高真空壓鑄技術(shù)在鑄造行業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用

姚士琦

摘 要：高真空壓鑄技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)化國家綠色制造行業(yè)的重要新技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目。文章先介紹高真空壓鑄技術(shù)工作原理；然后就高真空壓鑄技術(shù)的開發(fā)，從不同角度對高真空壓鑄技術(shù)進(jìn)行分析解讀；最后從鋁合金鑄件的發(fā)展前景、工藝適宜性技術(shù)對策等方面，對高真空壓鑄技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高真空；壓鑄技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用

中圖分類號：TG249.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0060-02

高真空壓鑄技術(shù)發(fā)展迅猛，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天、兵器、船舶、儀表、閥體、家電、汽車等行業(yè)。高真空壓鑄技術(shù)核心是真空排氣閥的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過接受壓鑄機(jī)開模、合模、壓射信號，完成抽真空、測量真空度、吹壓縮空氣清洗真空閥等操作程序，確保合金液在真空下壓制成形。這種真空壓鑄技術(shù)成形的產(chǎn)品，具有極強(qiáng)的韌性和強(qiáng)度，能夠增強(qiáng)企業(yè)在高端壓鑄市場形成核心競爭力，也可以為提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益做出重要貢獻(xiàn)。

1 高真空壓鑄工作原理

1.1 真空壓鑄法

所謂真空，是指絕對無物質(zhì)的空間。平時(shí)所說的真空，是指空氣和其他氣體都被排擠出來。高真空壓鑄法，就是指型腔中的氣體部分抽擠出來或者全面抽空，這樣型腔中的氣壓就會(huì)降低，也能夠促使合金液中的氣體排出，幫助合金液盡快成形。通過高真空壓鑄成形的壓鑄件致密性非常高，有極高的強(qiáng)度和韌性，可以用于多種制造行業(yè)，發(fā)展前景非常廣闊。

1.2 高真空壓鑄方法及工作原理

高真空壓鑄技術(shù)屬于新型技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，目前高真空壓鑄技術(shù)主要有兩種方法。這兩種高真空壓鑄技術(shù)都來自于德國，一個(gè)是由Muller-Weingarten公司和Vaw公司合作開發(fā)的Va-cural法，一個(gè)是由Alcan-BDW公司開發(fā)的MFT法。Va-cural高真空壓鑄法的工作原理，如圖1所示。

高真空壓鑄工作原理：將熔化爐用升液管與壓射室連接，先抽出合金液中的氣體，達(dá)到高真空度（氣壓10 kPa以下），然后用多澆道保證合金液在最短時(shí)間內(nèi)填充型腔。特別是MFT法，普遍使用普通壓鑄機(jī)，這樣可以大大降低生產(chǎn)成本，推廣應(yīng)用前景極為廣闊。其次，高真空壓鑄技術(shù)涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，如金屬溶液處理、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、澆筑工藝和脫模劑生產(chǎn)選用等，只有實(shí)現(xiàn)多元融合，才能體現(xiàn)高真空壓鑄技術(shù)的價(jià)值。

2 高真空壓鑄技術(shù)開發(fā)

2.1 高真空壓鑄真空截止閥

高真空壓鑄技術(shù)中的截止閥是高真空壓鑄技術(shù)的核心。利用合金液的慣性沖擊力實(shí)現(xiàn)排氣通道的關(guān)閉，并利用杠桿方式進(jìn)行連接，連接方式為：主動(dòng)—從動(dòng)兩活塞驅(qū)動(dòng)。真空截止閥采用主動(dòng)和從動(dòng)活塞杠桿傳動(dòng)，能夠使活塞獲得較大位移，大大提升了截止閥關(guān)閉的靈敏性和可靠性。

2.2 高真空壓鑄真空系統(tǒng)

高真空壓鑄鑄件時(shí)，要確保型腔中的真空度達(dá)到91 kPa以上，只有保持很大的抽氣速度方可在最短時(shí)間內(nèi)完成。因此，需要采用體積較大的緩沖罐，將型腔中的氣體抽出。緩沖罐中的氣體，需要用真空泵不斷抽出。

2.3 高真空壓鑄粉體涂料

粉狀脫模劑是鑄件時(shí)必不可少的潤滑材料。脫模劑的作用原理是以原料蠟為基礎(chǔ)，將這些脫模劑放入壓室，在型腔溫度作用下，開始融化并附著在型壁表面上，能夠起到潤滑的作用。粉狀脫模劑有優(yōu)良的涂膜性能和良好的生態(tài)環(huán)保性，能夠極大地提升生產(chǎn)效率。為降低粉狀脫模劑生產(chǎn)成本，對粉狀脫模劑的開發(fā)取得顯著成效。

如今，合金壓鑄使用的粉狀脫模劑，大多選擇石英、云母、滑石粉和石墨為主要成分，適當(dāng)加入氮化硼、微晶蠟等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，在粉狀脫模劑生產(chǎn)中，滑石粉占50%、石墨占25%、氮化硼占15%、微晶蠟和其他成分占10%時(shí)，其噴涂性和脫模性都達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 高真空壓鑄模具密封方法

