专利名称：真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及特种铸造领域，尤其是涉及一种对大型复杂铸件的真空差压铸 造的分级变压充型和凝固工艺。
背景技术：
近年来，大型铝镁合金复杂铸件在航空、航天及武器装备领域中的应用越
来越多，对铸件的要求也越来越高。其主要发展趋势是铸件尺寸大、精度要 求高、壁薄、结构复杂、冶金质量和力学性能要求高。如导弹抢体、导弹油 箱、导弹发射架、导弹发射转台、运载火箭发动机涡轮壳体、军用飞机匣体、 框体、壁板及进气道、鱼雷壳体及坦克负重轮等都是要求很高的复杂构件。这 些构件采用铸造成形，可实现复杂结构的整体成形，且流程短、生产周期短、 效率高。同时，将多个构件组合为一个铸件铸造成形，可以减少复杂结构中焊 接、铆接、机械连接等薄弱环节，提高复杂结构整体的性能，实现构件的轻量 化。真空差压铸造对大型复杂铸件的整体成形以及冶金质量和力学性能的控制 具有得天独厚的优势，其成形过程可实现程序控制，具有自上而下的自然顺序 凝固特征，是生产大型复杂优质铸件的理想方法，在航空、航天及武器装备领 域有着特殊的地位。
真空差压铸造工艺是由抽真空、充型、升压、保压和卸压5个阶段组成。 但目前在真空差压铸造的实际生产中，充型或升压、保压的凝固阶^爻的压差均 固定不变，不利于铸件的平稳充型和影响其及时有效补缩，尤其在应用于大型、 壁厚差大的复杂铸件时易出现成型困难和冶金质量问题，即，当铸件截面积发 生较大变化时，特别是充型过程中铸件型腔由大截面积向小截面积(如垂直 薄壁)变化时，若仍采用同一压力驱动充型，不利于铸件的平稳充型。同时， 在铸件的凝固过程中，凝固初期的补缩通道和有效补缩范围与凝固中后期的情 况会发生很大变化，随着铸件不断凝固，补缩能力会逐渐下降，补缩范围随之 逐渐缩小。如果铸件凝固阶段采用恒定压力，当压力值选取过大时会造成铸型 变形甚至破损，而压力值选取过小会影响有效补缩，从而形成缩孔或缩松，影 响铸件的成形质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，它 具有型腔内气体排放充分、充型平稳、可增强铸件的及时有效补缩能力、成形 质量好，可实现真空差压铸造成形的精确控制的优点。
本发明的目的是这样实现的一种真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，特征是在真空差压铸造 过程中，液态金属的充型和升压、保压的凝固阶段，根据铸件的形状、壁厚、 高度及复杂程度的要求，使压差在0.02MPa-0. 3MPa之间变化，分别在 0. 02MPa-0. 2MPa压差范围内进4亍分级变压充型和在0. 03MPa-0. 3MPa压差范围 内进行分级变压凝固，以确保液态金属在真空条件下的平稳充型和铸件凝固时 的及时有效补缩。
所述真空差压铸造的分级变压充型工艺为根据铸件的形状、壁厚、高度 及复杂程度的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶 段其压力变化过程为先緩慢施加0. 02MPa-0. 03MPa压差，保压1-10秒，再 迅速升压至0. 05MPa以上，保压1-10秒，完成变压充型工艺过程；
或，压差先升到0. 05MPa-0. 08MPa后，保持1-10秒后，再降低压差至 0. 02MPa-0. 03MPa,保持l-IO秒后，完成变压充型工艺过程；
或， 一直连续施压，直至压差升至0. 03MPa-0. 08MPa,完成变压充型工艺 过程。
所述真空差压铸造的分级变压凝固工艺为根据铸件的尺寸、形状、壁厚 的特点，随铸件凝固补缩进程，改变凝固压差的大小，真空差压铸造凝固阶段 其压力变化过程为上罐压力不变，下罐压力逐渐升高，使压差緩慢上升，直 至铸件完全凝固；
或，上罐、下罐的压力均逐渐上升，但上罐加压速率'隄，下罐加压速率快， 导致其压差逐渐上升，直至铸件完全凝固；
或，上罐、下罐的压力固定不变，并保持压差50-500秒后，上罐压力不 变，提高下罐压力，增加压差，继续保压50-500秒，直至铸件完全凝固。
本发明是在真空差压铸造的充型阶段，采用分级变压充型工艺，适时改变 充型压差，在满足完整充型的基础上， 一方面有利于型腔内气体的排除；另一 方面，也可有效避免金属液的喷射和飞溅，减少了充型过程液态金属的紊流和 巻入气体；从而达到铸件无缺陷逐层平稳充型，实现成形精确控制，保证了铸 件的成形质量。
在真空差压铸造的升压、保压凝固阶段，根据铸件凝固初、中及后期的情 况变化而适时改变凝固压力， 一方面，可避免凝固压力过大导致的铸型变形甚 至破损，另一方面，也可避免压力过小或加压不及时而导致的缩孔或缩松缺陷， 形成致密组织，保证铸件的冶金质量。
因此，本发明具有如下有益效果
1、型腔内气体排放充分，可实现结构更复杂、壁厚差大的铸件逐层平稳 充型，成形质量好；
2、 增强铸件的及时有效补缩能力，可获得组织更致密的铸件；
3、 增强系统反应的快速性、及时性，适应性强，实现真空差压铸造成形的 精确控制。
图1为真空差压铸造的分级变压充型和凝固的典型工艺曲线图2为真空差压铸造的分级变压充型的典型工艺曲线示意图，其中a为先緩 慢施加O. 02MPa-0. 03MPa压差，升压到O. 05MPa-0. O腦Pa后，保持3-10秒后，再 降低压差至O. 02MPa-0. 03MPa，完成变压充型工艺过程；b为先升压到 0. 05MPa-0. 08MPa后，保持l-5秒后，再降低压差至O. 02MPa-0. 03MPa,保持1-5 秒后，完成变压充型工艺过程；c为一直连续施压，直至升压至 0. 03MPa-0. 08MPa，完成变压充型工艺过程。
图3为真空差压铸造的分级变压凝固的典型工艺曲线示意图，其中a为上 罐、下罐的压力固定不变，并保持压差50-500秒后，上罐压力不变，提高下 罐压力，增加压差，继续保压50-500秒，直至铸件完全凝固；b为上罐压力不 变，下罐压力逐渐升高，使压差緩慢上升，直至铸件完全凝固；c为上罐、下 罐的压力均逐渐上升，同时压差也逐渐上升，直至铸件完全凝固。
