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1工藝參數設計

差壓鑄造工藝的過程依次為：升液、充型、結殼、增壓、結晶保壓和卸壓。（1）同步壓力該壓力是指在差壓鑄造工藝過程中上密封罐與下密封罐壓力相同時的壓力，取為0.65MPa。（2）升液速度與充型速度升液速度為金屬液在升液管中上升的平均速度，其大小的選取需保證金屬液上升平緩。充型速度為金屬液在模具型腔中充型的平均速度，其大小的選取需防止金屬液紊流的產生。取充型速度和升液速度分別為45mm/s、35mm/s。（3）升液壓力與充型壓力升液壓力為可以使金屬液上升至升液管管口處的壓力，主要由升液管高度決定。充型壓力為可以使金屬液從升液管管口提升至型腔頂部的壓力。由于金屬液的流動阻力和粘度將在充型過程中快速增加，所以實際壓差應比克服金屬液重力所需壓差適當大些。綜合以上信息，為了使得鑄造過程中具有合適的充型壓力和升液壓力，鑄造的加壓速度選為0.05MPa/s。（4）結殼增壓壓力與結殼時間為了不破壞結殼，同時保證增壓補縮效果，可在結殼開始5s后進一步增加適當的壓力，使得鑄件殼層在較高的壓力環境下進一步增厚，直至鑄件凝固。這樣便可保證鑄件擁有完整的輪廓和良好的表面質量。（5）結晶增壓壓力在鑄件結殼結束后，為了保證鋁液能夠繼續對鑄件補縮，在原有的結殼增壓壓力上，再增加適當的壓力，使得鋁液在該壓力下完成結晶，該壓力便是結晶增壓壓力。隨著鑄造的推進，鋁液不斷凝固，鑄件補縮通道不斷變小，鋁液對鑄件的補縮變得越來越困難。為了保證鋁液能夠繼續經升液管流入鑄型，對鑄件補縮，必須在原有的結殼增壓壓力上繼續增加適當的壓力。這樣不僅可以消除鑄件可能存在的疏松和縮孔缺陷，還可提高其組織致密度，提高其力學性能。試驗表明結晶增壓壓力越高，鑄件的力學性能越好，但結晶增壓壓力增加得太大，將大幅提高鑄造成本，綜合考慮兩方面因素，取結晶增壓壓力為0.01MPa。（6）結殼和結晶增壓速度結殼和結晶增壓速度分別指在鑄件結殼和結晶過程中，增壓壓力建立的速度。為了保證結殼和結晶過程中壓力快速建立，結殼增壓速度取為0.015MPa/s，結晶增壓速度取為0.035MPa/s。（7）結晶時間結晶時間為在結晶增壓壓力下，鑄件凝固補縮需要的時間。該時間主要由連接升液管的橫澆道的冷卻凝固時間決定。在鑄造試驗中，通過確定澆道殘留長度來確定鑄件結晶時間。取澆道殘留長度為50mm。（8）充型壓差鑄造過程中的充型壓差ΔP由式(1)計算得出。式中：H為金屬液充型過程中最低點到最高點之間的高度，mm；ρ為金屬液的密度，g/cm3；K為阻力系數，K∈(1.0,1.5)，阻力越小K越小，阻力越大K越大。本鑄造工藝充型壓差為0.035MPa。（9）鑄型預熱溫度為了保證涂料粘結牢固，鑄型需預先加熱至150℃左右。在噴完涂料后，鑄型需進一步預熱至200~250℃后，才可以進行澆注。（10）鋁液澆注溫度澆注溫度過高將導致鋁液結晶粗大，鑄件內部組織疏松。澆注溫度過低則會減小鋁液充型能力，導致鑄件產生冷隔和欠鑄等缺陷，甚至產生澆注不足的問題。本鑄造試驗澆注溫度取為700~720℃。

2鑄造缺陷的預防

為了防止鑄件出現鑄造過程中較易發生的疏松和縮孔缺陷，將補縮暗冒口分別設置于鑄件各個大熱節處，使鋁液可對其補縮。同時在模具不同位置噴涂冷卻速度不同的涂料，從而保證鑄件不同位置的凝固速度有利于鋁液補縮。

3仿真與試驗結果分析

3.1仿真結果分析充型仿真結果如圖4所示。圖5為鋁合金艙門蓋的凝固仿真結果。圖6為仿真所得鑄件橫斷面縮孔分布。鋁液充型時間為2s，凝固時間為460s。鑄件上部厚大部位無縮孔缺陷，縮孔缺陷均被引至冒口內。

3.2鑄件試制及檢測鑄件剖面如圖8所示。可以看出，鑄件外殼完整，內部無缺陷。經力學性能測試可知，鑄件抗拉強度320~330MPa，伸長率5%~6%。而采用低壓鑄造工藝所得鑄件抗拉強度為290~300MPa，伸長率為4%~5%。由此可見，差壓鑄造工藝可獲得力學性能更好的鑄件。

4結論

（1）采用鑄造仿真軟件Magmasoft可對鑄造過程進行較為精確的模擬，其仿真結果與試驗結果一致，可為差壓鑄造工藝的設計與改進提供一定的依據和方向。（2）采用差壓鑄造工藝鑄造的鋁合金艙門蓋鑄件無疏松和縮孔等缺陷，其鑄件力學性能顯著提高，抗拉強度達320~330MPa，伸長率5%~6%。

作者：張慶玲陳世倉單位：包頭輕工職業技術學院信息工程系華中科技大學材料科學與工程學院