高真空壓鑄技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是抽氣效果要達(dá)到要求，利用緩沖罐內(nèi)的真空度和抽氣時(shí)間，能夠有效提升高真空抽氣指數(shù)，但壓鑄模具的密封問題依然不容忽視，一旦密封不好，總進(jìn)氣量過大，也會(huì)導(dǎo)致高真空度下降。

因此，在高真空壓鑄時(shí)，需要進(jìn)行相關(guān)技術(shù)改進(jìn)操作。首先是在模動(dòng)模墊板后面增加一塊密封板，并在密封板上設(shè)置密封槽和緩沖氣槽；其次是在壓射室和定模底板、沖頭，以及壓射室內(nèi)壁上開設(shè)密封槽；再就是讓所有緩沖氣槽都與抽氣體系連接，如果有少量氣體進(jìn)入到密封圈內(nèi)，可以利用緩沖氣槽將其抽出，避免進(jìn)入到模具型腔之中。

3 高真空壓鑄的發(fā)展趨勢

3.1 高真空壓鑄的技術(shù)優(yōu)勢

高真空壓鑄技術(shù)相比普通壓鑄法要有更多技術(shù)優(yōu)勢。①高真空壓鑄技術(shù)操作方便、效率高，而且鑄件尺寸精度大大提升；②高真空壓鑄制造采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，利用觸摸屏顯示、輸入數(shù)據(jù)，非常直觀簡潔；③高真空壓鑄控制系統(tǒng)和壓鑄機(jī)匹配，能夠自動(dòng)檢測型腔中的真空度，還可以對真空管路進(jìn)行自動(dòng)檢測、清洗、報(bào)警等；④高真空壓鑄技術(shù)用截止閥，大都是杠桿式，“主——從”活塞運(yùn)動(dòng)方式。這種運(yùn)行方式，開關(guān)靈敏，結(jié)構(gòu)合理，反應(yīng)快，具有壽命長、維護(hù)便利、行程短等特點(diǎn)；⑤高真空壓鑄模具采用密封性結(jié)構(gòu)，泄露少，型腔中的真空度就高。

3.2 高真空壓鑄鑄件的應(yīng)用前景

高真空壓鑄技術(shù)發(fā)展速度驚人，為追求零部件的細(xì)密化、輕量化，已經(jīng)開始將零部件化零為整，進(jìn)行整體鑄件。特別是在一些要求高的行業(yè)，如航天、兵器、船舶等，都需要具有大型、薄壁、復(fù)雜等特點(diǎn)。如美國ADM-89B巡航導(dǎo)彈，就是采用這樣技術(shù)生產(chǎn)的，大大降低了質(zhì)量和生產(chǎn)成本。

3.3 工藝適宜性技術(shù)對策

①合金液充填。壓鑄薄壁、復(fù)雜鑄件時(shí)，其壁厚大多為1～1.5 mm，甚至厚度要薄到0.75 mm，而且形狀復(fù)雜多樣，特別是一些大型和超大型整體鑄件，尺寸500～5 000 mm的，其合金液充填問題難以完成。有些鑄件雖然形狀簡單，但表面積很大，充型流徑太長，也給合金液充填帶來難題。如采用高真空壓鑄技術(shù)，可以有效消除影響合金液充型的三大要素，融入可熱膜澆筑，利用石膏型工藝，進(jìn)行分散內(nèi)澆道，其導(dǎo)熱率大大降低，能夠圓滿解決狹長、復(fù)雜型鑄件合金液充型難的問題。

②分散熱節(jié)補(bǔ)縮。在普通鑄件時(shí)，如果鑄件表面積較大，壁厚較薄，很難在完整順序凝固溫度場中完成，而且分散熱節(jié)補(bǔ)縮困難，很容易造成鑄件的縮孔、縮松等缺陷。利用高真空壓鑄技術(shù)可以使鑄件凝固過程中均勻受壓，避免出現(xiàn)受壓不均出現(xiàn)縮孔、縮松等現(xiàn)象，有效實(shí)現(xiàn)對分散熱節(jié)的補(bǔ)縮。

3.4 高真空壓鑄技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用和期待

高真空壓鑄技術(shù)快速發(fā)展，但在一些技術(shù)領(lǐng)域還存在技術(shù)盲區(qū)，需要通過多次試驗(yàn)才能獲得系統(tǒng)性工藝特性參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析形成高真空壓鑄凝固特性、合金物性能參數(shù)等的數(shù)據(jù)庫。還要通過技術(shù)改革，不斷提升高真空壓鑄設(shè)備的機(jī)械化、自動(dòng)化、系列化程度，促使高真空壓鑄技術(shù)日臻成熟，也為大力推廣此項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。

4 結(jié) 語

真空壓鑄法就是抽出型腔中的氣體，能夠?qū)⒛＞咝颓恢械恼婵斩冗_(dá)91 kPa以上，讓合金液在真空下成形，鑄件的力學(xué)性能特別精良，密實(shí)度高，韌性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于多種制造行業(yè)，已經(jīng)成為未來制造業(yè)發(fā)展方向。開發(fā)高真空壓鑄技術(shù)，推廣應(yīng)用高真空壓鑄技術(shù)，不僅能夠提升鑄件的各項(xiàng)性能，還能大大降低生產(chǎn)成本，深受制造行業(yè)的青睞。

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