一、差壓鑄造技術特點
（1）差壓鑄造，又稱反壓鑄造，壓差鑄造，是一種壓力下充型和凝團結晶的鑄造工藝方法，兼有低壓鑄造和壓力釜鑄造的特點
它是在低壓鑄造的基礎上，鑄型外罩個密封罩，同時向坩堝和罩內通人壓繽空氣，但坩堝內的壓力略高，將坩堝內的金屬液在壓力差的作用下經升液管充填鑄型，並在壓力下結晶。它是低壓鑄造與壓力釜鑄造兩種鑄造方法的結合。
（2）差壓鑄造的特點之一就是澆注系統與位於鑄型下方的升液管直接相連，充型時液態金屬從內澆口引入，由下布上地充填鑄型，凝固過程中升液管中炙熱的金屬液由澆注系統向鑄件提供補縮。因此，通常情況下，實現“自上而下的順序凝固”方式是歷來公認的差壓鑄造原則。充型凝固時，鑄件縱向溫度分佈正好有利於反重力鑄造的金屬液充填和補縮。因此，在凝固過程中，鑄件底部到頂部溫度分佈的趨勢是由高到低。
二、推廣用差壓鑄造技術生產汽車連桿叉的意義
（1）充型金屬液質量好，重力鑄造是從上而下將金屬液倒入型腔，故而浮在液面上的夾雜物極易捲入型腔形成夾縫。而差壓鑄造相反，它是將吸液管深深地插入熔爐的底部，採用底注式澆注系統，在壓力的作用下，底部的優質金屬液平穩地進入型腔，減少了夾渣形成的機會。
（2）充型平穩 由於差壓鑄造機的可控性，澆注速度，也就是進氣速度也是可控的。按流體力學計算出產生紊流的最小速度，也就得到了液體金屬保證層流的最大速度。金屬液可以相對平穩地進入鑄型，極大地避免了重力鑄造條件下所產生的衝擊、渦流和紊流。
（3）鑄件的組織緻密 一般鑄件的實際凝固狀態都是介於同時凝固和順序凝固之間，因而或多或少地在凝固后都存在疏鬆組織，在自由澆注條件下，由於外界壓力小，疏鬆組織大量存在，在差壓條件下，由於壓力的存在（P1>0.1MPa），金屬的補縮能力增強，因而組織緻密度高。
（4）可獲得薄壁鑄件 同樣是由於壓力場的存在，金屬的充型能力得到增強，又由於壓差（△p）是可控的，就可以通過採用增壓方式來提高充型能力，生產出薄壁鑄件。
（5）可減少鑄件的針孔缺陷 除真空條件外，一般金屬液中都溶有一定數量的氣體，其中以氫居多。它們以H原子的形式存在，當溫度降低，也就是鑄件凝固時，H原子的溶解度降低。並以分子態H2形式析出，於是就形成針孔缺陷。對差壓鑄造來講，由於在壓力下結晶，H原子溶解度增大，再加上高壓下金屬液凝固速度提高，H2不易析出，從而減少了針孔缺陷。
（6）可改善鑄件的表面質量 差壓鑄造可以得到表面光潔度高的鑄件。鑄件除了要精確複製模具的的幾何形狀外，還必須具有光潔的表面。鑄件的表面光潔度和熔體、模具、氣體之間發生的一系列複雜的物理化學反應密切相關。
（7）可減少鑄件的熱裂傾向 差壓鑄造有極強的補縮能力，可以及時充填出現的縮孔及裂紋，在一定程度上消除了熱裂的隱患。尤其是對於大型複雜鑄件，這一優點顯得更為重要。
（8）整體結構穩定性好，修正性度高
施以恆力負荷預緊，可使汽車連桿叉精度高。剛性好，更好提高工作效率。
三、差壓鑄造生產技術目前的基本情況和發展趨勢
根據作用在液態金屬上的壓力來源，差壓鑄造可以分為三類：氣壓式差壓鑄造、重力式差壓鑄造和活塞式差壓鑄造。
1、氣壓式差壓鑄造
氣壓式差壓鑄造分為增壓式和減壓式兩種方式。氣壓式差壓鑄造示意圖如圖所示。
（1）減壓式差壓鑄造 在工作循環開始前，由保溫爐1、開液管（澆注管）2、模具3和模具室罩4組成一個密閉系統。由壓力罐R通人的氣體在密閉系統中產生壓力P1。這是差壓鑄造工藝的一個關鍵特徵。
