1、2023年第5期2023年10 月压力铸造铸造设备与工艺FOUNDRY EQUIPMENT ANDTECHNOLOGYD0I:10.16666/ki.issn1004-6178.2023.05.013低压铸造技术特点及常见缺陷浅析Oct.2023No5马世旋1，姜爱龙1，许景峰,秦玉升1,陈秀明1,李玉娟,李建龙1（1.潍柴动力股份有限公司，山东潍坊2 6 10 6 1;2.潍柴重机股份有限公司，山东潍坊2 6 10 0 1）摘要：低压铸造成型技术是有色金属实现精密化、薄壁化和轻量化成型制造的重要工艺之一。相比于重力铸造而言，低压铸造由于在一定压力下充型、结晶凝固，因此，具有铸件成形性好、缺陷
2、数量少、工艺出品率高的特点，尤其对于大型复杂薄壁铸件低压铸造技术优势明显。本文着重分析了低压铸造的技术原理、工艺特点以及相关工艺参数对铸件质量的影响，探讨了低压铸造缺陷的产生原因和防治措施，并对低压铸造的发展趋势进行了展望。关键词：低压铸造；工艺特点；铝合金；铸造缺陷中图分类号：TG249Characteristics and Common Defects of Low-pressure CastingMA Shi-xuan,JIANG Ai-long,XU Jing-feng,QIN Yu-sheng,CHEN Xiu-ming,LI Yu-juan,LI Jian-long(1.Weich
3、ai Power Co.,Ltd.,WeiFang Shandong 261061,China;2.Weichai Heawy Machinery Co.,Ltd.,WeiFang Shandong 261001,China)Abstract:With the rapid development of the world economy,low-pressure casting molding technology is one of the importantresearch directions for the realization of precision,thin-walled an
4、d lightweight molding and manufacturing of non-ferrous metals.Compared with gravity casting,because low-pressure casting is flled and crystallized under a certain pressure,it has thecharacteristics of good casting formability,small number of defects and high process yield,especially for large-scale
5、complex thin-walled castings,low-pressure casting technology has obvious advantages.Therefore,this paper focuses on the analysis of the technicalprinciple,process characteristics and related process parameters of low-pressure casting on the quality of castings,discusses thecauses and prevention meas
6、ures of low-pressure casting defects,and prospects the development trend of low-pressure casting.文献标识码：AKey words:low-pressure casting,process characteristics,aluminum alloy,casting defect文章编号：16 7 4-6 6 9 4(2 0 2 3)0 5-0 0 44-0 4低压铸造工艺的产生距今已有10 0 多年的历史,最早是由英国科学家E.F.LAKE提出，但在提出之初该铸造工艺并没有形成大规模的工业应用生产
