低压铸造及控制

讲授人：郝启堂讲授人：郝启堂低压铸造成形工艺及控制技术低压铸造成形工艺及控制技术一、传统的铸造成形方法一、传统的铸造成形方法1.砂型铸造砂型铸造(1)砂型铸造种类砂型铸造种类 潮模砂潮模砂(粘土砂粘土砂)、水玻璃砂、树脂砂、水玻璃砂、树脂砂(2)砂型铸造特点及适用范围砂型铸造特点及适用范围 不受零件轮廓尺寸和复杂程度限制，成本低，但尺寸精度较低，不不受零件轮廓尺寸和复杂程度限制，成本低，但尺寸精度较低，不 能很好地发挥材料的固有性能。能很好地发挥材料的固有性能。(3)砂型铸造的发展砂型铸造的发展 与其它成形工艺相结合，向优质铸件精确成形的方向发展。与其它成形工艺相结合，向优质铸件精确成形的方向发展。2.金属型铸造金属型铸造(1)金属型铸造种类金属型铸造种类 与相它成形工艺相结合，分为重力金属型铸造、与相它成形工艺相结合，分为重力金属型铸造、(高高)压铸压铸(造造)、低压金属、低压金属型铸造、离心铸造。型铸造、离心铸造。(2)金属型铸造特点及适用范围金属型铸造特点及适用范围 适合于中小轮廓尺寸和复杂程度较低的零件，模具成本高，但效率也高，适合于中小轮廓尺寸和复杂程度较低的零件，模具成本高，但效率也高，尺寸精度高，能够很好地发挥材料的固有性能。尺寸精度高，能够很好地发挥材料的固有性能。3.熔模精密铸造熔模精密铸造(石膏型铸造石膏型铸造)(1)熔模精密铸造种类熔模精密铸造种类 耐火材料壳型、石膏型耐火材料壳型、石膏型(2)熔模精密铸造特点及适用范围熔模精密铸造特点及适用范围 零件轮廓尺寸受限，复杂程度可以很高；流程长，成本高；尺寸精零件轮廓尺寸受限，复杂程度可以很高；流程长，成本高；尺寸精度较高，不能很好地发挥材料的固有性能。度较高，不能很好地发挥材料的固有性能。(3)熔模精密铸造的发展熔模精密铸造的发展 向大尺寸零件、自动化生产方向发展。向大尺寸零件、自动化生产方向发展。二、低压铸造原理二、低压铸造原理2.1概述概述 在二十世纪初期，国外开始研究并应用低压铸造工艺，同时期，在二十世纪初期，国外开始研究并应用低压铸造工艺，同时期，英国英国E.H.LakeE.H.Lake登记了第一个低压铸造专利，主要用于巴氏合金的铸登记了第一个低压铸造专利，主要用于巴氏合金的铸造。法国人制定了用于铝合金和铜合金的计划，并首先在铝合金铸造造。法国人制定了用于铝合金和铜合金的计划，并首先在铝合金铸造生产中得到推广使用。生产中得到推广使用。第二次世界大战爆发后，随着航空工业的发展，英国广泛地采用第二次世界大战爆发后，随着航空工业的发展，英国广泛地采用低压铸造生产技术要求较高的航空发动机的气缸等轻铝合金铸件，并低压铸造生产技术要求较高的航空发动机的气缸等轻铝合金铸件，并采用金属型低压铸造，大量生产高硅铝合金铸件。北美的汽车工业和采用金属型低压铸造，大量生产高硅铝合金铸件。北美的汽车工业和电机工业又广泛采用金属型低压铸造生产汽缸、电机转子等重要铸件。电机工业又广泛采用金属型低压铸造生产汽缸、电机转子等重要铸件。这样，低压铸造工艺迅速扩散到通用机械、纺织机械、仪表和商业产这样，低压铸造工艺迅速扩散到通用机械、纺织机械、仪表和商业产品的领域。品的领域。我国从五十年代开始研究低压铸造，但发展一直比较缓慢。随着汽我国从五十年代开始研究低压铸造，但发展一直比较缓慢。随着汽车工业的发展，和大量新技术的采用，在上世纪末和本世纪初，低压车工业的发展，和大量新技术的采用，在上世纪末和本世纪初，低压铸造在我国得到快速发展，国产低压铸造机的功能和性能，及使用的铸造在我国得到快速发展，国产低压铸造机的功能和性能，及使用的稳定性和可靠性已经接近或达到国际先进水平，被大量用于汽车轮毂、稳定性和可靠性已经接近或达到国际先进水平，被大量用于汽车轮毂、汽车缸盖等铸件的生产。汽车缸盖等铸件的生产。V型汽车铝缸盖型汽车铝缸盖汽车轮毂汽车轮毂铝铝合合金金缸缸盖盖英英国国黑黑豹豹汽汽车车桥桥梁梁铸铸件件2.2低压铸造原理低压铸造原理低压铸造是使液态金属在压力作用下充低压铸造是使液态金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。所用的压力较低，所以叫做低压铸造。其工艺过程如下：在装有合金液的密封其工艺过程如下：在装有合金液的密封容器（如坩埚）中，通入干燥的压缩空容器（如坩埚）中，通入干燥的压缩空气，作用在保持一定浇注温度的金属液气，作用在保持一定浇注温度的金属液面上，造成密封容器内与铸型型腔的压面上，造成密封容器内与铸型型腔的压力差，使金属液在气体压力的作用下，力差，使金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并适当增大压力并保持坩埚内液面腔，并适当增大压力并保持坩埚内液面上的气体压力，使型腔内的金属液在较上的气体压力，使型腔内的金属液在较高压力作用下结晶凝固。然后解除液面高压力作用下结晶凝固。然后解除液面上的气体压力，使开液管中未凝固的金上的气体压力，使开液管中未凝固的金属液依靠自重流回坩埚中，再开型并取属液依靠自重流回坩埚中，再开型并取出铸件，至此，一个完整的低压浇铸工出铸件，至此，一个完整的低压浇铸工艺完成。艺完成。低压铸造加压方式：低压铸造加压方式：(1)坩埚加压式坩埚加压式(2)容器加压式容器加压式(3)低压铸造装备结构形式：低压铸造装备结构形式：(4)(1)金属型低压铸造装备金属型低压铸造装备(5)(2)砂型或壳型低压铸造装备砂型或壳型低压铸造装备三、低压铸造特点三、低压铸造特点1.