在可控壓力差△P＝P1－P2的作用下，保溫爐中的金屬熔體以一定速率通過升入管2充型模具3.在充型過程中，金屬熔體表面平穩上升，因此，不會發生熔體與加壓氣
體相混合的現象。
在充型模具的整個時段內，始終存在一個壓力作用於熔體表面。一方面，該壓力使熔體和模具型壁完全貼合，另一方面，防止溶於熔體的氣體的逸出。
在凝固和結晶的過程中，壓力差△P始終保持，直至完全凝固為止。
（2）增壓力式差壓鑄造 在工作循環開始前，由保溫爐1、澆注管 2、模具 3和模具室罩4組成一個密閉系統。由壓力罐R通人的氣體在密閉系統中產生壓力P1。
關閉閥a和閥c，通過b繼續通入氣體，使保溫爐1中的壓力p1增加，和模具3及模具室罩4中的壓力形成壓力差。
在可控壓力差△P＝p1-p2的作用下，保溫爐中的金屬熔體以一定速率通過升液管2充型模具3。
在充型模具的整個埋伏內，始終存在一個壓力作用於熔體表面。在凝固和結晶過程中，壓力差△P始終保持，直至完全凝固為止。
2、重力式差壓鑄造
重力式差壓鑄造示意圖如圖所示。
在上圖中（a）所示的初始位置，裝有金屬熔體的容器1和模具2處於相同壓力P作用下。將整個系統旋轉至上圖（b）所示的位置。在恆壓p1下，容器中的金屬熔體在重力作用下通過連接管3進入模具2型腔中。
通過對閥a、b和c進行操作，可調節模具腔室內的壓力，從而控制鑄造速度。在此情況下，壓力差可以表示為：
△P＝rH+p1-p2
式中 r——熔體密度；
H—爐內熔體表現與模具內熔體表面間的高度差；
P1——作用於容器內熔體表面的壓力；
P2——模具內熔表面的壓力。
3、活塞式差壓鑄造
活塞式差壓鑄造示意圖如下圖所示。
活塞式差壓鑄造通過一個活塞使熔融金屬進入模具型腔。活塞3直接作用在金屬熔體1上。在充型過程中，反壓p2可保持恆定或按預設值進行變化。模具室2中的金屬熔體1中的壓力P1之間的差△P可以進行控制。
利用差壓鑄造技術生產汽車連桿叉能使該鑄件增加其穩定性，剛性更大地發揮其工作效率，其發展推廣前途極為可觀。
四、差壓鑄造在生產汽車連桿叉中的應用技術
（一）鑄件工藝設計參數的選擇
1、壁厚
差壓鑄件結構設計時，應使鑄件具有合適的壁厚，以保證鑄件的成形能力和力學性能，提高鑄造的生產效率。
鑄件各部分壁厚相差過大，在厚壁處會形成鑄造熱節，凝固收縮時易形成縮孔和疏鬆等鑄造缺陷。
連接處產生裂紋［見下圖(a)］。如果鑄件壁厚均勻，可以防止產生上述缺陷［見下圖（b）、(c)］。
鑄件壁厚的均勻性設計，必須將鑄件的加工余量考慮在內。因為有時不包括加工余量前，壁厚比較均勻，但包括加工余量后，由於壁厚增加，鑄造熱節處加大。
對於壁厚均勻的鑄件，通過調整壁厚可以實現向澆口方向的順序凝固。如：待加工表面可採取增加加工余量的方法，非加工表面可採取增加工藝余量的辦法，使鑄件壁厚沿著向澆道方向逐漸增加。
在相同的差壓鑄造條件下，由於各種合金的流動性不同，所以能鑄造出鑄件的最小壁厚也不相同。如果所設計鑄件的壁厚小於鑄件的最小壁厚，結果會產生澆不足和冷隔等鑄造缺陷。鑄件的最小壁厚主要取決於合金種類、鑄件結構和尺寸大小。通常鑄造條件下鑄件的最小壁厚如表1－1所示。
表1－1 通常鑄造條件下鑄件的最小壁厚
| 鑄件尺寸 | 鑄鋼 | 灰口鑄鐵 | 球墨鑄鐵 | 可鍛鑄鐵 | 鋁合金 | 銅合金 |
