电磁泵低压铸造技术侯击波、彭有根、杨晶1，刘云1霍立兴2（1.华北工学院材料科学与工程系，山西太原030051；2天津大学材料学院，天津300012）一定的论述。通过生产验证，电磁泵技术适于低压铸造，是！种很有发展前途的新型技术。

　　低压铸造的优点有：①铸件组织致密，性能好；②可提高金属液的工艺成品率或实收率；③可实现铸造过程机械化；④可实现金属液充型自动化；⑤可实现铸件出型机械化；⑥可降低铸件的清理和运输费用；⑦可改善劳动环境和工作条件等。因此广泛的应用于各种铸件的生产，特别是形状复杂、质量要求高、出品率高的铸件，如汽车发动机缸体缸盖、导弹罩壳、涡轮增压器叶轮、汽车摩托车轮毂、纺织机械等重要铸件〔卜2〕。

　　传统的低压铸造方法主要采用压缩空气充型、保压来完成铸造过程，它存在着很多问题。目前在国际上比较流行的Cosworth工艺（CosworthProcess，以下简称CP法）应用于生产一级方程式赛车发动机，可以得到非常高质量的铸件，其关键技术之一就是采用了电磁泵充型低压铸造技术。因此，铝合金电磁泵充型低压铸造技术有必要在我国进一步的研究和推广。

　　1电磁泵技术的国内外现状电磁泵设备早应用在在核工业，主要用于循环钾、钠等冷却剂。在国外1947年就曾尝试应用电磁泵来实现熔融铝的自动定量浇注，随后各国都在电磁泵应用于铸造方面做了大量的工作，到目前为止国际上包括美国、英国、法国、南非及俄罗斯等国家都掌介：侯研波与技术管理工男作山华北工学握了该项技术。如俄罗斯采用电磁泵充型的低压铸造方法铸造柴油发动机缸盖，与气压式方法比，产品的废品率由原来的25降到2，金属利用率由原来的45提高到94而且成功地采用电磁泵充型的低压铸造系统生产导弹铝合金罩壳。在20世纪70年代末，英国Cosworth公司发明了以电磁泵传输、充型为核心的CP工艺技术，主要生产一级方程式赛车的发动机缸体、缸盖。1988年美国福特公司购买CP专利，并于1992年WAP建成年产100万只缸体的生产线；特别是该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300多万件缸盖，成品率稳定在90以上。1991年南非M R公司建立了CP法铸造厂。其他采用CP法工艺生产的比较的汽车厂家有：Mercedes（日本）、Opel（德国）、Benz（德国）、JaguarXK8（通用）等〔4〕。我国从60年代末开始了这方面的研究并得到一定的发展。如华北工学院于1997年成功开发出铝合金铸造用直流平面电磁泵，已形成产品应用于工厂的生产。

　　2电磁泵的工作原理电磁泵是一种输送导电流体的设备，它是对液态金属施加电场和磁场，使液态金属在电磁推力的直接作用下输送，其结构如所示。

　　为天津大学材料学院厉士生，主要从事铝合金铸造设备及工艺方图中扁平管道是电磁泵体流槽，内部充满导电金属液体，在流槽的左右两侧装置的是电磁铁的磁极，两磁极之间形成一个具有一定磁感应强度的磁隙。流槽的前后两侧是电极，电流通过电极流过流槽和内部的金属液体。电磁泵工作时，作用于流槽内金属液体的电流（/）和磁隙磁感应强度（B）的方向（如所示）两者互相垂直，根据左手安培定则，在磁场中的电流元将受到磁场的作用力，该力称为安培力，其方向向上。其原理实际上与电动机的原理相似，只是将液态金属作为动子（或转子）从而发生定向移动。电流和磁场可以是交流，也可以是直流，只要两者共同产生的作用力向一个方向即可。