7、。直至19 45年，英国阿鲁马斯库公司才利用低压铸造工艺大规模、工业化生产雨水管和啤酒容器等产品叫。19 50 年以后，由于汽车工业的快速发展，美国将低压铸造工艺用于生产汽车发动机零部件的制造，使低压铸造工艺和低压铸造相关设备有了质的飞跃。19 57 年左右，我国才正式引人低压铸造设备并进行相关铸造工艺的研究I-21。1低压铸造的基本原理低压铸造是使金属液在一定的压力作用下充收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 1作者简介：马世旋（19 9 3-），男，硕士研究生，主要从事铸造铝合金的工艺开发和合金研究工作。44填模具型腔,形成铸件的一种铸造工艺方法，由于所使用的压力较低（0.0 2 MPa0
8、.0.6MPa),所以通常叫做低压铸造。其工艺的基本流程是：在密封的埚(或密封罐)中,通人干燥的压缩空气或惰性气体，使金属液在气体压力的作用下，沿升液管平稳的上升，并通过内浇口进型腔，保持(或密封罐)内液面上的气体压力，直到铸件完全凝固为止。然后解除金属液面上的气体压力，使升液管中未凝固的金属液回流至埚内，最后推出铸件即可。低压铸造示意图如图1所示。2低压铸造工艺参数1)升液压力使金属液面上升到浇口附近所需要的压力称为升液压力。升液压力反映了金属液在升液管内的上升速度,金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，以便有利于型腔内气体的排出，同时也可防2023年第5期铸型密封圈马世旋，姜爱龙，许景峰
9、，秦玉升，陈秀明，李玉娟，李建龙：低压铸造技术特点及常见缺陷浅析铸造设备与工艺甚至可高达3 0 0 3 50 C/4.97）浇注温度铸件实践证明，在保证铸件成型的前提下，浇注温度愈低愈好，低压铸造浇注温度一般比重力铸造低进气管10 2 0 10 ,一升液管金属液图1低压铸造示意图一一3低压铸造工艺特点升液充型结壳止金属液在进人浇口时产生喷溅现象3。时间/s2）充型压力图2 低压铸造浇注示意图是指使金属液在充型过程中，上升至铸型顶部所需的气体压力用。3）充型速度在充型过程中金属液面的上升速度就是充型速度。为防止冷隔和欠铸缺陷的发生，充型速度应高于最小值，同时速度不宜过快，以避免紊流的金属液卷气导
10、致氧化夹杂的产生。4)结晶压力金属液充满型腔后再继续增压，使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行，这时的压力叫结晶压力。结晶压力越大，铸件补缩效果越好，最后获得的铸件组织也愈致密，力学性能也越好。但通过结晶增大压力来提高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。结晶压力的通常取值范围在(0.1MPa0.25 MPa)0,5）保压时间金属液压力增至结晶压力后会在结晶压力下保持一段时间，直到铸件完全凝固，保压凝固所需要的时间叫保压时间。如果保压时间不够，铸件未完全凝固就卸压，型腔中的金属液将会全部或部分流回埚，造成铸件“放空”报废：如果保压时间过久，则浇口残留过长，这不仅降低工艺收得率，而且还会造成
11、浇口和升液管内金属液“冻结”，使铸件出型困难，故生产中必须选择适宜的保压时间 7-8。6)铸型温度低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作温度一般都为室温。而对金属型的工作温度就有一定的要求，如低压铸造铝合金时，金属型的工作温度一般控制在2 0 0 2 50 C，浇注薄壁复杂件时，3.1低压铸造工艺优点1）由于熔渣一般浮于金属液表面，而低压铸造工艺是将埚底部的金属液，通过升液管进行充型浇注，因此可有效避免熔渣进人型腔的可能性，金属液的纯净度较高,铸件夹杂缺陷较少 1-13 。2）低压铸造工艺采用的是底注工艺且压力均衡，因此金属液充型比较平稳，可有效减少或避免金属液在充型过程中瑞流、飞溅，减少铸
12、件双层氧化膜、氧化夹渣等缺陷产生的可能性。3）金属液在压力作用下充型，可在一定程度上提升金属液的流动性，进而有利于形成表面光洁度好且轮廓清晰的铸件，尤其对于复杂薄壁铸件的成形性更为有利。4）铸件是在一定压力作用下结晶凝固，并且能实现自上而下的顺序凝固（如图3）,补缩效果较好、铸件组织比较致密,缩松、缩孔缺陷较少 14-16 。5）低压铸造一般情况下不需要冒口，并且升液管中未结晶凝固的金属液可以回流到埚中实现重复利用，因此，金属液的收得率较高，一般可达90%以上 12 。3.2低压铸造工艺缺点1）低压铸造的设备费用较高，前期投资较大，生产效率偏低，一般用于铸造有色合金。2）在生产铝合金铸件时,埚