低压铸造的浇注工艺参数可在工艺范围内任意设置调整，可保证液体低压铸造的浇注工艺参数可在工艺范围内任意设置调整，可保证液体金属充型平稳，减少或避免金属液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，金属充型平稳，减少或避免金属液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，从而减少了氧化渣的形成，避免或减少铸件的缺陷，提高了铸件质量。从而减少了氧化渣的形成，避免或减少铸件的缺陷，提高了铸件质量。2.金属液在压力作用下充型，可以提高金属液的流动性，铸件成形性好，金属液在压力作用下充型，可以提高金属液的流动性，铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利。为有利。3.铸件在压力作用下结晶凝固，并能得到充分地补缩，故铸件组织致密，铸件在压力作用下结晶凝固，并能得到充分地补缩，故铸件组织致密，机械性能高。机械性能高。4.具有自然的顺序凝固特点。具有自然的顺序凝固特点。5.有利于降低铸件的针孔度级别。有利于降低铸件的针孔度级别。6.提高了金属液的工艺收得率，一般情况下不需要冒口，使金属液的收提高了金属液的工艺收得率，一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，收得率一般可达得率大大提高，收得率一般可达90。7.劳动条件好；生产效率高，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的劳动条件好；生产效率高，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。突出优点。8.低压铸造对合金牌号的适用范围较宽，基本上可用于各种铸造合金。低压铸造对合金牌号的适用范围较宽，基本上可用于各种铸造合金。不仅用于铸造有色合金，而且可用于铸铁、铸钢。特别是对于易氧化不仅用于铸造有色合金，而且可用于铸铁、铸钢。特别是对于易氧化的有色合金，更显示它的优越性能，即能有效地防止金属液在浇注过的有色合金，更显示它的优越性能，即能有效地防止金属液在浇注过程中产生氧化夹渣。程中产生氧化夹渣。9.低压铸造对铸型材料没有特殊要求，凡可作为铸型的各种材料，都可低压铸造对铸型材料没有特殊要求，凡可作为铸型的各种材料，都可以用作低压铸造的铸型材料。与重力铸造和特种铸造应用的铸型基本以用作低压铸造的铸型材料。与重力铸造和特种铸造应用的铸型基本相同，如砂型（粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等）、壳型、金属型、石相同，如砂型（粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等）、壳型、金属型、石墨型、熔模精铸壳型、陶瓷型等都可应用。总之，低压铸造对铸型材墨型、熔模精铸壳型、陶瓷型等都可应用。总之，低压铸造对铸型材料要求没有严格限制。料要求没有严格限制。(a)(a)增压釜铸造增压釜铸造(100)(b)100)(b)反重力低压铸造反重力低压铸造(100)100)涡道铸件增压釜和反重力低压铸造条件下相同部位的微观组织涡道铸件增压釜和反重力低压铸造条件下相同部位的微观组织 某型号进气道唇口铸件某型号进气道唇口铸件汽车涡轮增压器汽车涡轮增压器美国美国WellmanWellman公司生产的导弹燃料舱和喷气式发动机进气道公司生产的导弹燃料舱和喷气式发动机进气道 四、低压铸造与其它铸造法的比较四、低压铸造与其它铸造法的比较1.低压铸造适用的合金范围广，铝合金、镁合金、铜合金、高密度黑色低压铸造适用的合金范围广，铝合金、镁合金、铜合金、高密度黑色金属。压力铸造一般只适用于铸造性能较好的合金，如铝硅合金、锌金属。压力铸造一般只适用于铸造性能较好的合金，如铝硅合金、锌合金、镁合金等。合金、镁合金等。2.压力铸造一般用于生产批量大的中小铸件，低压铸造可适用于不同大压力铸造一般用于生产批量大的中小铸件，低压铸造可适用于不同大小、不同批量的铸件。就砂型低压铸造而言，所能成形的铸件轮廓尺小、不同批量的铸件。就砂型低压铸造而言，所能成形的铸件轮廓尺寸、铸件重量几乎不受限制。寸、铸件重量几乎不受限制。3.压力铸造是在高速高压下充型，型腔中的气体不易排除，易于产生气压力铸造是在高速高压下充型，型腔中的气体不易排除，易于产生气孔，所生产的铸件不能进行热处理，而低压铸造则与此相反。为此，孔，所生产的铸件不能进行热处理，而低压铸造则与此相反。为此，压力铸造生产的铸件一般只作功能件使用或者不重要的结构件使用。压力铸造生产的铸件一般只作功能件使用或者不重要的结构件使用。4.压力铸造所用的铸型压力铸造所用的铸型(金属型金属型)，要求高、制造困难、周期长、成本高。，要求高、制造困难、周期长、成本高。低压铸造应用的金属模要求较低，制造容易，模具费用只相当于压铸低压铸造应用的金属模要求较低，制造容易，模具费用只相当于压铸模费用的模费用的1/4。采用石墨型、壳型、砂型低压铸造时，模具费用更低。采用石墨型、壳型、砂型低压铸造时，模具费用更低。而且低压铸造适用的铸型种类多、范围广。而且低压铸造适用的铸型种类多、范围广。5.低压铸造的设备比压力铸造的设备简单，且容易制造。低压铸造的设备比压力铸造的设备简单，且容易制造。