真空壓鑄工藝

真空壓鑄工藝

真空壓鑄法是通過在壓鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內(nèi)的氣體而消除或明顯減少壓鑄件內(nèi)的氣孔和溶解氣體，從而提高壓鑄件力學(xué)性能和表面質(zhì)量的先進壓鑄工藝。重要有兩種形式：1.置模具于真空箱中抽氣，此工藝現(xiàn)在基本上已經(jīng)不用了;2.從模具中直接抽氣。采用真空鋁合金壓鑄時，模具的排氣道位置、截面積的設(shè)計和真空截止閥的排氣截面積至關(guān)重要。排氣道存在一種“臨界面積”，當(dāng)型腔內(nèi)為1個大氣壓，而排氣截面積只有0.1mm時就基本上不排氣了。當(dāng)排氣道的面積不不大于臨界面積時，真空鋁合金壓鑄效果明顯;反之，則不明顯。真空系統(tǒng)的選擇也非常重要，規(guī)定在真空截止閥關(guān)閉之前，型腔內(nèi)的真空度要保持到充型完畢才干關(guān)閥，提前關(guān)閥只模具型腔內(nèi)氣體沒有完全抽出，影響壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量;關(guān)閥滯后鋁液容易把真空截止閥堵塞、卡死，就要對真空截止閥進行解決，而影響正常生產(chǎn)。壓鑄作為有色金屬\o"查看更多\“鍛造\”信息！"鍛造業(yè)的一種革命，大大的提高了鑄件生產(chǎn)的生產(chǎn)率，成型率，減少了生產(chǎn)成本，也為鑄件在各行各業(yè)的應(yīng)用奠定廣泛的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，即使那些對壓鑄一無所知的人們也無時無刻不在日常生活中得益于壓鑄技術(shù)的應(yīng)用。

然而，壓鑄工藝從它的誕生起就帶有嚴重的先天局限性---型腔內(nèi)的氣體影響。與傳統(tǒng)的砂型或金屬固定模重力\o"查看更多\“鍛造\”信息！"鍛造相比，壓鑄在澆口的高速噴射比重力自然流入的高溫液態(tài)金屬有著更加好的充型效果，但也正是由于高溫高壓高速的金屬噴射，使金屬與型腔內(nèi)的空氣和熱金屬與型腔內(nèi)殘留潤滑劑所產(chǎn)生的煙氣有更大可能的結(jié)合。因此，傳統(tǒng)\o"查看更多\“壓鑄件\”信息！"壓鑄件的金屬構(gòu)造遠遠不如砂型或固定金屬模的\o"查看更多\“鍛造\”信息！"鍛造件是一種不爭的事實。

為改善壓鑄的這種致命缺點，業(yè)內(nèi)人士早在大半個世紀前開始就對其工藝進行了不停的改善，諸如在模具上開排氣槽，盡量采用小壓室的壓射，低速壓射，以及當(dāng)代\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機采用的多段多速壓射技術(shù)。但真正堪稱革命性的改革是1956年瑞士方達瑞第一次將真空技術(shù)引用到\o"查看更多\“壓鑄生產(chǎn)\”信息！"壓鑄生產(chǎn)工藝中。成立于1942年的瑞士方達瑞起先也是一種壓鑄工廠，隨著成功的將真空應(yīng)用到壓鑄工藝中，方達瑞逐步將研究和發(fā)展方向完全轉(zhuǎn)移到壓鑄真空應(yīng)用當(dāng)中來，歷經(jīng)60余年的不停發(fā)展和完善，使方達瑞的真空技術(shù)和應(yīng)用日臻完善。作為這個行業(yè)的先驅(qū)和領(lǐng)航者，方達瑞始終走在壓鑄真空技術(shù)和應(yīng)用的最前端。

二、為什么要在壓鑄工藝中使用真空技術(shù)

在壓鑄時存在于行腔中的氣體由空氣和壓射時產(chǎn)生的煙氣構(gòu)成。我們來看看無排氣傳統(tǒng)壓鑄和采用方達瑞真空系統(tǒng)的型腔內(nèi)氣體壓力圖。

在傳統(tǒng)壓鑄中，由於在注流口處的噴射效應(yīng)，50%到90%的金屬熔液將與型腔內(nèi)的空氣和煙氣充足接觸，氣壓在最后充型點將達成3000毫巴以上至4000毫巴；在真空壓鑄中，最后的氣壓只有幾百至100毫巴下列，只有極少的空氣和煙氣與金屬接觸。滯留在型腔內(nèi)的空氣和煙氣越多，就越難形成無缺點的金屬構(gòu)造鑄件。因此排氣就成為決定\o"查看更多\“壓鑄件\”信息！"壓鑄件質(zhì)量的重要因素。這就不難理解真空排氣對壓鑄工藝的重要之處了。

有人認為真空作為一種有效的排氣手段是能夠由其它方式替代的，諸如多段壓射，模具上開排氣槽或采用冷卻塊集中排氣等等。果真如此嗎？諸多\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機廠商的許諾---他們的\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機本身就能夠根本解決排氣問題，例如多段多速可調(diào)節(jié)壓射系統(tǒng)應(yīng)用。不可否認的是，多段多速壓射將解決某些在壓室內(nèi)由于金屬流動所產(chǎn)生的裹氣問題，剩余的即是寄但愿于抱負的金屬流動將氣體由內(nèi)向外全部排除出型腔。但事實上，壓射的噴射效應(yīng)不可能在瞬間轉(zhuǎn)化成抱負的金屬流動，無法確保金屬流動于氣體之后，推動氣體排除型腔。氣體與金屬的充足結(jié)合也無可避免，型腔內(nèi)的氣壓上升也是事實。用新\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機解決不了排氣問題，最后聯(lián)手與方達瑞合作采用真空排氣的狀況，在歐洲和亞洲客戶中屢見不鮮。印度市場的進入就是方達瑞與布勒（Buhler）合作，通過協(xié)助SundaramClayton解決Volvo的汽車備件\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔率問題而實現(xiàn)的。