| <200×200 | 8 | 4～6 | 6 | 5 | 3 | 3～5 |
| 200×200～ 500×500 | 10—12 | 6～10 | 12 | 8 | 4 | 6～8 |
| >500×500 | 15—20 | 15～20 | — | — | 6 | — |
如有特殊要求，通過改善鑄造條件可使灰口鑄鐵的最小壁厚降至3mm。
設計鑄件厚度時，還必須考慮到厚大斷面的強度並非按截面積成比例也增加，尤其是灰口鑄鐵更為明顯。鑄件的內壁厚度應比外壁厚度小，筋的厚度就龍納壁厚度小。
2、尺寸公差
（1）鑄件基本尺寸 鑄件圖樣上給定的尺寸，含機械加工余量（見以下圖。
圖樣上的標註
鑄件的極限尺寸
機械加工余量與鑄件尺寸公差的關係
（2）鑄件壁厚公差 鑄件壁厚尺寸公差一般可降一級使用，如鑄件圖樣上的尺寸公差為CT10，壁厚尺寸公差可為CT11。
（3）、公差帶位置 公差帶應對稱，即公差的一半取正值、另一半取負值。有特殊要求時，公差帶也可非對稱，但要在圖樣上註明或技術文件中規定。鑄件有傾斜部分公差標註如圖所示。
3、鑄件尺寸公差等級的選擇 差壓鑄造鑄鐵、銅合金鋅合金所能達到的尺寸公差等級為7～9級，差壓鑄造輕合金所能達到的尺寸公差等級為6～8級。
（二）機械加工余量
鑄件的機械加工余量和所採用的鑄型材料有關。砂型鑄造的尺寸精神和表面粗糙較差，鑄件需設計較多的機械加工余量，而金屬型和石墨型鑄造的尺寸精度和表面粗糙度較高，鑄件的機械加工余量可以減少。機械加工余量的大小，還應考慮下列因素：
（1）加工面越大，機械加工余量越大；
（2）加工面離基準面越遠，機械加工余量也隨之增大；
（3）用泥芯形成的表面，機械加工余量較大；
（4）實際收縮量和設計收縮之差、塗料厚度的變動、脫模斜率等對機械加工余量都有影響。
（三）工藝余量
為了保證鑄件的順序凝固，便於鑄件脫模和機械加工，有時需時使鑄件某些部位的余量加大，這些超過了機械加工余量的額外部分，稱為工藝余量。
差壓鑄造過程中，金屬液在熔爐中由鑄型底部進入型腔，鑄件一般要保留在上型內，以實現澆口與鑄件的分離，所以在設計鑄件加工余量和鑄造斜度時，應通過增加工藝余量的方法實現使鑄件保留在上型內，即：增大下型鑄件的脫模斜度以減小脫模力，減小上型鑄件的脫模斜度以增大磨擦力，保證鑄件和澆口的順利分離。
（四）差壓鑄造模具設計
（1）差壓鑄造模具零部件的技術要求：
①各零部件未注公差的尺寸，其極限偏差按GB1804－79規定的IT14級執行。孔的尺寸極限偏差為H14，軸的尺寸為h14，長度尺寸為JS14；
②各零部件的棱邊應倒角，未註明的倒角尺寸一般為0.5×450；
③未註明的鑄造圓角半徑為3－5mm；
④鑄件的非加工表面需經清砂處理，表面應光滑平整，無明顯的凸、凹缺陷。鑄造尺寸的偏差按JZ67－62規定的11級精度執行。
⑤鑄件不應有過熱、過燒的內部組織及機械加工不能去掉的裂紋、夾層及凹坑。非加工部分的尺寸偏差，按GB1804－79規定的IT16能執行；
⑥鑄件和鍛件在加工膠應進行時效處理，要求高的零件，粗加工后應再進行一次消除內應力的時效的退火；
⑦熱處理后的零部件，其硬度應均勻，不允許有裂紋、軟點和脫碳區。其表面上的氧化物及油污等應消除乾淨；
⑧模板和固定板等零件，其厚度方向的兩平面的平行度誤差，在100mm內不得超過0.02mm。