五、低压铸造设备的分类及应用五、低压铸造设备的分类及应用按照加压介质分类：按照加压介质分类：(1)普通低压铸造设备普通低压铸造设备(2)电磁低压铸造设备电磁低压铸造设备按照所使用铸型分类：按照所使用铸型分类：(1)金属型低压铸造设备金属型低压铸造设备(2)砂型低压铸造设备砂型低压铸造设备按照承压方式分类：按照承压方式分类：(1)坩埚加压型低压铸造设备坩埚加压型低压铸造设备(2)罐体加压型低压铸造设备罐体加压型低压铸造设备特点：凝固环境为正压，排气困特点：凝固环境为正压，排气困难，生产效率较低，铸件轮廓受难，生产效率较低，铸件轮廓受限，铸件致密度较低压铸造高。限，铸件致密度较低压铸造高。跑火易对装备造成损坏。跑火易对装备造成损坏。适用性：各种类型的复杂厚壁或适用性：各种类型的复杂厚壁或中等壁厚优质构件中等壁厚优质构件(平均壁厚大于平均壁厚大于8mm)。单件浇注重量。单件浇注重量400Kg左右。左右。可用于金属型可用于金属型(配套开合型和顶出配套开合型和顶出机构机构)、砂型、石膏型、精铸模壳、砂型、石膏型、精铸模壳以及消失模。以及消失模。六、六、类似于低压铸造的其它反重力铸造方法及应用类似于低压铸造的其它反重力铸造方法及应用 差差压压铸铸造造调压铸造、真空吸铸调压铸造、真空吸铸调 压 铸 造真 空 吸 注特点：凝固环境为负压，特点：凝固环境为负压，排气顺畅，生产效率较排气顺畅，生产效率较低，铸件轮廓受限。针低，铸件轮廓受限。针孔度等级不易控制孔度等级不易控制适用性：各种类型的复适用性：各种类型的复杂薄壁构件杂薄壁构件(平均壁厚小平均壁厚小于于5mm)。单件浇注重量。单件浇注重量小于小于100Kg。主要用于砂。主要用于砂型、石膏型、精铸模壳。型、石膏型、精铸模壳。真空差压铸造真空差压铸造调压充型调压充型正压凝固正压凝固概念上的反重力铸造方法。概念上的反重力铸造方法。负压充型，正压凝固。具有调负压充型，正压凝固。具有调压或真空吸注的充型和差压铸压或真空吸注的充型和差压铸造的凝固特点，但过程可控性造的凝固特点，但过程可控性差，凝固正压建立速度慢，无差，凝固正压建立速度慢，无法对铸件致密度形成明显影响。法对铸件致密度形成明显影响。金属型低压金属型低压铸造生产线铸造生产线金属型差压金属型差压铸造生产线铸造生产线主要用于金属型铸造，主要用于金属型铸造，由于需要实现开合模由于需要实现开合模动作，所以，主要结动作，所以，主要结构为四立柱形式。但构为四立柱形式。但保温炉形式有所区别。保温炉形式有所区别。有金属坩埚、石墨坩有金属坩埚、石墨坩埚、碳化硅坩埚和耐埚、碳化硅坩埚和耐火材料打结坩埚。火材料打结坩埚。日本五十铃制作所生产的日本五十铃制作所生产的“上模滑动式低压铸造机上模滑动式低压铸造机”铸造机本体：铸造机本体：控制机械的高度，实现整体搬运安装控制机械的高度，实现整体搬运安装作业平台仅有作业平台仅有550mm，2个台阶个台阶模具的开模压力根据使用情况可调，采用节能型的液压控制系统模具的开模压力根据使用情况可调，采用节能型的液压控制系统液压装置是小型的，可以置于平台下面液压装置是小型的，可以置于平台下面由于上模是滑动的，所以能够提高安装模具的效率和换模作业的安全性由于上模是滑动的，所以能够提高安装模具的效率和换模作业的安全性采用伺服电机驱动，实现了高速运转采用伺服电机驱动，实现了高速运转下模具有升降功能，开模高度可以变更下模具有升降功能，开模高度可以变更铝液保持炉：铝液保持炉：铝液保持炉由加压室和保温室铝液保持炉由加压室和保温室2个槽构成个槽构成降低保持炉的高度，所以实现了小型、无地坑化降低保持炉的高度，所以实现了小型、无地坑化升液管安装在炉内，实现了无升液管化。另外，由于模具的浇道与液面的距离升液管安装在炉内，实现了无升液管化。另外，由于模具的浇道与液面的距离短，所以能够减少热量的损失以及氧化物的产生短，所以能够减少热量的损失以及氧化物的产生能够保持恒定的液面高度，铸造条件同一能够保持恒定的液面高度，铸造条件同一为了清除铝液中的杂质以及控制氧化物的生成，在保温室侧设置了脱氧装置为了清除铝液中的杂质以及控制氧化物的生成，在保温室侧设置了脱氧装置铸造作业铸造作业(加压加压)时，可以进行清扫保温室及添加铝液作业时，可以进行清扫保温室及添加铝液作业德国琦玛德国琦玛(GIMA)低压铸造机低压铸造机西北工业大学开发的非标反重力低压、差压、调压和真空吸铸设备西北工业大学开发的非标反重力低压、差压、调压和真空吸铸设备主要用于砂型、精铸模壳、石膏型等的铸件成形，用途不同，配制也不同，但主主要用于砂型、精铸模壳、石膏型等的铸件成形，用途不同，配制也不同，但主要结构为上下罐形式。要结构为上下罐形式。坩埚加压型低压铸造设备坩埚加压型低压铸造设备七、七、低压铸造液面加压的控制低压铸造液面加压的控制 电控核心：单板机电控核心：单板机单片机单片机监控程序编写语言：机器码监控程序编写语言：机器码汇编语言汇编语言高级语言高级语言事件驱动可视事件驱动可视化编程语言化编程语言调节执行机构：一次仪表调节执行机构：一次仪表气动薄膜阀气动薄膜阀电气比例阀电气比例阀直行程电动阀直行程电动阀组合阀组合阀液面加压控制系统的发展历程液面加压控制系统的发展历程气动薄膜阀气动薄膜阀口径大，可以带手动口径大，可以带手动执行机构，但反应慢，执行机构，但反应慢，不适合于快速调节。不适合于快速调节。电气比例阀电气比例阀模拟多级控制模拟多级控制数字组合阀数字组合阀控制软件的控制软件的“参数设置参数设置”屏幕屏幕控制软件的控制软件的“过程监控过程监控”屏幕屏幕控制软件的控制软件的“数据处理数据处理”屏幕屏幕控制软件的控制软件的“故障定位故障定位”屏幕屏幕控制软件的控制软件的“操作指南操作指南”屏幕屏幕液面加压控制算法液面加压控制算法传统传统PID算法算法比例环节：及时成比例地反映控制系统的偏差信号比例环节：及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。