铝合金低压铸造机操作_铝合金电磁泵低压铸造技术

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铝合金电磁泵低压铸造技术
党惊知 杨晶 程军
（华北工学院材料工程系， 山西太原， #% ） # #4 $

摘要

根据电磁泵原理开发了由电磁泵和保温炉组成的铝合金低压铸造装置， 通过大量实验确定

了流量、 泵高与其影响因素的关系， 并获得了可对该低压铸造装置铸造过程进行自动控制的数学模型， 在自动控制下利用该装置进行实际浇注， 效果良好。 关键词 机械制造工艺与设备； 铝合金； 电磁泵； 低压铸造； 流量； 泵高； 控制 中图分类号 ( ! 5"

电磁泵是一种可输送导电流体的装置。用电磁 泵和保温炉组成的铝合金低压铸造装置与传统的气 压式铝合金低压铸造系统相比， 具有充型过程平稳， 流量连续、 精确可调； 连续生产过程中铝液吸气量 少， 铸件质量好等优点。 目前美国、 英国、 法国及前苏联等国家掌握该项 技术， 尤其是西方发达国家已达到了实用化程度。 前苏联国家科学院成功地采用电磁泵充型的低压铸 造系统生产铝合金导弹罩壳； 英国 ’6 / :公司发 /7 8 9 明的 以 电 磁 泵 传 输、 型 为 核 心 技 术 的 ’6 / : 充 /7 8 9 用于生产一级方程式赛车的发动机缸 ;/= 工艺， 8<6 6 体、 缸盖； 美国福特汽车公司某铸造厂全部采用电磁 泵低压铸造系统， 并实行自动化控制， 年产$#多万 # 件缸盖， 成品率稳定在> ? 以上； ! 年的生产实 近 # # 际表明，; 法工艺在汽油发动机的缸体、 缸盖、 进排 ’ 气管等零部件的铸造生产上处于世界领先地位。今 后的几年， 乃至十几年， 电磁泵充型的低压铸造方法 将会进入一个大的发展时期。

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式中， 垂直于磁感应强度和金属液体流动方向上 " & 的电流密度；’ 垂直于电流和金属液体流动方向上 ! 的磁感应强度； 处于磁隙间的金属液体长度。 %

图44 电磁泵原理图 1 BD44 ; E F / = < / 2E9 F @ C 11 8 < 0 G 0 9 @ D=< H F C C= =8 C

" 电磁泵低压铸造装置及控制方法
根据上述原理， 在对国外电磁泵低压铸造设备
［ 综合分析的基础上 $］ 设计制造了电磁泵低压铸造 ，

! 电磁泵原理
电磁泵的原理是通入电流的导电流体在磁场中 受到洛仑兹力的作用， 使其定向移动，， 如图 4 4 所 1
［ 示 4］ 。其主要参数是电磁铁磁场间隙的磁感应强

装置如图!4所示。该装置核心技术是电磁泵头的 1 设计制造， 该装置最大流量为 4% D6 最大泵高为 I J／ ， 4K I @1 利用该装置进行低压铸造试验发现， 当电磁泵 磁铁线圈的励磁电流一定时， 即磁感应强度 ! 一定

度! （单位 (） 和流过液态金属的电流密度 " （单位 ／ @ 1 — & @ !）它们与电磁泵的主要技术性能指标—— ［ ］ !： 压头 ! ） （ # 间存在如下关系
!# 年4 月收稿， # 年$月定稿。 #! ! ! $ #

第 !期

铝合金电磁泵低压铸造技术

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（ "） 将 !< 式代入 !! 式得 （ "）
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（ &） != 根据 !# 式、 " ） （ "） （ = 式可以用计算机方便地控制电 ! 极电流达到控制泵高和流量， 正确地执行低压铸造 工艺。
图!# 电磁泵低压铸造装置 " $&!# ’ )*, ., 0 %& , . % % "" ( + -+ /- 2 - *) 3 1 1 1 1, 4 1 5 &,/ . * 3 , / ( 021 * 5 ,+ %

