摘要：本文阐述了铝合金低压铸造的原理，对铝合金低压铸造的研究现状，做出铝合金低压铸造未来发展方向，希望对我国铝合金低压铸造发展有所帮助。
关键词：铝合金；低压铸造；研究现状
一、铝合金低压铸造的原理
1、充型原理。低压铸造是利用气体压力或者电磁力将金属液压入铸型来实现充型的。加在合金液面上的气体压力或者使之发生定向移动的电磁力，迫使合金液沿升液管上升，合金液进入型腔直至充满型腔这一阶段称为充型阶段。
2、充型工艺特点。低压铸造浇注过程中，合金液在可控压力下充型，能有效地控制充型速度，使合金液充型平稳，减少或避免合金液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，从而减少氧化渣的形成，避免或减少铸件缺陷，提高铸件质量。合金液在压力作用下充型，可以提高合金液的流动性，有利于获得轮廓清晰的铸件，可适用于不同壁厚，不同高度和不同结构的铸件。
3、充型压力。随着压力继续增加，超过反压力时，金属液才能继续充型，这样会使铸件表面形成“水纹”，从而影响铸件的外观，严重时会造成铸件报废。对于薄壁复杂铸件，充型速度太快，还易产生气泡，形成气孔缺陷。但如果充型速度太慢，又会产生浇不足及冷隔等缺陷。因此，对厚壁简单件来说，由于壁厚，所以铸件的成型不是主要矛盾，故它的充型速度稍慢一些也不会导致冷隔、欠浇等缺陷。但如果是薄壁复杂铸件，且模具冷却强度又较大，如果充型速度太慢，则会形成铸件冷隔、欠浇等缺陷，因此对于这类比较容易凝固冷却的铸件，在完成金属液的升液后，应该加快其充型速度，以防止铸件产生冷隔、欠浇等缺陷。
二、铝合金低压铸造的研究现状
1、低压铸造的基本原理为。一定温度的金属液在压力作用下，沿升液管自下而上通过浇道缓慢进入并充满型腔和冒口，然后增压保压直至铸件完全凝固，最后解除压力，使升液管和浇道中尚未凝固的金属液由于自重流回保温炉或坩埚中。根据低压铸造技术的原理可知低压铸造工艺过程大致可以分为升液、充型、增压、保压凝固、卸压冷却几个阶段。在升液充型阶段，与重力充型相比，金属液流动的动力不同，低压铸造的充型过程是通过控制施加于金属液面上的压力，推动金属液沿升液管进入型腔。其主要特点是充型过程压力可控、金属液充型平稳，避免了重力充型下的涡流、翻腾、冲击和飞溅，降低了吸气和氧化夹杂物产生倾向，以期得到无气孔、无氧化夹杂物缺陷的铸件。低压铸造的关键是充型过程，这个过程可以分为两个阶段—升液阶段和充型阶段。在充型过程中，主要问题是金属液的湍流，可以通过调节压力来解决。充型速度依赖于加压速度，控制加压速度，保持金属液层流流动是得到优质铸件的关键。
2、气压式低压铸造充型。自从二十世纪初期开始研究并应用低压铸造工艺，气压式低压铸造已经由实验转入生产，从生产简单件发展到生产复杂件，从生产铝、铜合金铸件发展到黑色金属和轻量化的镁合金铸件，从起初的单件、小批量发展到大批量、机械化生产，从砂型发展到金属型、消失模等精密度更高的低压铸造。铸造技术正在向更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本低、周期短、质量高的方向发展。大型化、轻量化、精确化、数字化、网络化、清洁化及利用再循环将是未来铸造技术的重要发展方向。近年来，我国一些高校及科研院所对低压铸造充型进行了研究，并取得了大量的成果，主要表现在基础研究、薄壁件和铸件精确化等方面。