图4为某型号壳体的铝合金铸件的立体示意图。
图5为壳体铝合金铸件的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺曲线。
具体实施例方式
下面对照附图对本发明作进一步详细说明。
实施例
图4为铝合金铸件的立体示意图，其外形尺寸为080Ommx8OOmm,最薄的 壁厚为2mm,最大的壁厚差达到了 8mm。图5为铝合金铸件的真空差压铸造的 分级变压充型和凝固工艺曲线图。
在真空差压铸造过程中，先对上罐、下罐同时抽真空，待真空度达到 0. OlMPa后，停止抽真空；所述真空差压铸造的分级变压充型工艺为真空差 压铸造充型阶段，其上罐、下罐压力变化过程为压差先升到0. 05MPa后，保持 2秒，再降低压差至0. 03MPa，保持2秒，完成变压充型工艺过程；在升压阶 段，保持上罐、下罐压差为0. 05MPa，上罐压力迅速升至0.28MPa，所述真空 差压铸造的分级变压凝固工艺为真空差压铸造保压阶段其压力变化是先维持 上罐、下罐的压差0. 05MPa不变，保压150秒，再提高上罐、下罐的压差至 0. 07MPa，继续保压250秒，直至铸件完全凝固；最后，卸压，完成该壳体铸 件的真空差压铸造生产。
权利要求
1、一种真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在于在真空差压铸造过程中，液态金属的充型和升压、保压的凝固阶段，根据铸件的形状、壁厚、高度及复杂程度的要求，使压差在0.02MPa-0.3MPa之间变化，分别在0.02MPa-0.2MPa压差范围内进行分级变压充型和在0.03MPa-0.3MPa压差范围内进行分级变压力凝固，以确保液态金属在真空条件下的平稳充型和铸件凝固时的有效补缩。
2、 如权利要求1所述的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在 于所述真空差压铸造的分级变压充型工艺为根据铸件的形状、壁厚、高度 及复杂程度的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶 段其压力变化过程为先緩慢施加0. 02MPa-0. 03MPa压差，保压1-10秒，再 迅速升压至在0. 05MPa以上，保压1-10秒，完成分级变压充型工艺过程。
3、 如权利要求1所述的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在 于所述真空差压铸造的分级变压充型工艺为根据铸件的尺寸、形状、壁厚 的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶段其压力变 化过程为压差先升压到0. 05MPa-0. O詣Pa后，保持1-10秒后，再降^f氐压差 至0. 02MPa-0. 03MPa,保持1-10秒后，完成分级变压充型工艺过程。
4、 如权利要求1所述的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在 于所述真空差压铸造的分级变压充型工艺为才艮据铸件的尺寸、形状、壁厚 的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶段其压力变 化过程为 一直连续施压，直至压差升至0. 05MPa-0. 08MPa,完成分级变压充 型工艺过程。
5、 如权利要求1所述的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在 于所述真空差压铸造的分级变压凝固工艺为才艮据铸件的尺寸、形状、壁厚 的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶段其压力变 化过程为上罐压力不变，下罐压力逐渐升高，使压差緩慢上升，直至铸件完 全凝固。
6、 如权利要求1所述的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在 于所述真空差压铸造的分级变压凝固工艺为根据铸件的尺寸、形状、壁厚 的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶段其压力变 化过程为上罐、下罐的压力均逐渐上升，但上罐加压速率慢，下罐加压速率 快，导致其压差逐渐上升，直至铸件完全凝固。
7、 如权利要求1所述的真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，其特征在 于所述真空差压铸造的分级变压凝固工艺为才艮据铸件的尺寸、形状、壁厚 的特点，随充型进程，改变充型压差的大小，真空差压铸造充型阶段其压力变 化过程为上罐、下罐的压力固定不变，并保持压差50-500秒后，上罐压力 不变，提高下罐压力，增加压差，继续保压50-500秒，直至铸件完全凝固。
全文摘要
本发明公开了一种真空差压铸造的分级变压充型和凝固工艺，它是在真空差压铸造的充型阶段，采用分级变压充型工艺，适时改变充型压差，在满足完整充型的基础上，一方面有利于型腔内气体的排除；另一方面，也可有效避免金属液的喷射和飞溅，减少了充型过程液态金属的紊流和卷入气体；从而达到铸件无缺陷逐层平稳充型，实现成形精确控制，保证了铸件的成形质量。在真空差压铸造的升压、保压凝固阶段，根据铸件凝固初、中及后期的情况变化而适时改变凝固压力，一方面，可避免凝固压力过大导致的铸型变形甚至破损，另一方面，也可避免压力过小或加压不及时而导致的缩孔或缩松缺陷，形成致密组织，保证铸件的冶金质量。
文档编号B22D18/04GK101658915SQ20091018602
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者严青松, 欢 余, 俞子荣, 吴开志, 徐志锋, 熊博文, 蔡长春, 郑玉惠 申请人:南昌航空大学