鋁合金大型薄壁平板件反重力鑄造技術研究

在對高冶金品質復雜的薄壁輕合金構件進行制造時，反重力鑄造技術有著非常廣泛的應用，在具體的應用過程中主要是以低壓以及差壓為核心，目前已經受到我國制造業的高度重視。反重力鑄造技術在使用時可以體現出明顯的逆重力方向充型特點，通過液面加壓控制系統作用的發揮，合金液能夠實現可控充型，在比較高的壓力環境下，能夠達到一定的凝固狀態，在整個形成過程中可以滿足一定的平穩性，并且最終所形成的鑄件，其結構非常緊密，可以發揮出非常好的使用性能，對于提升復雜薄壁輕合金構件質量有著非常重要的作用。如今，隨著我國科學技術水平的不斷提升，鑄造計算也實現了對計算機技術的充分利用，從而可以滿足一定的高效、節能等優勢，在整個工礦企業生產中實現了非常廣泛的應用。本文主要應用到了模擬仿真技術，對鋁合金大型薄壁平板件反重力鑄造進行了深入分析。

1 現有反重力鑄造工藝技術與特點

1.1 低壓鑄造

針對于低壓鑄造工藝而言，在實際的應用過程中，主要是將壓縮空氣填充到具有封閉性的下室中，在壓力的影響作用下，坩堝當中的金屬液會通過升液管進入到鑄型中，當壓力處于20KPa～60KPa之間時，可以達到一定的凝固狀態。目前在輕合金制備工作中，低壓鑄造作為一種非常普遍的反重力精密成形技術，已經實現了非常廣泛的應用。低壓鑄造技術可以對壓力進行有效調節，從而使金屬液流動性實現明顯提升，可以為復雜薄壁鑄件生產提供非常大的便利。另外，在壓力環境下，也能保證鑄件達到一定的凝固狀態，所以實現非常好的力學性能。

1.2 差壓鑄造

差壓鑄造主要指的是金屬液在壓差作用下，充填到預先有一定壓力的鑄型當中，在達到充型凝固狀態之后，可以得到非常好的鑄件工藝技術。通常情況下，可以將差壓鑄造工藝劃分為兩種形式，分別為增壓法與減壓法，增壓法主要是可以提升坩堝內的壓力，在產生一定的壓差之后，可以很好的進行充型。而減壓法在應用過程中主要是可以降低密封罩當中的壓力，在形成壓差之后進行充型。差壓鑄造工藝在應用過程中，其特點主要體現在了以下幾個方面：第一，可以對充型壓力以及型腔當中的反壓力進行有效調節，可以有效防止低壓鑄造型腔當中的反壓力出現變動現象，可以實現最好的金屬液平穩充型速度，從而可以防止金屬液出現噴射以及飛濺等現象；第二，對壓差大小進行有效調節，可以對熔體充型能力進行有效調節，最終保證鑄件尺寸可以達到非常好的精準性；第三，通過調節壓力差，在一定的壓力下，可以保證金屬液達到結晶凝固狀態，最終所獲取到的鑄件組織具有較好的密度，同時實現非常好的力學性能。與低壓鑄造技術相比，差壓鑄造工藝技術所制備的合金鑄件，可以實現非常好的抗拉強度，同時伸長率也能實現明顯提升。因此，在對不同合金種類的薄壁復雜鑄件進行制備的過程中，使用差壓制造工藝可以發揮出非常明顯的優勢。

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1.3 調壓鑄造

調壓鑄造方法主要是在差壓鑄造研發基礎上形成的，屬于一種新型薄壁鑄件形成技術。在對調壓鑄造方法進行使用的過程中，可以對薄壁鑄件充型能力以及鑄件性能起到非常好的調節作用。

采取澆注工藝技術，壓力值會對澆鑄件質量產生非常大的影響，在對平板鑄件所需壓力進行計算時，其中鋁合金的密度為2.7g/cm

，嚴格參照重量密度比之間的關系，760mm恭柱相當于鋁合金液柱高度，其高度計算為760X13.6÷2.7＝3828mm，也就是100KPa大約為1個標準大氣壓等于3828mm鋁合金業柱。所以，1KPa大約等于38mm鋁合金液柱。

在具體的應用過程中，其工藝原理主要體現在了以下兩個方面：第一，在同一時間內，對上下室進行抽真空，當型腔處于真空狀態下時，對下室與上室之間的壓力差進行有效調節，使液態金屬沿反重力方向進入到型腔。在充型工作結束之后，對充型壓力差進行改善，使鑄件凝固環境從真空狀態向高壓狀態發生轉變，從而在可調壓力下，使鑄件能夠達到一定的凝固狀態。

