铝合金大型薄壁平板件反重力铸造技术研究

在对高冶金品质复杂的薄壁轻合金构件进行制造时，反重力铸造技术有着非常广泛的应用，在具体的应用过程中主要是以低压以及差压为核心，目前已经受到我国制造业的高度重视。反重力铸造技术在使用时可以体现出明显的逆重力方向充型特点，通过液面加压控制系统作用的发挥，合金液能够实现可控充型，在比较高的压力环境下，能够达到一定的凝固状态，在整个形成过程中可以满足一定的平稳性，并且最终所形成的铸件，其结构非常紧密，可以发挥出非常好的使用性能，对于提升复杂薄壁轻合金构件质量有着非常重要的作用。如今，随着我国科学技术水平的不断提升，铸造计算也实现了对计算机技术的充分利用，从而可以满足一定的高效、节能等优势，在整个工矿企业生产中实现了非常广泛的应用。本文主要应用到了模拟仿真技术，对铝合金大型薄壁平板件反重力铸造进行了深入分析。

1.1 低压铸造

针对于低压铸造工艺而言，在实际的应用过程中，主要是将压缩空气填充到具有封闭性的下室中，在压力的影响作用下，坩埚当中的金属液会通过升液管进入到铸型中，当压力处于20KPa～60KPa之间时，可以达到一定的凝固状态。目前在轻合金制备工作中，低压铸造作为一种非常普遍的反重力精密成形技术，已经实现了非常广泛的应用。低压铸造技术可以对压力进行有效调节，从而使金属液流动性实现明显提升，可以为复杂薄壁铸件生产提供非常大的便利。另外，在压力环境下，也能保证铸件达到一定的凝固状态，所以实现非常好的力学性能。

1.2 差压铸造

差压铸造主要指的是金属液在压差作用下，充填到预先有一定压力的铸型当中，在达到充型凝固状态之后，可以得到非常好的铸件工艺技术。通常情况下，可以将差压铸造工艺划分为两种形式，分别为增压法与减压法，增压法主要是可以提升坩埚内的压力，在产生一定的压差之后，可以很好的进行充型。而减压法在应用过程中主要是可以降低密封罩当中的压力，在形成压差之后进行充型。差压铸造工艺在应用过程中，其特点主要体现在了以下几个方面：第一，可以对充型压力以及型腔当中的反压力进行有效调节，可以有效防止低压铸造型腔当中的反压力出现变动现象，可以实现最好的金属液平稳充型速度，从而可以防止金属液出现喷射以及飞溅等现象；
第二，对压差大小进行有效调节，可以对熔体充型能力进行有效调节，最终保证铸件尺寸可以达到非常好的精准性；
第三，通过调节压力差，在一定的压力下，可以保证金属液达到结晶凝固状态，最终所获取到的铸件组织具有较好的密度，同时实现非常好的力学性能。与低压铸造技术相比，差压铸造工艺技术所制备的合金铸件，可以实现非常好的抗拉强度，同时伸长率也能实现明显提升。因此，在对不同合金种类的薄壁复杂铸件进行制备的过程中，使用差压制造工艺可以发挥出非常明显的优势。

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1.3 调压铸造

调压铸造方法主要是在差压铸造研发基础上形成的，属于一种新型薄壁铸件形成技术。在对调压铸造方法进行使用的过程中，可以对薄壁铸件充型能力以及铸件性能起到非常好的调节作用。

采取浇注工艺技术，压力值会对浇铸件质量产生非常大的影响，在对平板铸件所需压力进行计算时，其中铝合金的密度为2.7g/cm

，严格参照重量密度比之间的关系，760mm恭柱相当于铝合金液柱高度，其高度计算为760X13.6÷2.7＝3828mm，也就是100KPa大约为1个标准大气压等于3828mm铝合金业柱。所以，1KPa大约等于38mm铝合金液柱。

在具体的应用过程中，其工艺原理主要体现在了以下两个方面：第一，在同一时间内，对上下室进行抽真空，当型腔处于真空状态下时，对下室与上室之间的压力差进行有效调节，使液态金属沿反重力方向进入到型腔。在充型工作结束之后，对充型压力差进行改善，使铸件凝固环境从真空状态向高压状态发生转变，从而在可调压力下，使铸件能够达到一定的凝固状态。