控制作用，以减少偏差。积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：能反映偏差信号的变化趋势微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。间。传统传统PID控制效果控制效果此次跟踪过程中，升此次跟踪过程中，升液速度为液速度为50mm/s，充型速度为充型速度为150mm/s。从图中可以看出，在从图中可以看出，在升液和充型阶段存在升液和充型阶段存在着较大的气压波动，着较大的气压波动，动态性能较差，而进动态性能较差，而进入到保压阶段，实际入到保压阶段，实际曲线与设定曲线基本曲线与设定曲线基本重合，偏差很小，静重合，偏差很小，静态性能良好。态性能良好。传统传统PID限幅控制效果限幅控制效果此次跟踪对输出进行了此次跟踪对输出进行了限幅处理。升液速度为限幅处理。升液速度为30mm/s，充型速度为，充型速度为50mm/s。限定其最大输。限定其最大输出，从而保证了升液和出，从而保证了升液和充型阶段良好的跟踪效充型阶段良好的跟踪效果，但是在结晶增压阶果，但是在结晶增压阶段压力升高很快，为段压力升高很快，为3KPa/s，而输出最大值，而输出最大值又被限制，所以产生了又被限制，所以产生了较大的偏差。这种方法较大的偏差。这种方法顾此失彼，不能满足实顾此失彼，不能满足实际生产的要求。际生产的要求。Fuzzy控制算法控制算法模糊化接口、规则库、模糊推理机制和模糊化接口、规则库、模糊推理机制和输出量解模糊化接口等四个部分。输出量解模糊化接口等四个部分。利用利用Fuzzy控制的液面加压曲线。升液控制的液面加压曲线。升液速度为速度为30mm/s，充型速度为，充型速度为50mm/s。从图中可以看出，升液和充型阶段动态从图中可以看出，升液和充型阶段动态跟踪效果良好，但是在转入到保压阶段跟踪效果良好，但是在转入到保压阶段时产生了振荡和超调，即所谓的零点极时产生了振荡和超调，即所谓的零点极限循环振荡。限循环振荡。EEC-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6-63.123.123.123.123.123.123.122.882.642.271.901.420.94-52.922.882.842.842.842.802.752.262.261.511.510.510.51-42.722.642.562.562.562.472.382.131.881.501.110.590.07-32.312.011.801.801.801.731.651.281.280.530.53-0.48-0.48-21.891.471.041.041.040.980.920.670.67-0.06-0.06-1.03-1.03-11.631.180.730.700.660.580.50.390.28-0.04-0.21-0.69-1.16-01.370.900.420.350.270.180.08-0.11-0.11-0.35-0.35-1.29-1.29+01.290.820.350.230.110.02-0.08-0.27-0.27-0.42-0.42-1.37-1.37+11.160.690.21-0.04-0.28-0.39-0.5-0.58-0.66-0.70-0.73-1.18-1.63+21.030.550.06-0.31-0.67-0.78-0.92-1.04-1.04-1.04-1.04-1.89-1.89+30.48-0.03-0.53-0.91-1.28-1.47-1.65-1.73-1.80-1.80-1.80-2.01-2.31+4-0.07-0.59-1.11-1.50-1.88-2.13-2.38-2.56-2.56-2.56-2.56-2.72-2.72+5-0.51-1.01-1.51-1.89-2.26-2.51-2.75-2.80-2.84-2.84-2.84-2.88-2.92+6-0.94-1.42-1.90-2.27-2.64-2.88-3.12-3.12-3.12-3.12-3.12-3.12-3.12U模糊查询表模糊查询表Fuzzy-PID复合控制算法复合控制算法Fuzzy-PID混合控制。升液混合控制。升液速度为速度为50mm/s，充型速度，充型速度为为150mm/s。当偏差。当偏差E较小较小的时候采用的时候采用PID进行调节，进行调节，一旦设定曲线变化较大，一旦设定曲线变化较大，跟踪误差越来越大，直至跟踪误差越来越大，直至达到达到e0(0.5KPa），然后转），然后转入到入到Fuzzy控制，而控制，而Fuzzy控制的动态效果较好，因控制的动态效果较好，因此不会出现类似于纯模糊此不会出现类似于纯模糊控制中的现象。控制中的现象。模糊化模糊化PID控制算法控制算法FuzzyPID控制器中包含一个传统的控制器中包含一个传统的PID控制器和一个模糊自整定结构。通过模控制器和一个模糊自整定结构。通过模糊推论在线调整糊推论在线调整PID的三个参数比例项的三个参数比例项（KP）、积分项（）、积分项（K）和微分项（）和微分项（KD）以便获得合理的动态响应速度和较高）以便获得合理的动态响应速度和较高的控制精度。图中的控制精度。图中r(t)是设定值，是设定值，e是设是设定值和实际值之间的差，定值和实际值之间的差，ec是差值变化是差值变化率，率，u是是FuzzyPID控制器的输出增量。控制器的输出增量。