（2）壁厚的確定
差壓鑄造模具通常採用金屬型模具結構，模具的壁厚是綜合考慮金屬型強度、剛度、重量及對鑄件的冷卻速度來決定的。壁厚太大，鑄型重量增加，操作不便。壁厚過薄，鑄型溫度不均，在應力的作用下易變形，降低模具的使用壽命。
金屬型模具的壁厚是決定鑄件冷卻速度的主要因素，對於獲得優質鑄件具有重要意義。金屬型模具對鑄件冷卻速度的影響，主要取決於鑄型的蓄熱能力及鑄型向周圍空氣的散熱能力。
（3）配合公差、精度及表面粗糙度
形位公差值 的選擇原則
①在同一要素上，給出的形狀公差值應小於其位置公差值。例如，要求平行的兩個表面，其平面度公差值，應
小於平行度公差值；
②圓柱狀零件的開關公差值（軸線的直線度除外），在一般情況下應小於其尺寸公差值；
③平行度公差值應小於其相應距離的公差值；
④根據零件的加工難易程度及其他因素的影響，在滿足零件功能的條件下，有些情況的精度應適當降低1～2級。例如：孔對於軸、細長且比較大的軸或孔、距離較大的軸或孔、寬度較大（一般大於1/2長度）的零件表面、線對線和線對面相對於面對面的平行度、線對線和線對面相對於面對面的垂直度。
（4）形位公差的數值，為了獲得較高精度的鑄件，差壓鑄造模具零件的形位公差為4～8級，其具體數值如圖表所示。
（五）模具型芯設計
差壓鑄造模具的型芯，可使用金屬或砂芯，或者兩者同時兼用。
應儘可能使用金屬芯，避免使用砂芯。因為使用金屬芯有如下優點：
①生產率高，操作和使用方便：
②尺寸穩定，表面粗糙度低：
③加速鑄件冷卻，鑄件結晶組織緻密、均勻，減少了鑄造缺陷提高了鑄件的力學性能；
④便於抽芯機械化自動化；
⑤避免了製造砂型（或殼芯）的工作，減少了相應的設備及工裝，縮短了生產周期，便於組織生產。
如果鑄件內腔過分複雜，使用金屬芯時不易或不能抽出時，人要使用一部分砂芯（或殼按語）。另外，對於鑄銅等高熔點鑄造合金，由於合金工藝特性的限制，不宜使用金屬芯。這是由於使用金屬芯膨脹很大，難以從鑄件中抽出，容易贊成鑄件裂紋等缺陷，甚至會造成金屬芯和鑄件熔接。
（六）排氣系統設計原則
由於差壓鑄造金屬型模具材料本身沒有透氣性，排氣系統設計不好會使鑄件產生冷隔、澆不足、外形輪廓（花紋字跡）不清晰和氣也等缺陷。對於鑄造非鐵合金，因其表面氧化膜較厚，更容易形成輪廓不清晰的缺陷。差壓鑄造金屬型模具排氣系統的設計一般應遵循以下原則：
（1）在確定鑄件在金屬型中的位置並進行澆注系統設計時，必須考慮金屬液的充型過程，使其有利於將澆注時捲入的氣體和揮發物產生的氣體排出；
（2）可能時最好開設排氣冒口；
（3）分型面上可開設排氣槽；
（4）型腔中的凹處及個別凸起部位，鑽孔后裝進排氣塞；
（5）金屬型各部位的配合面（如芯座、活、頂桿與型體的配合面等）應開排氣槽；
（6）排氣系統的截面積，原則上應等於或大於澆注系統的最小截面積；
（7）排氣系統的設置應不影響開型及抽芯。
（七）模具鎖緊機構設計
差壓差壓澆注時，金屬型模具要承受金屬液的動壓力和靜壓力。若金屬型兩半型不夾緊，金屬液就會從兩半型的分型處流出。鎖緊機構的作用就是使兩半型夾緊，使分型面的間隙最小，並在一定程度上防止金屬型的翹曲變形。
常用的鎖緊機構有偏心鎖、摩擦鎖、螺旋鎖及楔銷鎖等。
（八）模具加熱、保溫及冷卻