13、和升液管长期与金属液接触，易受侵蚀而报废，也会使金属液增铁导致铸件性能恶化。45Oct.2023No5铸造设备与工艺节中心或最后凝固的部位 2 0 。产生原因：金属液充型完成后，在结晶凝固过35.3632.8430.3127.7925.2622.7320.2117.6815.1612.6310.107.585.052.530.002023年第5期程中，未能形成自上而下的温度梯度，无法实现顺序凝固，进而在最后凝固的热节部位不能得到良好的补缩,导致缩孔缺陷的产生 2 1。防治措施：1）加强热节部位的散热能力（如：布局冷铁）；2）在不产生冷隔的前提下尽量降低浇注温度；3）增加结晶凝固时的保压压力，提
14、升金属液的流动性,增强对缩孔部位的补缩能力。图3 低压铸造凝固顺序仿真图4低压铸造常见缺陷分析及对策50 m低压铸造常见的缺陷类型有：气孔、缩孔缩松、图5典型缩孔、缩松缺陷冷隔、夹杂等缺陷7。4.1气孔气孔的形貌特征多为圆形或者椭圆形，内壁光滑且常带有轻微的氧化颜色18-19 。产生原因：1）金属液充型速度过快，液流紊乱卷人气体且气体未能及时顺畅地排出，导致气孔缺陷的产生；2）金属液充型完毕后，由于砂型、砂芯长时间受热发气，致使气体侵人到未完全凝固的金属液内，进而导致气孔缺陷的产生；3）排气不通畅型，型腔内存在窝气部位，导致气孔缺陷的产生。防治措施：1）选择适宜的充型速度，在保证不产生冷隔和浇
15、不足的前提下，应尽量保证金属液充型时的平稳，避免卷气现象的产生；2）优化砂型、砂芯的排气条件，避免砂型、砂芯产生的气体进入金属液。另外，在保证砂型、砂芯强度的前提下,减低砂型、砂芯的树脂含量，减少发气量；3）避免排气孔、排气塞等排气结构堵塞。4.2缩孔缩松缩孔缩松的形貌特征多为不规则的孔洞且孔洞内壁较为粗糙，存在许多枝晶凸起，多产生于热图4典型气孔缺陷:4650m4.3冷隔冷隔的形貌特征为存在冷隔纹，即两股对流的金属液前端未能的到很好的熔接。产生原因：1）浇注温度过低或者铸型冷却能力较强，在金属液会流处，易导致冷隔缺陷的产生；2）充型压力不足，金属液流动性差也易导致冷隔缺陷的产生。防治措施：1
16、）适当提高金属液的浇注温度；2）对于由冷铁棒冷速过快导致的冷隔纹，可以对冷铁棒进行适度加热处理；3）适当提高金属液的充型压力,提高金属液的流动性 2 2-2 3 。4.4夹杂夹杂缺陷的形貌为不规则形状,且缺陷处颜色和铸件本体具有较大差异。产生原因：1）对于非金属夹杂物的形成，多源自于研箱过程中掉落型腔中的异物未清理干净，进而在充型过程中进人金属液形成夹杂缺陷；2）氧化夹杂多因金属液充型速度较快，液面紊乱飞溅，形成双层氧化膜导致夹杂缺陷的产生。防治措施：1）研箱过程中，加工型腔清理干净；2）调整充型压力，避免充型速度过快导致金属液紊流飞溅或者在升液口出增加过滤网，起到对金属液的过滤和稳流作用。5
17、结语低压铸造铸件产品质量好、工艺出品率高，其应用范畴正在不断发展，提高低压铸造工艺水平、2023年第5期技术水平避免低压铸造缺陷的产生已刻不容缓。利用计算机数值仿真模拟技术中，,开发出精确的数值模拟金属液充型流动、凝固结晶顺序与实际充型、凝固相吻合的模型尤为重要。通过提升铸件性能的原位检测能力（如通过超声设备检测铸件残余应力情况亦或是通过热分析技术预测铸件关键部位的力学性能），这不仅可以避免对铸件进行破坏性试验检测，同时也能及时反映准确的铸造情况，实现对铸造过程和铸件性能的精确控制。参考文献：1唐多光.2 1世纪低压铸造技术的展望J特种铸造及有色合金,19 9 8(0 4):3 0-3 3.2
18、关郑小秋，谢世坤，易荣喜，等.低压铸造技术：发展历程、研究现状和未来趋势 J.材料导报，2 0 16,3 0（7)：7 4-8 0+8 5.3刘吉东，邹晓华，邹晓东，等.铝合金缸体铸件低压铸造压力曲线的设定 J.金属加工（热加工）2 0 2 2(6)：111-113.4文仁兴，谢延敏.低压铸造压力与冷却速度对AISi7Mg铝合金组织和性能的影响 J/OL.热加工工艺:1-4.5冯志军，申泽骥.大型铝合金铸件低压铸造 J.铸造，2 0 0 3(12)：1186-1188.6朱慧明，苏小平.工艺参数对低压铸造铝合金轮毂缩孔形成的影响 J.热加工工艺,2 0 2 2,51（15）：6 2-6 4+7