KPec-3-2-10123e-30.730.520.380.380.260.02-0.23-20.730.500.260.260.14-0.09-0.33-10.600.210.120.120.0-0.24-0.4800.60.210.00.0-0.12-0.36-0.610.480.08-0.12-0.12-0.12-0.36-0.6020.330.06-0.26-0.26-0.26-0.50-0.7330.23-0.18-0.34-0.34-0.34-0.49-0.71KIec-3-2-10123e-3-0.71-0.73-0.60-0.60-0.48-0.250.0-2-0.71-0.50-0.36-0.360.240.00.25-1-0.71-0.50-0.12-0.1200.240.480-0.57-0.36-0.120.00.120.360.601-0.57-0.36-0.1200.120.500.732-0.42-0.160.080.210.210.500.73300.250.480.600.600.730.73KDec-3-2-10123e-30.12-0.15-0.42-0.42-0.42-0.28-0.01-20.12-0.14-0.39-0.39-0.390.26-0.01-10.02-0.24-0.36-0.36-0.36-0.36-0.110-0.23-0.48-0.48-0.48-0.48-0.48-0.3710.18-0.160.160.160.160.160.1820.710.550.550.520.360.520.7131.171.041.040.930.780.931.11根据误差和误差变化率在模糊控制表根据误差和误差变化率在模糊控制表中查找中查找PID参数增量，动态改变参数增量，动态改变PID参参数，有效发挥三个参数在不同情况下数，有效发挥三个参数在不同情况下的调节作用，有效改变动态和静态跟的调节作用，有效改变动态和静态跟踪品质，充分发挥传统踪品质，充分发挥传统PID的调节能力，的调节能力，增强这种控制算法的适应性。增强这种控制算法的适应性。低压铸造液面加压控制效果评估低压铸造液面加压控制效果评估低压铸造液面加压控制效果评估低压铸造液面加压控制效果评估低压铸造液面加压控制效果评估低压铸造液面加压控制效果评估八、低压铸造流程八、低压铸造流程金属的熔炼及模具的准备；金属的熔炼及模具的准备；浇注前的准备：包括坩埚浇注前的准备：包括坩埚密封密封(装配密封盖装配密封盖),升液管升液管中的扒渣，测量液面高度，中的扒渣，测量液面高度，密封性试验，配模，紧固密封性试验，配模，紧固模具等；模具等；浇注：包括升液、充型、浇注：包括升液、充型、结晶凝固、排气等四个过结晶凝固、排气等四个过程；程；脱模：包括松型脱模和取脱模：包括松型脱模和取件。件。低压铸造工艺操作规程低压铸造工艺操作规程九、低压铸造工艺参数的选择九、低压铸造工艺参数的选择(1)升液阶段(2)充型阶段(3)结壳增压阶段(4)结保保压阶段(5)结晶增压阶段(6)结晶保压阶段阶段参数定义：(1)升液阶段：升液速度(mm/s)、升液压力(KPa，p1)(2)充型阶段：充型速度(mm/s)、充型压力(KPa，p2)(3)结壳增压阶段：结壳增压压力(KPa,p1=p3p2),结壳增压速度(KPa/s)(4)结保保压阶段：结壳保压时间(s)(5)结晶增压阶段：结晶增压压力(KPa,p2=p4p3),结晶增压速度(KPa/s)(6)结晶保压阶段：结晶保压时间(s)差压铸造：同步建正压差压铸造：同步建正压调压铸造：同步建负压调压铸造：同步建负压同步压力（KPa）针对成形合金的不同以及铸件复杂程度的不同，还需要考虑熔体密度(Kg/m3)和阻力系数。阶段阶段12345678时间时间t1t2t3t4t5t6t7t8压力压力p1p2p3p4p5p6p7p8真空吸铸工艺参数真空吸铸工艺参数熔体充满铸型后熔体充满铸型后遵循帕斯卡定律：遵循帕斯卡定律：即作用在液面上即作用在液面上的压强与铸型各的压强与铸型各个方向所承受的个方向所承受的压强相等。压强相等。低压铸造工艺参数的设定方法低压铸造工艺参数的设定方法p压强，N/m2密度，Kg/m3g重力加速度，m/s2阻力系数(11.5)举例：举例：水的密度为水的密度为1000Kg/m3，那么，那么，1KPa的压力对应约的压力对应约102mm的水柱。类似，液态铝硅合金的密度为的水柱。类似，液态铝硅合金的密度为2400Kg/m3，那么，那么，1KPa的压力对应约的压力对应约42.5mm的铝柱。的铝柱。注意：注意：1N=1Kg.m/s2低压铸造充型过程中，熔体未充满铸型之前遵循以下规律：低压铸造充型过程中，熔体未充满铸型之前遵循以下规律：单位PaKPaMPabarmbarkgf/cm2Pa110-310-610-510-210.210-6KPa103110-310-21010.210-3MPa10610311010410.2bar10510210-111031.02mbar10210-110-41011.0210-3kgf/cm298066.598.0798.0710-30.98980.671升液压力：升液压力：充型压力：充型压力：序号序号工艺参数工艺参数(单位单位)参数设置说明参数设置说明1同步压力同步压力(KPa)同步压力用于差压或调压工作模式，指工作时上下罐体同步压力用于差压或调压工作模式，指工作时上下罐体的同步压力。的同步压力。对于差压铸造，一般取值为对于差压铸造，一般取值为400600KPa。理论上，该。理论上，该参数取值越大，对铸件质量越有利。参数取值越大，对铸件质量越有利。