3、电磁低压铸造充型。电磁低压铸造技术是一种生产效率高、近无余量精确成型方法之一。它不仅具有充型平稳、流量精确可控、电磁作用提高铸件性能等优点，还能克服传统气压低压铸造过程中液面波动、铝液吸气及氧化夹杂等缺点。因此，近年来，人们对电磁低压铸造的研究越来越深入了。通过实验研究在不同励磁电流和电极电流下电流与电磁泵输出压力之间的关系，建立压力控制计算模型，并进行了电磁泵低压铸造过程模拟验证。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆研究表明：在磁感应强度确定的情况下，电极电流与输出压力都是呈严格的线性变化规律；电磁泵低压铸造充型平稳，加压压力控制精确，是高质量铝铸件生产先进的铸造工艺方法。
三、铝合金低压铸造未来发展方向
根据低压铸造原理可知该工艺的关键是充型过程。升液阶段金属液湍流问题的解决，充型阶段流体速度的有效控制，是保证得到优质铸件的关键。在升液充型阶段，与重力充型相比，金属液流动的动力不同，低压铸造的充型过程是通过控制施加于金属液面上的气体压力，推动金属液沿升液管进入型腔。为实现大型薄壁复杂构件的低压铸造制备，相关基础理论还需要进一步深入研究，工艺和设备还需要在实践中不断完善，此外充型材料的选择范围需要拓展并对相应的材料进行系统研究。目前需要尽快解决以下问题：
计算机数值模拟技术不仅有助于弄清充型过程的缺陷产生原因，也能为低压铸造工艺提供有效的充型参数优化设计。因此深入研究并建立与实际充型过程相吻合的金属液流模型对于数值模拟的结果精确化至关重要，需充分考虑充型过程中除金属液之外的其它流体（如型腔内的空气流和充型过程中外部充入的保护气氛气流）对金属液流的影响作用，并从多相流体的交互作用机理上系统研究，解 决数值模拟结果与实际充型过程不吻合的问题，提高低压铸造生产效率和铸件质量。铝合金轮毂的成型方式主要有重力铸造、低压铸造、铸造—热旋压和半固态 模锻。重力铸造同等条件下浪费的合金最多；低压铸造次之；铸造－热旋压会进一步强化合金，故其用料比低压铸造更省；半固态模锻由于成型时几乎是成品尺寸，因此该工艺最节省用料，产品综合性能铸造－热旋压与半固态模锻相近；低压铸造性能稍差；重力铸造最容易出现铸造缺陷，严重影响产品性能。此外，重力铸造生产工艺最简单，生产成本最低；低压铸造成本略高于重力铸造；铸造－热旋压因热旋压过程是一个集塑性变形和数控加工一体的复杂过程。
开发出适于低压铸造的合金体系。一直以来，低压铸造工艺采用的材料集中于传统的铸造铝合金系和镁合金系，可考虑结合材料热力学基础理论设计基于传统铝合金和镁合金体系的晶粒细化添加剂材料，应加快研发除镁、铝合金之外的其它合金体系的低压铸造铸件，以适应工业广泛应用的需求。将新研制的低压铸造技术应用于大型薄壁复杂构件的制备，如华中科技大学研制的连续式低压铸造技术。将现有的传统低压浇注兼保温坩埚分成3个独立的坩埚，其底部由过道联通，分别完成加料补料、液面加压和升液浇注3个主要动作。改进后的技术保证了生产的连续性，生产效率显著提高；将传统的复合材料制备工艺与低压铸造技术相结合，可制备出高质量的复合材料。
四、总结
综上所述，在环保、时尚的大趋势下，铝合金轮毂必定朝着高强度、轻质量以及多造型的方向发展．而目前我国普遍采用的铝合金轮毂成型技术仍以低压铸造和重力铸造为主，先进的铸造－热旋压及半固态模锻成型技术应用范围很窄，尤其是半固态模锻成型技术，主要以实验室研究为主。计算机模拟在铝合金轮毂中近两年已经在大量应用，现在国内有实力的轮毂厂和模具厂均要模拟分析通过后才能用于生产。我国铝合金轮毂产业在生产工艺的改进以及先进计算技术的应用方面需要逐步提高分析水平。
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论文作者:胡志彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：低压论文; 铸件论文; 铝合金论文; 合金论文; 金属论文; 压力论文; 重力论文; 《基层建设》2019年第32期论文;