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本文在具体的研究过程中，主要是应用到了平板结构件，在对浇注系统进行选择时，采用了缝隙式浇注系统，实现低压浇注。平板试验件与浇注系统设计如下图1a所以。在图2b中，分别排列的是6块平板，分别浇注冒口系统与通用冷铁。

针对以上问题的产生，对整个过程进行严格控制，保证冷铁之间的间隙在5mm以下，然后再进行浇注工作。最后，平板之间产生的缺陷，仍然是缩松缺陷。虽然缺陷在类型上具有一定的相似性，但是，缺陷出现的位置与冷铁之间间隙较大时具有明显的差异。在平板当中，缩松缺陷分布具有明显的分散性，主要是分布在了平板上部、下部、立筒侧附近以及立筒侧较远位置等，同时，在冷铁的中心处也可能会分散缩松缺陷。

第一种浪形划分是针对2449点上升的正常回调。2703点运行的是ABC三浪下跌调整结构，C3已经结束于2489点或者是已经结束于2462点了，目前处于C4小微浪的反弹过程当中；
最关键的问题是这里的C5小微浪并不能确认最后会运行到哪里。因为C5小微浪可以是失败的不创新低的，甚至C3-5小浪和C5小浪有时候都很难进行有效的区分清楚。

3.1 冷铁分布产生的影响

在研究过程中采取低压浇注方法，将保压压值设计为35KPa。在对平板件进行浇注的过程中，平板出现了一些问题，主要体现为缩松缺陷，位置主要发生在冷铁比较大的间隙中。针对缺陷出现的位置，对缺陷问题产生的原因进行深入分析。最大冷铁间隙超出30mm，这些位置要低于四周的凝固时间，在凝固阶段中无法实现金属液补充，最终引发缩松缺陷问题的产生。

在对平板铸件进行设计的过程中，将初始厚度设计为20mm，尺寸为576mm×573mm，因为平板铸件的面积比较大，所以在每一块平板当中设置了一条缝隙浇道，其中浇道的直径在67mm左右，浇道的长度为800mm。在对通用冷铁初始厚度进行设计时，将其设置为了15mm。因为典型壁的厚度比较薄，所以在对冒口进行放置时存在一定的难度，所以，可以对缝隙浇道的长度进行延长，从而可以对铸件起到非常好的补缩作用。

结合最终的模拟仿真研究结果进行分析，当铸件厚度平均为20mm，冷铁厚度为15mm时，压差由原本的15KPa上升到20KPa，这时缺陷形成不会出现太大的变化。当压差上升到35KPa时，缺陷形成比较明显。在具体的检验过程中，应用到了压差为20KPa的浇注工艺，从而完成对平板的浇注工作，结合最终的缺陷产生数量来看，明显超出了压差为35KPa时所形成的缺陷数量。由此可以看出，压差对铸件缺陷产生有着很大影响。

为了更好的检验保压压力对铸件缺陷所产生的影响，所以进行了模拟仿真研究工作。结合下表1中的相关内容进行分析，分别体现出了浇注过程中所产生的低压工艺参数，保压增压值为35KPa、20KPa以及15KPa。

3.2 保压增压值的影响

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在对平板进行浇注的过程中，合金液面与铸件型腔顶部的高度差在2344mm以上，要想确保铸件最终能够完全浇注成型，最终所需要的压力在62KPa以上。同时，为了降低铸件内部缺陷问题发生概率，结壳压力需要使用10KPa，保压压力需要35KPa。所以，在对铸件进行浇注的过程中，一共所需要的压力为107KPa，压差的上限最少要达到107KPa。

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调压铸造是以上两种反重力铸造方法的改进技术，不仅能将以上两点工艺的优势作用充分发挥出来，同时还具备自身特点，具体主要体现在了以下几个方面：第一，上室与下室同时抽真空，在负压条件状态下，可以将铸型表面吸附的气体和水分进行有效去除，可以对金属液纯净化起到非常好的效果；
第二，在负压状态下进行充型，可以保证整个充型过程中满足一定的平稳性；
第三，在压力状态下进行凝固，通过这种方式不但可以保证金属液出现回流现象，同时还能为金属液补缩提供非常重要的驱动作用，从而使铸件的紧密程度实现明显提升，最终降低缩松或者是缩孔问题发生概率。通过对调节铸造工艺技术的使用，可以对铸件凝固顺序起到非常重要的强化效果，使最终的补缩效果能够很大的改善，在更大程度上提升铸件的强度与塑性，对拉普拉斯作用进行有效克服，这时铸件微观组织以及性能等能得到非常大的改善，所以，可以促进1mm～5mm厚度的复杂薄壁铸件更好的形成。