对于调压铸造，一般取值为对于调压铸造，一般取值为-50-70KPa。真空度越高，。真空度越高，越有利于铸件成形，但不利于控制针孔度级别。越有利于铸件成形，但不利于控制针孔度级别。2升液速度升液速度(mm/s)升液速度指熔体在升液管中的上升速度，单位为升液速度指熔体在升液管中的上升速度，单位为mm/s。该参数取值太大，会造成充型不平稳现象。一般情况。该参数取值太大，会造成充型不平稳现象。一般情况下，该参数的取值稍低于充型速度即可。下，该参数的取值稍低于充型速度即可。3升液压力升液压力(KPa)升液压力指熔体完成升液过程，到达升液管口，接通底升液压力指熔体完成升液过程，到达升液管口，接通底部触点时对应的压力。该参数的取值与熔化保温炉内熔部触点时对应的压力。该参数的取值与熔化保温炉内熔体的多少有关，炉内熔体越少，该参数取值越大。这里体的多少有关，炉内熔体越少，该参数取值越大。这里要指出的是，该参数的取值是近似值，主要用于这样的要指出的是，该参数的取值是近似值，主要用于这样的情况，即由于某种原因，熔体到达升液管口但不能接通情况，即由于某种原因，熔体到达升液管口但不能接通底部触点时，系统要根据这个值来确定升液过程结束，底部触点时，系统要根据这个值来确定升液过程结束，充型开始。当然，在这种情况下，该参数取值的正确与充型开始。当然，在这种情况下，该参数取值的正确与否，直接关系到铸件的充型质量，一般取值略大于实际否，直接关系到铸件的充型质量，一般取值略大于实际值即可。值即可。序号序号工艺参数工艺参数(单位单位)参数设置说明参数设置说明4充型速度充型速度(mm/s)充型速度指熔体在型腔中的上升速度，单位为充型速度指熔体在型腔中的上升速度，单位为mm/s。该参数的取值对铸件质量至关重要，取值太大，会造成该参数的取值对铸件质量至关重要，取值太大，会造成充型不平稳，引起熔体飞溅或憋气；取值太小，会造成充型不平稳，引起熔体飞溅或憋气；取值太小，会造成冷隔或欠铸。具体大小与铸件高度、壁厚、复杂程度有冷隔或欠铸。具体大小与铸件高度、壁厚、复杂程度有关，应针对具体铸件，进行摸索。关，应针对具体铸件，进行摸索。5充型压力充型压力(KPa)充型压力指熔体到达型腔顶部时的压力，单位为充型压力指熔体到达型腔顶部时的压力，单位为KPa。该参数的取值与熔化保温炉内熔体的多少及铸件的高度该参数的取值与熔化保温炉内熔体的多少及铸件的高度有关。炉内熔体越少，该值越大；铸件越高，该值越大。有关。炉内熔体越少，该值越大；铸件越高，该值越大。与升液压力类似，该参数的取值也只能是近似的，主要与升液压力类似，该参数的取值也只能是近似的，主要用于熔体因某种原因不能接通型顶触点时的情况，这时用于熔体因某种原因不能接通型顶触点时的情况，这时系统需要根据此值确定熔体已到达型顶，并开始完成保系统需要根据此值确定熔体已到达型顶，并开始完成保压环节。该参数取值太小，会造成欠铸；取值太大，有压环节。该参数取值太小，会造成欠铸；取值太大，有可能导致粘砂，甚至破坏铸型。一般取值略大于实际值可能导致粘砂，甚至破坏铸型。一般取值略大于实际值即可。即可。6结壳时间结壳时间(s)结壳时间指从充满铸型到铸件表面凝固结壳所需要的时结壳时间指从充满铸型到铸件表面凝固结壳所需要的时间，单位为秒。该参数取值太大，结壳太厚，甚至使铸间，单位为秒。该参数取值太大，结壳太厚，甚至使铸件处于糊状凝固阶段，影响凝固补缩，最终导致出现缩件处于糊状凝固阶段，影响凝固补缩，最终导致出现缩松、微缩松。一般情况下，控制在松、微缩松。一般情况下，控制在2到到5秒之间。秒之间。序号序号工艺参数工艺参数(单位单位)参数设置说明参数设置说明7结壳增压压力结壳增压压力(KPa)结壳增压压力指为了使铸件在一定的压力下结壳而提供结壳增压压力指为了使铸件在一定的压力下结壳而提供的压力增量，也就是在熔体充满型腔的基础上，再增加的压力增量，也就是在熔体充满型腔的基础上，再增加一定的压力一定的压力(结壳增压压力结壳增压压力)，目的是保证熔体在压力下，目的是保证熔体在压力下结壳的同时，不致于产生粘砂。该参数取值太大，会出结壳的同时，不致于产生粘砂。该参数取值太大，会出现粘砂现象，甚至会使铸型发生变形。现粘砂现象，甚至会使铸型发生变形。8结壳增压速度结壳增压速度(KPa/s)结壳增压速度指提供结壳增压压力所使用的速度。之所结壳增压速度指提供结壳增压压力所使用的速度。之所以提供该参数，是为了避免在以提供该参数，是为了避免在PID控制中遇到阶跃函数，控制中遇到阶跃函数，对气动薄膜阀产生冲击，产生较大的超调。事实上，对对气动薄膜阀产生冲击，产生较大的超调。事实上，对于给定压差值来说，不必要存在阶跃函数，因为任何执于给定压差值来说，不必要存在阶跃函数，因为任何执行机构的动作都具有连续性，动作速度无论有多快，实行机构的动作都具有连续性，动作速度无论有多快，实际上都要经历一定的时间段。所以，提供该参数是符合际上都要经历一定的时间段。所以，提供该参数是符合实际情况的。对于气动薄膜阀，该参数的取值一般为实际情况的。对于气动薄膜阀，该参数的取值一般为2-4KPa之间。之间。9结晶时间结晶时间(s)结晶时间指铸件完成结壳凝固后，最终完全凝固所需要结晶时间指铸件完成结壳凝固后，最终完全凝固所需要的时间，单位为秒。该参数取值太小，铸件不能完全凝的时间，单位为秒。该参数取值太小，铸件不能完全凝固，过早的泄压，会导致铸件组织不致密，达不到补缩固，过早的泄压，会导致铸件组织不致密，达不到补缩目的；取值太大，会使升液管冻结，影响工作效率。该目的；取值太大，会使升液管冻结，影响工作效率。