（1）金屬型的加熱，一般俗稱型腔預熱，是澆注前必不可少的工序之一。鑄型（芯）在噴塗料前，為了粘接牢固，不易脫落，需要加熱到150度左右。鑄型（芯）在噴塗料后，還需加熱到200～250度的溫度，才能進行澆注。
（2）模具保溫
對鑄件的冒口和個別薄壁處，為延緩金屬液的凝固，可採取對金屬型局部保溫措施，其方法如下：
①型腔外壁充填絕熱材料，如石棉繩（粉）等；
②冒口部分內壁貼石棉板，噴絕熱塗料，或用保溫冒口套；
③型腔內壁控制塗料厚度；
④局部利用砂芯或耐火磚片。
（3）模具冷卻
連續生產時，金屬型的溫度可能會超過工藝上所規定的溫度。澆注前金屬型溫度過高，會導致鑄件質量下降（如金屬晶粒粗大等）、降低勞動生產率、加速金屬型損壞、惡化勞動條件。鑄件結構有時也要求對不同部位有不同的冷卻速度。故金屬型的冷卻方法及其設計，是金屬型設計的重要內容之一。
（九）模具材料的要求
差壓鑄造模具的工作零件是在高溫、高壓下和金屬液接觸，其工作條件較為惡劣，因
此所有的材料應盡量滿足如下要求：
（1）在高溫下應有較高的強度、硬度、耐磨性和適當的塑性，在長期的工作中，其組織與性能應穩定；
（2）應有較好的導熱性和抗熱疲勞性能；
（3）在高溫下不易氧化，能抵抗金屬液的粘焊及熔蝕；
（4）淬透性好，熱處理變形小；
（5）線脹係數小；
（6）在修復或修改模具時能焊接。
五、差壓鑄造生產連桿叉工藝過程
差壓鑄造的加壓工藝過程分為六個階段。0～t1為充氣分階段，t1~t2為壓力平衡階段，t3~t4為升液、充型階段（其壓力隨時間的變化曲線見圖1，充型過程中壓力變化規律見圖2，增壓法壓力隨時間變化規律是一條遞增曲線，減壓力隨時間變化規律是一條衰減曲線，）t4~t5為保壓階段，t5~t6為互通階段，t6開始為上、下壓力罐排氣卸壓階段。
圖1
圖2
圖3
根據上述壓力變化曲線，可以繪製出差壓鑄造的充、排氣特性圖（見圖3）。圖3（a）為增壓法充氣特性曲張，0a為壓力罐充氣至p1壓力；aa'為上、下壓力罐平衡；a'b'為下壓力罐充氣升壓力至p2曲線，金屬液在a'b'充型速度會發生波動。圖3（b）為減壓法排氣特性曲線。ab段為上壓力罐的壓力由p3開始排氣至p4，即進行澆注；經保壓結晶b'b'段后，再排氣卸壓至c'。由圖可見，排氣段ab占整個曲線的比例很小。如澆注鋁合金時，充氣壓力為0.5～0.6MPa,ab段僅佔總曲線的1/8～1/6，非常接近直線，所以採用減壓法，金屬液上昇平衡，而增壓法則較差。
六、實施差壓鑄造技術生產汽車連桿叉可行性研究結論
（1）差壓鑄造的工藝和設備以一種新穎的方法解決了連桿叉鑄件的充型和凝固等鑄造技術問題。
（2）在差壓鑄造中，連桿叉的壓力和反壓力之間的差值可以在一個較大的範圍內進行調節和控制，因此，在兩個壓力之間有可能找到一個合適的差值來實現鑄件以及鑄件各部分的充型和成形，生產出的鑄件能很好地複製鑄模結構特徵。
（3）工藝參數的可控性 差壓鑄造可以根據不同的零件選擇不同的工藝參數，通過優化組合，使生產的鑄件質量更高。
（4）在生產連桿叉過程中作用於砂型孔隙中的壓力和作用於模具中熔體表面上的壓力相等。因此，在差壓鑄造中，可使用各種類型的模具和型芯（如金屬、砂、殼型等）。不論作用於系統中的壓力有多大，模具和型芯都不會破壞或變形。
以上幾點保證了差壓鑄造工藝能生產具有高精度和表面光潔的汽車連桿鑄件。
差壓鑄造技術成本小，經濟效率高市場前景廣闊，因此，目前大力推廣發展差壓鑄造技術生產汽車連桿技術是可行的。