基因位于Y染色體的非同源區段上，其遺傳特點為僅雄性個體會表現出相應的性狀，而雌性個體不會表現出相應的性狀。上述情況很容易判斷出，各類型考試中鮮有考查。

2 研究方法

本文在具體的研究過程中，主要是應用到了平板結構件，在對澆注系統進行選擇時，采用了縫隙式澆注系統，實現低壓澆注。平板試驗件與澆注系統設計如下圖1a所以。在圖2b中，分別排列的是6塊平板，分別澆注冒口系統與通用冷鐵。

針對以上問題的產生，對整個過程進行嚴格控制，保證冷鐵之間的間隙在5mm以下，然后再進行澆注工作。最后，平板之間產生的缺陷，仍然是縮松缺陷。雖然缺陷在類型上具有一定的相似性，但是，缺陷出現的位置與冷鐵之間間隙較大時具有明顯的差異。在平板當中，縮松缺陷分布具有明顯的分散性，主要是分布在了平板上部、下部、立筒側附近以及立筒側較遠位置等，同時，在冷鐵的中心處也可能會分散縮松缺陷。

第一種浪形劃分是針對2449點上升的正常回調。2703點運行的是ABC三浪下跌調整結構，C3已經結束于2489點或者是已經結束于2462點了，目前處于C4小微浪的反彈過程當中；最關鍵的問題是這里的C5小微浪并不能確認最后會運行到哪里。因為C5小微浪可以是失敗的不創新低的，甚至C3-5小浪和C5小浪有時候都很難進行有效的區分清楚。

3 結果與討論

3.1 冷鐵分布產生的影響

在研究過程中采取低壓澆注方法，將保壓壓值設計為35KPa。在對平板件進行澆注的過程中，平板出現了一些問題，主要體現為縮松缺陷，位置主要發生在冷鐵比較大的間隙中。針對缺陷出現的位置，對缺陷問題產生的原因進行深入分析。最大冷鐵間隙超出30mm，這些位置要低于四周的凝固時間，在凝固階段中無法實現金屬液補充，最終引發縮松缺陷問題的產生。

在對平板鑄件進行設計的過程中，將初始厚度設計為20mm，尺寸為576mm×573mm，因為平板鑄件的面積比較大，所以在每一塊平板當中設置了一條縫隙澆道，其中澆道的直徑在67mm左右，澆道的長度為800mm。在對通用冷鐵初始厚度進行設計時，將其設置為了15mm。因為典型壁的厚度比較薄，所以在對冒口進行放置時存在一定的難度，所以，可以對縫隙澆道的長度進行延長，從而可以對鑄件起到非常好的補縮作用。

結合最終的模擬仿真研究結果進行分析，當鑄件厚度平均為20mm，冷鐵厚度為15mm時，壓差由原本的15KPa上升到20KPa，這時缺陷形成不會出現太大的變化。當壓差上升到35KPa時，缺陷形成比較明顯。在具體的檢驗過程中，應用到了壓差為20KPa的澆注工藝，從而完成對平板的澆注工作，結合最終的缺陷產生數量來看，明顯超出了壓差為35KPa時所形成的缺陷數量。由此可以看出，壓差對鑄件缺陷產生有著很大影響。

為了更好的檢驗保壓壓力對鑄件缺陷所產生的影響，所以進行了模擬仿真研究工作。結合下表1中的相關內容進行分析，分別體現出了澆注過程中所產生的低壓工藝參數，保壓增壓值為35KPa、20KPa以及15KPa。

3.2 保壓增壓值的影響

除此之外，在一些建設規模比較大的高速公路工程當中，通過設立中心試驗室，能夠幫助工程管理人員更加全面的掌握各項原材料的使用情況，通過有效分析中心試驗室提供的各項數據，優化高速公路工程施工工藝，進一步提升工程的整體施工管理水平。為了保證高速公路工程中的中心試驗室得到更好的構建，相關試驗人員要明確各項試驗流程，針對工程試驗室設立過程中存在的問題，制定科學的解決對策，不斷提升高速公路工程中心試驗室建設水平。

在對平板進行澆注的過程中，合金液面與鑄件型腔頂部的高度差在2344mm以上，要想確保鑄件最終能夠完全澆注成型，最終所需要的壓力在62KPa以上。同時，為了降低鑄件內部缺陷問題發生概率，結殼壓力需要使用10KPa，保壓壓力需要35KPa。所以，在對鑄件進行澆注的過程中，一共所需要的壓力為107KPa，壓差的上限最少要達到107KPa。