3.3 铸件壁厚与冷铁厚度之间的关系

在压差达到35KPa的情况下，对冷铁厚度与铸件厚度对缺陷产生的影响关系进行了深入分析，并在此基础上进行了模拟仿真研究工作，具体如下图2所示。

结合最终的仿真结果来看，在保压压力条件为35KPa的情况下，当铸件厚度或者是冷铁厚度达到一定值时，通过调整冷铁厚度，缺陷形成趋势会非常明显，两者之间存在互相匹配的关系。另外，在冷铁之间间隙比较大的情况下，铸件相应位置会产生非常明显的缺陷倾向，与实际浇注结果相适应。在实际的浇注过程中，结合最终的拍片结果来看，未放置冷铁厚度20mm平板拍片合格，剩余都不合格。

当铸件的厚度为20mm时，冷铁厚度由原本的15mm下降到10mm，然后在取消冷铁，通过这种方式可以降低铸件出现缩松问题发生概率。当冷铁厚度达到10mm时，铸件厚度由原本的12mm上升到20mm，或者是当冷铁的厚度为15mm时，铸件的厚度由16mm上升到20mm，通过这种方式可以降低铸件缩松问题发生概率，以上结果与最终模拟仿真结果相同。

3.4 缺陷形成分析

针对铸件所产生的缩松缺陷问题，将缺陷所产生的位置进行打开，可以看出缩松缺陷在厚度方向都分布在了远离冷铁的一边，深度大概为11mm。

因为受到冷铁激冷作用的影响，当合金液发生凝固时，与冷铁比较靠近的一边会先出现凝固状态，与冷铁比较远的一边会凝固时间比较晚。在整个凝固阶段中，补缩通道会逐渐变窄，因此，只有补充压力在较高的状态下，才能实现补缩效果。如果是在补缩压力不够的情况下，经常会出现缩松缺陷问题。当保压增压值比较充足时，可以很好的实现补缩效果。在补缩压力一定的情况下，通过增加冷铁的厚度或者是降低铸件厚度，可以使补缩通道变窄，这时缺陷形成的概率就会增加。由此可以看出，铸件厚度、冷铁厚度以及保压压力会对铸件缺陷形成原因铸件有着很大的影响，所以，需要站在整体角度上进行充分考虑。另外，在对平板件进行研制的过程中，如果没有放置冷铁时，会与铝合金舱体以及支架等结构铸件合理研制有着明显的差异，需要进一步加强相应的研究工作。

综上所述，针对于平板铸件缺陷形成的原因，冷铁分布有着较大的影响，在冷铁之间缝隙比较大的情况下，间隙位置很容易出现缩松缺陷问题。其次，增压保压值会对铸件缺陷产生很大影响，在增压保压值比较低的情况下，很难实现缩松缺陷问题的补缩，增大保压值可以降低缺陷形成概率，在面对典型铸件时，增压保压值需要超出一定的数值。在增压保压值一定的情况下，铸件厚度与冷铁厚度会对铸件缺陷形成产生非常大的影响。当铸件厚度或者是冷铁厚度一定的情况下，可以降低冷铁的厚度，或者是增加铸件的厚度，通过这种方式可以有效降低铸件缩松缺陷问题形成概率。目前，在铝合金大型薄壁平板件铸件过程中，反重力铸件技术已经实现了非常广泛的应用，与传统的铸造技术相比，整个充型过程可以满足一定的平稳性，同时可以达到非常好的可控效果，对于最终所产生的成品，可以发挥出非常好的使用性能，同时铸件的结构更加紧密，力学性能能够因此有明显的提升。未来，应该进一步加强对高温合金大型薄壁复杂铸造技术的研究工作，从而使该技术可以迎来新的发展前景。

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