铝合金电磁低压铸造工艺试验及应用

作者:徐宏;杨晶;党惊知 刊名:特种铸造及有色合金 上传者:韩大跃

【摘要】研究了铝合金电磁低压铸造工艺参数关系及控制方法;通过试验及数学分析研究确定了电磁驱动力与电流、流量与电流之间的关系及计算模型,并进行了电磁低压铸造和气压低压铸造实际铸件性能对比。结果表明,电磁低压铸造的流量大小与电极电流成线性关系;并且当电极电流一定时,随出液口高度增加,流量减小,电磁低压铸造生产的铸件性能得到明显提高;电磁低压铸造方法比传统气压低压铸造控制过程更精确。

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电磁低压铸造具有液体传输平稳、流速流量连续可调、避免铝合金液氧化和易于实现自动化等优点[1~3]。采用以电磁力升液为工艺技术核心的低压铸造技术可以克服传统气压式低压铸造工艺的缺点[4,5]。电磁低压铸造主要工艺参数(电磁驱动力、流量),对于铸件的质量有很大的影响。充型速度太快,合金液进入型腔时势必出现冲击喷溅和翻腾现象,造成铸件有氧化夹杂和气孔缺陷;反之则有可能使铸件产生冷隔和浇不足等缺陷。电磁低压铸造的电磁驱动力和流量大小是通过电场和磁场的共同作用而实现的[6~8],因而对外加电场及磁场与金属液流量及所产生的压力之间的关系及控制方法直接决定了该技术执行铸造工艺的准确性。1电磁驱动力测定试验及结果分析电磁驱动力p是电磁泵建立压力的重要工艺参数,试验原理见图1。坩埚、电磁泵及升液管形成一个连通器,里面充满了铝液,当电磁泵工作时,升液管铝液升高。随着电磁泵的工作电流Ie的变化,表征电磁泵驱动力p的铝液净升高度H发生变化,根据铝液的图1泵高测量试验原理结构图密度折算铝液升高430mm,相当于001013MPa,因此就以测量实际铝液净升高度H来实现对电磁泵驱动力的测量,二者的差别仅是物理意义上的系数之差,即H=p/g。测量方法为先测量升液管上端到坩埚中液面的高度H总,再每一次测量升液管上端到升液管内液面的高度H测,则H=H总-H测。该试验首先通过设定一固定的激磁电流Im得到磁感应强度B=135mT,然后逐点调整流过液态金属的电极电流Ie,测得对应的铝液净升高高度H;然后分别设定磁感应强度B为200、254、302mT时,重复上述试验。图2为在不同磁感应强度B下,电极电流Ie与铝液净升高高度H和电磁泵的驱动力p的关系曲线。由图2可见:当磁感应强度B一定时,电磁泵的驱动力(输出压力)p与流过液态金属的电流Ie成正比,完全是线性关系。当流过液态金属的电流Ie一定时,电磁泵的驱动力p随磁感应强度B增加而增加,且基本符合线性关系。图2Ie与和p的关系曲线2流量测定试验及结果分析电磁泵流量试验装置原理结构见图3,在升液管上方出液口距离坩埚内液面的高度H1分别为275、545、745、1045mm。由于无法直接测量高温铝液的流速,就采用电磁泵工作10s时流出的总量计算出平均流量,该方法虽然不能完全表达出电磁泵的瞬时流量,但所得结果对实际应用还是很有意义的。试验所得到的数据见表1,由于出液口高度H1较高时,对应的电极电流Ie所产生的驱动力p低于出液口,无流量可言,所以有些数据空缺。图3流量测量试验原理图表1不同电极电流和出液口高度下的流量Qkgs-1电极电流Ie/A出液口高度H1/mm27554574510453000.42---4000.680.26--5000.860.55--6001.060.750.245-7001.220.920.45-8001.331.120.830.159001.481.251.020.5110001.641.401.180.7711001.781.541.340.95图4是对应于不同的出液口高度H1时,流量Q与电极电流Ie的关系。从图4中可以看出4条曲线斜率基本相同,在同一个出液口高度下,流量Q与电极电流Ie成线性关系;当电极电流Ie一定时,随出液口高度H1增加,电磁泵的流量Q减小。在不同的出液口高度H1下要想得到所需要的流量Q(即在低压铸造充型过程中,对应于铸型中不同液面高度需要的流量),可通过改变电极电流Ie来实现。图4不同出液口高度下的Ie-Q关系曲线3流量计算数学模型的建立[9]由流量与电流的关系曲线图4可以看出,4条关系曲线斜率

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