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調壓鑄造是以上兩種反重力鑄造方法的改進技術，不僅能將以上兩點工藝的優勢作用充分發揮出來，同時還具備自身特點，具體主要體現在了以下幾個方面：第一，上室與下室同時抽真空，在負壓條件狀態下，可以將鑄型表面吸附的氣體和水分進行有效去除，可以對金屬液純凈化起到非常好的效果；第二，在負壓狀態下進行充型，可以保證整個充型過程中滿足一定的平穩性；第三，在壓力狀態下進行凝固，通過這種方式不但可以保證金屬液出現回流現象，同時還能為金屬液補縮提供非常重要的驅動作用，從而使鑄件的緊密程度實現明顯提升，最終降低縮松或者是縮孔問題發生概率。通過對調節鑄造工藝技術的使用，可以對鑄件凝固順序起到非常重要的強化效果，使最終的補縮效果能夠很大的改善，在更大程度上提升鑄件的強度與塑性，對拉普拉斯作用進行有效克服，這時鑄件微觀組織以及性能等能得到非常大的改善，所以，可以促進1mm～5mm厚度的復雜薄壁鑄件更好的形成。

3.3 鑄件壁厚與冷鐵厚度之間的關系

在壓差達到35KPa的情況下，對冷鐵厚度與鑄件厚度對缺陷產生的影響關系進行了深入分析，并在此基礎上進行了模擬仿真研究工作，具體如下圖2所示。

結合最終的仿真結果來看，在保壓壓力條件為35KPa的情況下，當鑄件厚度或者是冷鐵厚度達到一定值時，通過調整冷鐵厚度，缺陷形成趨勢會非常明顯，兩者之間存在互相匹配的關系。另外，在冷鐵之間間隙比較大的情況下，鑄件相應位置會產生非常明顯的缺陷傾向，與實際澆注結果相適應。在實際的澆注過程中，結合最終的拍片結果來看，未放置冷鐵厚度20mm平板拍片合格，剩余都不合格。

當鑄件的厚度為20mm時，冷鐵厚度由原本的15mm下降到10mm，然后在取消冷鐵，通過這種方式可以降低鑄件出現縮松問題發生概率。當冷鐵厚度達到10mm時，鑄件厚度由原本的12mm上升到20mm，或者是當冷鐵的厚度為15mm時，鑄件的厚度由16mm上升到20mm，通過這種方式可以降低鑄件縮松問題發生概率，以上結果與最終模擬仿真結果相同。

3.4 缺陷形成分析

針對鑄件所產生的縮松缺陷問題，將缺陷所產生的位置進行打開，可以看出縮松缺陷在厚度方向都分布在了遠離冷鐵的一邊，深度大概為11mm。

因為受到冷鐵激冷作用的影響，當合金液發生凝固時，與冷鐵比較靠近的一邊會先出現凝固狀態，與冷鐵比較遠的一邊會凝固時間比較晚。在整個凝固階段中，補縮通道會逐漸變窄，因此，只有補充壓力在較高的狀態下，才能實現補縮效果。如果是在補縮壓力不夠的情況下，經常會出現縮松缺陷問題。當保壓增壓值比較充足時，可以很好的實現補縮效果。在補縮壓力一定的情況下，通過增加冷鐵的厚度或者是降低鑄件厚度，可以使補縮通道變窄，這時缺陷形成的概率就會增加。由此可以看出，鑄件厚度、冷鐵厚度以及保壓壓力會對鑄件缺陷形成原因鑄件有著很大的影響，所以，需要站在整體角度上進行充分考慮。另外，在對平板件進行研制的過程中，如果沒有放置冷鐵時，會與鋁合金艙體以及支架等結構鑄件合理研制有著明顯的差異，需要進一步加強相應的研究工作。

4 結語

綜上所述，針對于平板鑄件缺陷形成的原因，冷鐵分布有著較大的影響，在冷鐵之間縫隙比較大的情況下，間隙位置很容易出現縮松缺陷問題。其次，增壓保壓值會對鑄件缺陷產生很大影響，在增壓保壓值比較低的情況下，很難實現縮松缺陷問題的補縮，增大保壓值可以降低缺陷形成概率，在面對典型鑄件時，增壓保壓值需要超出一定的數值。在增壓保壓值一定的情況下，鑄件厚度與冷鐵厚度會對鑄件缺陷形成產生非常大的影響。當鑄件厚度或者是冷鐵厚度一定的情況下，可以降低冷鐵的厚度，或者是增加鑄件的厚度，通過這種方式可以有效降低鑄件縮松缺陷問題形成概率。目前，在鋁合金大型薄壁平板件鑄件過程中，反重力鑄件技術已經實現了非常廣泛的應用，與傳統的鑄造技術相比，整個充型過程可以滿足一定的平穩性，同時可以達到非常好的可控效果，對于最終所產生的成品，可以發揮出非常好的使用性能，同時鑄件的結構更加緊密，力學性能能夠因此有明顯的提升。未來，應該進一步加強對高溫合金大型薄壁復雜鑄造技術的研究工作，從而使該技術可以迎來新的發展前景。

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