该参数的具体取值与铸件重量、壁厚等有关，可在大致计参数的具体取值与铸件重量、壁厚等有关，可在大致计算的基础上，结束经验予以修正。算的基础上，结束经验予以修正。序号序号工艺参数工艺参数(单位单位)参数设置说明参数设置说明10结晶增压压力结晶增压压力(KPa)结晶增压压力指为了使铸件在较大的压力下结晶而提供的较大结晶增压压力指为了使铸件在较大的压力下结晶而提供的较大的增压值，单位为的增压值，单位为KPa。之所以，提供该增压值，是为了使铸。之所以，提供该增压值，是为了使铸件在凝固过程中达到更好的补缩，使组织更加致密。为了，根件在凝固过程中达到更好的补缩，使组织更加致密。为了，根据所使用的工装和设备的额定工作压力，尽可能给予较大的值。据所使用的工装和设备的额定工作压力，尽可能给予较大的值。11结晶增压速度结晶增压速度(KPa/s)该参数的意义与结壳增压速度相同，取值也基本相等。该参数的意义与结壳增压速度相同，取值也基本相等。12熔体密度熔体密度(Kg/m3)之所以提供给参数，是为了适应不同密度的合金。该参数影响之所以提供给参数，是为了适应不同密度的合金。该参数影响一定压力所对应的压头高度。一定压力所对应的压头高度。13阻力系数阻力系数阻力系数取值阻力系数取值1.0-1.5之间。主要是为了考虑型腔的复杂程度。之间。主要是为了考虑型腔的复杂程度。对于相同的充型高度，型腔越复杂，需要的压力越大，所以，对于相同的充型高度，型腔越复杂，需要的压力越大，所以，铸件越复杂，该参数取值越大。铸件越复杂，该参数取值越大。三、升液管尺寸的确定及材质选择三、升液管尺寸的确定及材质选择升液管材质升液管材质1.金属材质：不锈钢、碳钢、铸铁、钛合金等。金属材质：不锈钢、碳钢、铸铁、钛合金等。2.非金属材质：碳化硅、氮化硅、钛酸铝等。非金属材质：碳化硅、氮化硅、钛酸铝等。3.复合材质：无缝钢管复合材质：无缝钢管+内外覆层。内外覆层。升液管需具备的特点升液管需具备的特点1.优异的抗热冲击性能。优异的抗热冲击性能。2.与金属熔液不浸润，不发生化学反应。与金属熔液不浸润，不发生化学反应。3.高的室温和高温强度。高的室温和高温强度。4.耐磨腐蚀性优良。耐磨腐蚀性优良。5.低的热膨胀系数。低的热膨胀系数。文献提供的升液管结构文献提供的升液管结构焊接升液管焊接升液管铸铁、石墨结合升液管铸铁、石墨结合升液管正锥升液管正锥升液管铸铁升液管铸铁升液管带保温套的升液管带保温套的升液管1坩埚盖坩埚盖2加热器套加热器套3升液管升液管大型铜合金铸件用升液管大型铜合金铸件用升液管大型铸铁件用升液管大型铸铁件用升液管1-耐火砖管耐火砖管2-间隙间隙3-无缝钢管无缝钢管4-型砂层型砂层5-法兰法兰大大型型铸铸钢钢件件用用升升液液管管1法法兰兰2镁镁砂砂3钢钢管管4型型砂砂5耐耐火火砖砖管管6铁铁丝丝不同结构的金属型升液管不同结构的金属型升液管升液管直径：与铸件直浇口面积接近。升液管直径：与铸件直浇口面积接近。升液管长度：底端距离坩埚底部升液管长度：底端距离坩埚底部100mm以上。以上。升液管法兰：在保证刚度的情况下尽可能薄，以减小激冷结果。升液管法兰：在保证刚度的情况下尽可能薄，以减小激冷结果。电加热升液管保温套的制作电加热升液管保温套的制作制作要点制作要点:1.根据升液管外径确定碳化硅炉膛内径根据升液管外径确定碳化硅炉膛内径;2.缠绕电阻丝后需在其中填满石英砂缠绕电阻丝后需在其中填满石英砂;3.利用带密封法兰的铠装热偶测温利用带密封法兰的铠装热偶测温;4.正确选择电级密封结构正确选择电级密封结构.通用电极密封组件通用电极密封组件四、快速增压的实现方案四、快速增压的实现方案为什么要实现快为什么要实现快速增压速增压?低压铸造中，充型与凝固低压铸造中，充型与凝固并存，因此，充型的同时并存，因此，充型的同时需要补缩需要补缩,增压的同时也需增压的同时也需要补缩。特别是，铸型充要补缩。特别是，铸型充满后，增压过程中的补缩满后，增压过程中的补缩显得尤为重要，而且需要显得尤为重要，而且需要更高的补缩力。很多显微更高的补缩力。很多显微缩松都是由于补缩力无法缩松都是由于补缩力无法克服表面张力而引起的，克服表面张力而引起的，并且越到凝固后期，这种并且越到凝固后期，这种枝晶间的补缩越困难。所枝晶间的补缩越困难。所以，需要快速增压，在凝以，需要快速增压，在凝固早期阶段，就施以尽可固早期阶段，就施以尽可能大的补缩压力。这有利能大的补缩压力。这有利于提高铸件的致密度，可于提高铸件的致密度，可以有效提高力学性能。以有效提高力学性能。增压途径增压途径从低压铸造设备的角度讲，无论是升液充，还是快速增压，从低压铸造设备的角度讲，无论是升液充，还是快速增压，都要通过起调节作用的执行机构，例如，电气比例阀或者数都要通过起调节作用的执行机构，例如，电气比例阀或者数字组合阀。在气源压力一定的情况下，快速增压必然要求执字组合阀。在气源压力一定的情况下，快速增压必然要求执行机构具有很宽的调节范围，但调节范围越宽，越不利于控行机构具有很宽的调节范围，但调节范围越宽，越不利于控制升液充型过程中的控制精度。升液充型控制精度低、增压制升液充型过程中的控制精度。升液充型控制精度低、增压速度快，均会影响到铸件的成形质量。为此，需要在液面加速度快，均会影响到铸件的成形质量。为此，需要在液面加压控制系统上予以改进，来达到快速增压的目的。压控制系统上予以改进，来达到快速增压的目的。以数字组合阀为例的快速增压实施方案以数字组合阀为例的快速增压实施方案与数字组合阀一样，快速增压环节的执行机构也是电磁阀，但口径较大，且增压流与数字组合阀一样，快速增压环节的执行机构也是电磁阀，但口径较大，且增压流量可通过节流阀进行调节量可通过节流阀进行调节(也可以是电动流量调节器也可以是电动流量调节器)。