸、電機轉子等重要鑄件。這樣，低壓鑄造工藝迅速擴散到通用機械、紡織機械、儀表和商業產品的領域。我國從五十年代開始研究低壓鑄造，但發展一直比較緩慢。隨著汽車工業的發展，和大量新技術的采用，在上世紀末和本世紀初，低壓鑄造在我國得到快速發展，國產低壓鑄造機的功能和性能，及使用的穩定性和可靠性已經接近或達到國際先進水平，被大量用于汽車輪轂、汽車缸蓋等鑄件的生產。第二節低壓鑄造原理及特點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，通過澆口平穩地進入型腔，并適當增大壓力并保持坩堝內液面上的氣體壓力，使型腔內的金屬液在較高壓力作用下結晶凝固，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，一個完整的低壓澆鑄工藝完成。低壓鑄造獨特的優點表現在以下幾個方面：1．低壓鑄造的澆注工藝參數可在工藝范圍內任意設置調整，可保證液體金屬充型平穩，減少或避免金屬液在充型時的翻騰、沖擊、飛濺現象，從而減少了氧化渣的形成，避免或減少鑄件的缺陷，提高了鑄件質量；2．金屬液在壓力作用下充型，可以提高金屬液的流動性，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晶凝固，并能得到充分地補縮，故鑄件組織致密，機械性能高；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90％。5．勞動條件好；生產效率高，易實現機械化和自動化，也是低壓鑄造的突出優點。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，更顯示它的優越性能，即能有效地防止金屬液在澆注過程中產生氧化夾渣。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、陶瓷型等都可應用。總之，低壓鑄造對鑄型材料要求沒有嚴格限制。第三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，而生產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度應比重力澆注時高，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．用加工裕量調整鑄件壁厚，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顧序凝固的條件時，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。第四節低壓鑄造工藝低壓鑄造的工藝規范包括升液、充型、增壓、保壓結晶、卸壓、冷卻延時，以及鑄型預熱溫度、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即為升液速度，升液應平穩，以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或保壓壓力。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批捐，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。?（5）卸壓階段鑄件凝固完畢（或澆口處已經凝固），即可卸除坩堝內液面上的壓力（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）延時冷卻階段：卸壓后，為使鑄件得到一定的凝固強度，防止開型、脫模取件時發生變形和損壞，須延時冷卻。?（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，金屬型的工作溫度一般控制在200～250℃，澆注薄壁復雜件時，可高達300～350℃。關于合金的澆注溫度，實踐證明，在保證鑄件成型的前提下，應該是愈低愈好。?（8）涂料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；涂料應均勻，涂料厚度要根據鑄件表面光潔度及鑄件結構來決定。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、不采用結晶增壓的工藝（因為鑄型設有冒口且不封閉）。鑄件的補縮靠高溫金屬液補澆冒口實現。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）穩壓結晶工藝所謂穩壓結晶工藝。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晶凝固，一直到完全凝固為止。這種工藝主要應用于鋁合金濕砂和金屬型薄壁復雜鑄件的澆注。（3）緩慢增壓結晶工藝所謂緩慢增壓結晶工藝是指充型結束后，先保持住壓力，讓鑄件外表凝固成一層硬殼，然后再增壓結晶凝固的一種澆注工藝。（4）急速增壓結晶工藝所謂急速增壓結晶工藝是指金屬液充滿型腔后，迅速增壓，使鑄件在較高的結晶壓力作用下凝固。第五節低壓鑄造設備低壓鑄造設備一般由主機、液壓系統、保溫爐、液面加壓裝置、電氣控制系統及模具冷卻系統等部分組成。(1)主機低壓鑄造機主機一般由合型機構、靜模抽芯機構、機架、鑄件頂出機構、取件機構、安全限位機構等部分組成。(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工藝，硅炭棒輻射加熱保溫，具有容量大、使用壽命長、維護簡單的特點，極利于連續生產要求，被現代低壓鑄造機廣泛采用。保溫爐與主機的聯接有固定連接式和保溫爐升降移動式兩種，可根據生產工藝要求選用。(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鍵，這個控制完全由液面加壓控制系統來實現。根據不同鑄件，不同鑄件的要求，液面加壓系統應可以在工藝參數范圍內任意調節，工作要穩定可靠，結構要使維修方便。液面加壓裝置一般采用氣動比例閥控制加壓過程。第六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。（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。