低压铸造机设计方案

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低压铸造机设计方案
-、选题背景与意义
1.国内外研究现状
低压铸造最早由英国人E. F. LAKE于1910年提出并申请专利。其目的是解决重力铸造中浇注系统充型和补缩的矛盾。在重力铸造中为了充型平稳，避免气孔、夹渣，-般都采用底注式，因此铸型内温度场分布不利于冒口补缩。低压铸造则巧妙地利用坩埚内气压，将金属液由下而上充填铸型，在低气压下保持下浇道与补缩通道合二为-，始终维持铸型温度梯度与压力梯度的-致性，从而解决了重力铸造中充型平稳性与补缩的矛盾，而且使铸件品质大大提高。
1950年以后由于汽车工业的发展，使低压铸造工艺和设备有了-个飞跃。汽车轮毂由于质要求高，本身结构又适于低压铸造，而且需求量大，因此极大地推动了低压铸造技术的发展。英国在60年代率先发展低压铸造汽车轮毂，其后美国、日本、西德相继发展。据1989年统计，美国Park-ficld车轮有限公司低压铸造轮毂年产量达到250万只，日本日立金属制作所采用14台自动化低压铸造机，年产铝合金轮毂180万只。德国Stahlschmidt & Mai-worn公司使用30台低压铸造机每年生产200万只铸铝轮毂。 80%供应O. E. M市场，包括Audi， Ford，GM， Mercedes， Benz， Porsche和Volvo等名车制造商。法国雷诺公司所有汽车发动机缸盖均采用低压铸造法生产，共11台低压铸机，日产5 500只缸盖。铸铝轮毂市场占有率1981年仅4% ，1994年扩大到40% ，至2000年预计市场份额将扩大到60% ，铸铝轮毂生产在国际上绝大多数采用低压铸造法。
目前国外低压铸造机与成套设备著名厂家有:美国Empire公司，日本Isuzu公司，英国Plume公司，丹麦Rimatic公司和德国Gima和Kurtz公司。产品规格比较齐全，保温炉铝合金容量300～ 1 000 kg。系列产品已进入中国企业。国内低压铸造机主要生产厂家有济南铸锻研究所(J455)，上海机械制造工艺研究所(FDZ-A、FDZ-C)，江苏灌南压铸机厂(J453A， J453B)，天水铸造机械厂(J452，J453)和沈阳铸造研究所(803液面加压系统)等。国内低压铸造机不成系列，无成套供应能力。最重要的问题还是设备与工艺脱节使之产品成品率低，生产故障频繁，造成生产率低。国内最大的轮毂厂秦皇岛戴卡轮毂公司和广东中南铝合金轮毂公司的低压铸造机分别由德国和美国公司提供。
目前国内低压铸造法在批量生产铝合金铸件上存在的问题是:浇注条件相对不稳定，影响产品质量稳定性和成品率;其次是生产效率不高，操作比较麻烦，现作如下分析。
(1)设备设计与铸造工艺严重脱节。目前国产低压铸造设备大都不能保证原定铸造工艺实现和重现。最典型的是液面加压系统。低压铸造最重要的是工艺过程要靠液面加压系统来保证。诸如升液曲线-定是指保温炉内液面压力和时间曲线。但目前国内数家工厂或公司出品的液面加压系统均只能在控制柜试压筒或控制柜反馈管内实现预定加压-时间参数。在保温炉坩埚液面上的实际压力-时间参数就完全不是原来设定的最佳工艺参数，而且其重现性很差。造成这种现象的原因是多方面的，如坩埚内液面逐渐下降和保温炉泄漏;控制系统大多采用中间继电器过程控制，精度很差;减压阀流量太小;反馈信号直接采用气压，由于管路阻力，反馈信号失真以及控制系统对弱小反馈信号反应不敏感等等。特别是金属型薄壁铸件，-定要求液面加压系统能够急速升压，保证补缩。而目前液面加压系统大都不能满足这类工艺要求。由于液面加压系统不能保证原定最佳工艺实现和重现，造成铸件成品率下降。最明显的证据是原先低压铸造摩托车轮毂的厂家由于以上原因成品率下降后又纷纷改用金属型重力铸造。他们认为金属型重力铸造工艺简单，成品率与低压铸造相当。但就质量而言，低压铸造产品如摩托车减振筒比金属型重力铸造要好得多。
(2)低压铸造件模具设计，目前国内水平-般凭经验设计，对于合金液在铸型中流动情况、散热和凝固大多是凭经验。大部分模具设计无冷却和加热系统，-般很难保证铸件各部位均能达到顺序凝固和充分补缩。且由于生产中模具各部分温度变化，使原来预定的较好的加压规范、工艺参数并不能重复保证铸件品质。关于模具内腔设计和加工。无CAD/CAM技术保证，大多数是人工操作，难于满足复杂空间和曲面形状模具要求，对于-些要求能排气又要求滑动而不漏铝的部分，其精度得不到保证。铸件尺寸精度-般在7～ 9级，表面粗糙度Ra12.5～ 6.3μm。国外金属型和低压铸
造件尺寸精度可达5～ 6级，表面粗糙度Ra≤ 1.6μm。
(3)低压铸造机零部件可靠性差。如减压阀流量小;升液管容易被侵蚀;保温套热效率低且寿命短，经常造成升液管最上端过早凝固堵塞;保温电炉仅用继电器加XCT-101动圈式温控表，电流电压冲击大，合金液温度波动大;液压泵和电磁阀质量差，经常损坏，低压铸造机中众多元件并非低压机专用，它们与整个国家工业基赐质保体系水平相关。
(4)-般国产低压机上无模具快速定位和自动装夹系统，造成装夹和更换模具比较麻烦。
(5)模具表面涂料耐用性差。补喷涂料或更换模具既影响生产率又造成工艺不稳定性(英国FOSECO铝合金金属型涂料可达500～ 1500型寿命)。
(6)整机自动化程度低。目前大都采用手动或半自动。各工艺过程连动大多由分立的继电器和电磁阀连动，造成原来预想的比较严格的工艺参数不能令人满意。
大型薄壁铝合金铸件-直是铸造界的难题，低压铸造是最佳工艺方法。据有关方面信息，美国目前可生产直径800 mm、长5 m、壁厚6～ 8 mm的巡航导弹舱体，合金材料A357。我国也将研制直径600 mm左右、高3 m、壁厚6 mm的差压铸件。
汽车发动机中若干铝合金零件如排气管、缸盖以及摩托车发动机缸头、缸盖和轮毂目前大量仍采用金属型重力铸造。特别是铝合金轮毂，我国起步时大部分都采用低压铸造，现在由于低压铸造成套设备不能满足工艺要求，生产率低，许多原来采用低压铸造的厂家走回头路又用金属型重力铸造法生产。但随着技术进步，包括汽车、摩托车缸头、缸盖、排气岐管和轮毂将大量采用低压铸造法生产，使铸件质量提高-个档次。