这样，铸型充满后，组合阀。这样，铸型充满后，组合阀仍然可以处于调节状态，但打开快速增压通道，提高增压速度。增压结束后，关闭仍然可以处于调节状态，但打开快速增压通道，提高增压速度。增压结束后，关闭快速增压通道，在组合阀的调节下实现平衡保压。快速增压通道，在组合阀的调节下实现平衡保压。四、低压铸造生产过程中的注意事项四、低压铸造生产过程中的注意事项低压铸造的浇注过程是在一定的气体压力作用下完成的，所以生产中的安全问题应该低压铸造的浇注过程是在一定的气体压力作用下完成的，所以生产中的安全问题应该引起高度重视。引起高度重视。一、坩埚、压力罐的设计制造一、坩埚、压力罐的设计制造低压铸造中，所使用的坩埚、低压铸造设备本体、加热套、储气罐都属于压力容低压铸造中，所使用的坩埚、低压铸造设备本体、加热套、储气罐都属于压力容器范畴。因此，它们的设计制造均应遵循国家钢制压力容器制造标准器范畴。因此，它们的设计制造均应遵循国家钢制压力容器制造标准GB150-1998。低。低压铸造所涉及的承压部分属于压铸造所涉及的承压部分属于I类压力容器。一般情况下，低压铸造设备本体的设计压类压力容器。一般情况下，低压铸造设备本体的设计压力应为力应为0.25MPa，工作压力应为，工作压力应为0.2MPa，设计工作温度为，设计工作温度为180C。但目前普遍使用的。但目前普遍使用的坩埚加压低压铸造中，对坩埚很难要求做到这点。坩埚加压低压铸造中，对坩埚很难要求做到这点。二、剩余合金量的控制二、剩余合金量的控制所谓剩余合金量所谓剩余合金量,就是在浇注最后一个铸件时，在充型和增压后，必须保证升液就是在浇注最后一个铸件时，在充型和增压后，必须保证升液管下端埋入合金液中，其深度约为管下端埋入合金液中，其深度约为80100mm。对于敞开式低压浇注。对于敞开式低压浇注(铸型顶部不封顶铸型顶部不封顶或者存在敞开的通气孔、冒口等或者存在敞开的通气孔、冒口等)，尤其要注意这个问题。因为合金液过少，则可能，尤其要注意这个问题。因为合金液过少，则可能在充型未结束时，升液管下端已暴露在合金液面之上，俗称在充型未结束时，升液管下端已暴露在合金液面之上，俗称“脱空脱空”，压缩空气就会，压缩空气就会通过升液管直接进入铸型型腔，引起合金液从冒口顶部喷射出来，造成人身事故。为通过升液管直接进入铸型型腔，引起合金液从冒口顶部喷射出来，造成人身事故。为了防止事故发生，必须准确计算所需合金液的重量。合金液的重量应包括铸件重量、了防止事故发生，必须准确计算所需合金液的重量。合金液的重量应包括铸件重量、浇浇(冒口冒口)系统重量、升液管内合金液重量和剩余合金液重量。系统重量、升液管内合金液重量和剩余合金液重量。三、液面悬浮的使用三、液面悬浮的使用目前，很多比较先进的低压铸造设备都带有液面悬浮功能。所谓目前，很多比较先进的低压铸造设备都带有液面悬浮功能。所谓“液面悬浮功能液面悬浮功能”就是使合金液在浇注每个铸件之前，都能保持在升液管口附近，目的是为了保持浇就是使合金液在浇注每个铸件之前，都能保持在升液管口附近，目的是为了保持浇注每个铸件时工艺参数的同一性。但在不使液面悬浮系统过于复杂的情况下，悬浮功注每个铸件时工艺参数的同一性。但在不使液面悬浮系统过于复杂的情况下，悬浮功能大多采用气压悬浮，一方面要求定值气压控制非常可靠，另一方面要求非常准确地能大多采用气压悬浮，一方面要求定值气压控制非常可靠，另一方面要求非常准确地计算出悬浮压力。否则，打开铸型时，很容易出现计算出悬浮压力。否则，打开铸型时，很容易出现“井喷井喷”，造成人员伤亡事故。为，造成人员伤亡事故。为此，需要指出，使用液面悬浮功能是要非常慎重，除非有十分的把握。此，需要指出，使用液面悬浮功能是要非常慎重，除非有十分的把握。四、铸型四、铸型(模具模具)的密封的密封低压铸造时，无论使用的是砂型、金属型，还是熔模精密铸造模壳或石膏型，浇低压铸造时，无论使用的是砂型、金属型，还是熔模精密铸造模壳或石膏型，浇注之前对铸型所承受的压力必须做到心中有数。金属型低压铸造中，因为有专门的铸注之前对铸型所承受的压力必须做到心中有数。金属型低压铸造中，因为有专门的铸型锁紧机构，所以，一般情况下是比较安全的。砂型低压铸造中，由于自由分型面的型锁紧机构，所以，一般情况下是比较安全的。砂型低压铸造中，由于自由分型面的存在，需要特别注意各箱之间的密封锁紧，否则很容易出现跑火事故。对于熔模精密存在，需要特别注意各箱之间的密封锁紧，否则很容易出现跑火事故。对于熔模精密铸造模壳或石膏型，虽然不存在分型面，但型壳本身的耐压能力很低，所以，需要对铸造模壳或石膏型，虽然不存在分型面，但型壳本身的耐压能力很低，所以，需要对壳型进行特别的保护。壳型进行特别的保护。五、低压铸造设备的密封五、低压铸造设备的密封金属型低压铸造时，密封环节包括保温炉进料口的密封、保温套与保温炉之间的密封、金属型低压铸造时，密封环节包括保温炉进料口的密封、保温套与保温炉之间的密封、保温套与铸型之间的密封、升液管与保温套之间的密封、升液管与铸型之间的密封。保温套与铸型之间的密封、升液管与保温套之间的密封、升液管与铸型之间的密封。其中，进料口的密封和升液管与铸型之间的密封尤为重要，涉及到安全问题。其它密其中，进料口的密封和升液管与铸型之间的密封尤为重要，涉及到安全问题。其它密封会影响到液面加压的控制精度。对于罐体式低压铸造设备，最重要的可能是承压盖封会影响到液面加压的控制精度。对于罐体式低压铸造设备，最重要的可能是承压盖与罐体之间的密封和升液管与铸型之间的密封。与罐体之间的密封和升液管与铸型之间的密封。