19、 3.7 刘继广，张雅咪,方晓刚，等.多功能显控台低压铸造工艺设计及优化 J.铸造,2 0 2 0,6 9(12)：13 2 5-13 3 0.8白云.工艺参数对汽车变速器箱体低压铸造质量的影响 J.热加工工艺,2 0 19,48(15):6 9-7 1+7 7.9黄粒，杜旭初，罗传彪，等.ZL114A铝合金油路壳体低压铸造工艺研究 J.特种铸造及有色合金，2 0 16,3 6(8）：8 2 6-8 2 9.马世旋，姜爱龙，许景峰，秦玉升，陈秀明，李玉娟，李建龙：低压铸造技术特点及常见缺陷浅析术,2 0 15,3 6(5):13 0 0-13 0 1.11李斌，许庆彦，潘冬，等.低压铸造ZL1
20、14A铝合金微观组织模拟 J.金属学报，2 0 0 8（2）：2 43-2 48.12赵丽红，毕涛。提高低压铸造铝合金车轮金属利用率的研究J.特种铸造及有色合金，2 0 2 2,42(2):2 3 5-2 3 8.13易有福，龙思远，徐绍勇，等.低压铸造A356铝合金轮毂的微观组织和力学性能 J1.特种铸造及有色合金，2 0 0 8（5)：3 7 3-375+326.14 宋春丽，裴小龙，陈利文，等.大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造模拟对比分析J.特种铸造及有色合金，2 0 2 3,43（6)：794-799.15 张东生，李世德，徐佐，等.A356铝合金轮毂低压铸造数值模拟与组织性能 J/O
21、L.中国有色金属学报：1-15.16孙孙冬恩，程和法，周宏伟，等.低压铸造铝合金轮毂的数值模拟及工艺优化 J.特种铸造及有色合金，2 0 2 0,40（7）：7 6 3-7 6 7.17刘吉东，邹晓华，邹晓东，等.低压铸造铝合金缸体常见缺陷与应对措施 J.铸造工程,2 0 2 2,46(6)：6-11.18孙孙丰鹏，张晓辉，陈栋。某低压铸造铝合金缸体缸孔针孔缺陷的解决方案研究 C/重庆铸造行业协会，重庆市机械工程学会铸造分会.2 0 2 3 重庆市铸造年会论文集.19 王磊，郑峰峰，韩明，等.铝合金低压铸造中孔洞类缺陷及预防措施浅析 J.铸造技术,2 0 2 1,42(11)：9 6 9-9
22、7 2.20侯文乾.ZL101A变速器后盖低压铸造缩孔分析及对策 J.铸造工程,2 0 2 3,47(3):2 1-2 5.21朱慧明，苏小平，昂飞.铝合金制动器卡钳低压铸造工艺设计及优化 J.热加工工艺，2 0 2 2,51(2 1)：54-56+6 0.22介石磊，彭俊，郝春雨.汽车铝合金轮毂低压铸造工艺研究 J.铸造技术,2 0 17,3 8(11):2 7 8 5-2 7 8 8.235张俊生，赫英凤，杨鹏，等.A356铝合金轮毂内部缺陷的在线实时检测 J.热加工工艺，2 0 2 3(9)：7 9-8 2+8 7.铸造设备与工艺10 常红梅.汽车发动机铝合金缸体低压铸造工艺设计 J.铸
23、造技(上接第43 页）a）抽芯撞伤b）改善前-抽芯一体本c）改善后-抽芯分体图12 抽芯结构改善5结语对铝合金节温器壳体的压铸工艺开发过程中，采用数值模拟能为铝合金压铸件前期的质量控制及缺陷分析提供良好的参考依据，根据不同的浇注方案对比择优选择，设计出合理的浇注系统，缩短了开发周期；而实际的生产状况往往因模具和工艺条件导致有意想不到问题产生，需要根据实际状况进行相关优化改进，从而保证生产的稳定性，同时结构1可降低生产难度以及成本。生产实践证明良好的工定位连接艺规划和优化是确保产品质量和生产效率的关键。参考文献：结构21】梁朝坚,李俊涛，刘礼.铝合金油底壳压铸过程数值模拟及优化C.重庆市铸造年会论文集，2 0 15,3 45-3 48.2张百在，万里，黄志垣.大型复杂铝合金汽车动力部件的压铸技术开发及质量控制J.特种铸造及有色合金，2 0 0 9,2 9(3)：219-222.3 谢秀真，王雷刚，黄瑶，等.汽车发动机铝合金缸盖罩压铸工艺及其改进 J.特种铸造及有色合金，2 0 0 8,2 8（8)：6 18-6 19.4黄勇，黄尧.压铸模具设计实用教程 M.北京：机械设计工业出版社,2 0 11.5江昌勇.压铸成型工艺与模具设计M.北京：北京大学出版社，2 0 18.47