　　电磁泵的工作参数是电磁铁磁隙间的磁感应强度B和流过液态金属的电流密度j它们与电磁泵的主接；由计算机控制的电场电源及励磁电源与电磁泵上的电极及电磁铁相连，为电磁泵提供动力，实现铸造过程的充型和保压。

　　电磁泵低压铸造设备构成图为低压铸造用电磁泵的剖面图，该结构中电磁泵置于坩埚之外，对电磁泵的材料结构的要求相对较低，并且不再需要电磁泵头预热炉。美国有一种产品是将电磁泵内置于坩埚之中，其优点在于不需要专用坩埚，但由于其材料及加工工艺存在着很多难点，且价格较高，在国内不易推行。

　　要技术性能指标压头（AP）间存在如下关系：想压头）j垂直于磁感应强度方向和金属液体流动方向上的电流密度B垂直于电流方向和金属液体流动方向上的磁感应强度L处于磁隙间升液方向上的金属液长度液态金属在该压力的作用下，产生定向移动，从而实现了液态金属的输送和提升。从公式可以看出电磁泵所产生的压力与电流密度和磁感应强度成正比，J和B越大则产生的压力越大〔5. 3电磁泵充型低压铸造设备低压铸造用电磁泵电磁泵系统与传统的机械泵相比，采用非接触式驱动方式，省去了机械转动部件，被输送介质处于完全封闭状态，特别适合于活泼的液态金属，如铝、镁及其合金。其优点是结构简单可靠、操作方便。在与空气隔绝状态下传输液态金属，流动参数连续可调且被传输液体流动平稳，处于低湍流状态，环境污染小。

　　采用电磁泵充型和保压的低压铸造设备生产过程非常稳定，与传统的气压式低压铸造方法相比，具有以下优点：①金属液传输平稳，无剧烈的加压和减压过程，避免由湍流而引起的氧化和吸气；②所有金属液经过强磁场作用，对改善铸件的组织、性能有积极的作用〔6；③流量及加压规范可、连续控制，反应迅速准确；④炉体内不加压缩空气，并可在保护气氛下工作，从而减少了气体溶入，防止金属液被二次污染，减少气孔及二次氧化夹渣的形成，可以避免由压缩空气的干燥程度不同及压力变化带来的质量电磁泵设备的构成如所示，包括保温炉、电磁泵、工作电源（由励磁电源和电场电源构成）、控制电路、温控电路以及铸型锁紧装置等几部分。其中保温炉用于金属液，并与电磁泵通过管道相连不稳定问题W此外，电磁泵系统作为低压铸造充铸造侯击波等：电磁泵低压铸造技术型设备时，还具备一个显著的优点，即由于其升液管有加热部件，铸型的浇口下可形成一个正的温度梯度，保证了金属液在升液管中保持较高的温度，有利于保压和补缩，提高铸件的质量。

　　4应用实例我学院开发的铝合金铸造用直流平面电磁泵系统的基本参数为：坩埚容量200kg，大充型压力05MPa大保压压力05MPa（相当于将铝液泵至2150mm高）大充型速度3kg/s.采用该系统的低压铸造方式充型及保压，生产了涡轮增压器叶轮、微型车发动机缸盖等铝合金铸件，如、5所示。所得的叶轮铸件从单件成形到多批次生产的一致性来看，该设备工艺执行准确，不易出现由于设备不稳定而产生的成品率下降的问题；所铸的微型车发动机缸盖本体性能（材质ZL702A）为：ah=98.38MPa3.25HB=106.0，尸8428MPa压铸件的使用寿命达到2.5X涡轮增压器叶轮微型车发动机缸盖5结论优势在于：（）充型及保压过程不需要压缩空气，可防止坩埚中的铝液的二次污染（吸气及氧化）（2）铝液传输过程非常平稳，减少在充型过程中的二次污染（吸气及氧化）。

　　（3）工艺执行准确，特别是重复性好，铸件的成品率高。因此电磁泵技术非常适用于铝、镁合金的低压铸造，具有很大的发展潜力。