时， 电磁泵的泵高 ! 与电极电流" 有关， 电磁泵的 流量 # 与电极电流" 及出液口距保温炉铝液液面 传统的低压铸造过程是 的高度$ 有关。众所周知， 通过正确控制通入保温炉的气体压力和流量来完成 充型、 保压从而获得合格铸件。对于电磁泵低压铸 造装置， 要根据低压铸造工艺完成铸造过程， 则必须 正确控制电极电流， 所以必须获得泵高、 流量与电流 的关系。通过大量实验获得了电磁泵的泵高 ! 与 电极电流" 的关系如图 !! 所示。由图可见， 电磁 6 经回归其关 泵的泵高 7 与电极电流" 呈正比关系， 系为
图!A 流量与净压头的关系 " $&!A 84%23 ,), ; )/*/ D % "" , 1 -% 1 ,2 4 00 1 0 ( *9 ( % 0:21 + -+ ,: 2 , *, .,30 -

! 应用情况
利用自行开发的电磁泵低压铸造设备进行了铝 合金铸件的实际浇注， 其铸造过程包括电磁泵充型 及保压， 与传统的气压式铝合金低压铸造系统相比， 克服了传统低压铸造系统充型过程升液管内液面的 波动和由于通入压缩空气造成铝液吸气及充型过程 控制精度低等缺点， 具有充型过程平稳， 流量连续、 精确可调， 连续生产过程中铝液吸气量少， 铸件质量 好等优点。图 A # 为微型车四缸发动机缸盖铸件 " （重# E ） 铸 造 工 艺 为 充 型 时 间 B ， 压 时 间 。 !& -保

图!! 电流与泵高的关系 " $&!! 84%23 ,), 4 1/ . ,1 2 41 % "" , 1 -% 1 ,2, / % /+ 2 0:% 0 ( *9 ,+ + ;

无表面缺陷， 剖开后剖面 ! %， 52 所得铸件外型完整， 上组织均匀， 无气孔、 夹渣及缩孔缩松缺陷， 铸件质 量满足要求。另外还用该设备生产了涡轮增压器叶

（ &） ! %#<>= ’! & @ & = " =< ? !# 电磁泵的流量 # 与净压头 ! 的关系如图 ! A 所 ! " 示， 经回归其关系为 & > ! & ? # %’B ’> ! !)>>!! ! )>>?! ( C! （ &） !! （ "） ! !! 式中的净压头 ! 等于泵高! 与出液口距保 见 !A 式。 温炉铝液液面的高度$ 的差，（ "） （ &） ! ! % ! ’$ !A 将 !# 式代入 !A 式得 （ "） （ "） & = " =< ? ! !< ! %#<>= ’! & @’$ （ &）

图A# 微型车四缸发动机缸盖铸件 " $&A# F100 52 5/- 2 % "" / 44 %. 0 %& . . 1

’( ( 轮、 导弹罩壳等， 获得了同样效果。

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第’ 卷 D

质量好等优点。 参 考 文 献
北京：科 ! 中国科学院力学研究所电磁泵小组"液态金属电磁泵" 学出版社， ## % ! !$ " ! & ’ 赵凯华"电磁学"高等教育出版社， #& ( ! # !( " ) ( % *,/ 2 " -78 7/+1 / .:; < < >6 ?=.: 3 = +. 134 56 .6 - 3 918 . ,= +0 =@ 11 7 -0 , , 8 , 6@0= 9 + /8, 016= A , 8 B18 + C 0 8 ， 8= - , 7 :=9>= 0 " = -/@ / .: ? 2/ = =0 . 1 / , . （ !# ， )$ #D ! ）

! 结论
电磁泵低压铸造设备与传统的气压式铝合金低 压铸造系统相比， 克服了后者充型过程升液管内液 面的波动和由于通入压缩空气造成铝液吸气及充型 过程控制精度低等缺点， 具有充型过程平稳， 流量连 续、 精确可调； 连续生产过程中铝液吸气量少， 铸件

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