傳統(tǒng)的積渣包和排氣槽設(shè)計---被動排氣的過程就是金屬與氣體緊密接觸的過程，隨著排氣的進行，型腔內(nèi)的氣體壓力會逐步增高，更加大了\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔的形成的可能。部分氣體能從氣槽中排出，闡明型腔內(nèi)的氣壓不不大于大氣壓力，而最后充型點的壓力將是最后型腔氣壓的極限點。另外眾所周知的問題是，被動排氣還極可能會造成金屬\o"查看更多\“飛料\”信息！"飛料，減少壓射效率，污染環(huán)境并帶來安全隱患。

無真空被動排氣冷卻塊---由于最頂端的間隙普通設(shè)計成0.2毫米，以增大金屬冷凝的機會，盡管底部被設(shè)計為0.8毫米或更大，這個最窄處截面也就成為排氣的“瓶頸口”，因此該形式排氣能力遠遠不大于預(yù)想中的狀況。另外波浪板型的設(shè)計中，無視金屬和氣體流動特性的組合優(yōu)化，也會給排氣和金屬冷凝帶來困難，金屬充不滿或\o"查看更多\“飛料\”信息！"飛料就難以避免。更有由此帶來的投影面積增大的問題。

在這里要闡明的是，被動排氣的種種形式確實能多多少少排出部分型腔氣體，但并未從根本上解決排氣問題，由于此時的型腔氣壓會是不不大于大氣壓的“正壓”，與真空壓鑄的不大于大氣壓的“負壓”相比，效果是差別很大的。三、何時需要采用真空排氣

不采用真空排氣，完全取決于對鑄件質(zhì)量規(guī)定的程度。對于那些低端產(chǎn)品而言，由于利潤低薄，質(zhì)量規(guī)定不高，真空排氣帶來的益處并不彰顯；而對于其它高端產(chǎn)品而言，1%的成品率的提高就可能帶來豐厚的回報，就能在極短時間內(nèi)收回真空系統(tǒng)的投資，發(fā)明更大的效益。以德國寶馬6缸\o"查看更多\“發(fā)動機缸體\”信息！"發(fā)動機缸體為例，1%成品率的增加意味著每天多15萬人民幣的收益，因此其\o"查看更多\“壓鑄生產(chǎn)\”信息！"壓鑄生產(chǎn)100%采用真空工藝。在下列狀況下，廠商應(yīng)考慮采用真空技術(shù)以提高壓鑄質(zhì)量：★型腔充注不完全★在下道工序出現(xiàn)空氣和氣體\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔率★\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔率造成抗拉強度削弱★鑄件內(nèi)部組織松弛，氣密性差★焊接性差或無法焊接★在噴塑或電鍍或涂粉等工藝後鑄件表面出現(xiàn)氣泡

充型不好是由于殘留在型腔內(nèi)的氣體占據(jù)了充型空間，產(chǎn)生表面缺點；當(dāng)在下道工序，如加工或打磨時暴露出表層下的\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔時，將造成二次廢品率；\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔還會造成金屬構(gòu)造不密實，鑄件強度達不到規(guī)定；由\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔率產(chǎn)生的氣密性問題將會帶來內(nèi)部氣體或液體的泄漏；焊接處如果有\(zhòng)o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔將使焊接失效；鑄件表層的\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔還將使噴塑或電鍍或涂粉脫層。四、真空系統(tǒng)的選擇

眾所周知的真空系統(tǒng)是由真空機和排氣元件構(gòu)成。壓鑄真空發(fā)展時至今天，所謂的真空系統(tǒng)林林總總，技術(shù)訣竅各具所長，投資成本也相差很大，但壓鑄商真正所關(guān)心的哪種技術(shù)更適合于自己的壓鑄工藝，哪種系統(tǒng)能產(chǎn)生更大的效益，一句話性價比高的才是最后的選擇。從真空機來講，大致分為三類：1、由繼電器和手動開關(guān)控制真空機，多為國產(chǎn)真空泵。價格低廉，操作簡樸，可由計時器關(guān)閉真空，但不含有工藝參數(shù)控制規(guī)定，用于低端質(zhì)量規(guī)定產(chǎn)品排氣，與冷卻塊匹配，無兼容性。2、由PLC控制，國產(chǎn)真空泵或進口真空泵?？膳c單芯閥或冷卻塊匹配，由于排氣元件的限制，無法測量真實的型腔真空度，由計時器或行程開關(guān)信號關(guān)閉真空，無法控制純機械真空閥。3、由PLC加觸摸屏控制，參數(shù)控制，故障顯示，即時型腔真空度曲線和真空值顯示，工藝菜單存儲，多語言界面；可兼容機械閥，時間/途徑控制的單芯閥以及冷卻塊。進口真空泵及全部控制元件。從真空排氣元件分，為對應(yīng)的下列三類：1、冷卻塊2、由時間或途徑控制關(guān)閉的單芯真空閥3、由金屬流動能機械關(guān)閉真空的雙芯真空閥從真空技術(shù)角度看以上分類的對應(yīng)組合：1、真空冷卻塊排氣：所謂的“形式真空”排氣，用于低質(zhì)量排氣規(guī)定優(yōu)點:★啟動真空排除空氣和煙氣直至金屬充滿型腔★不同數(shù)目的冷卻塊能夠被合并入一種模具(如一模多件)★造價相對低廉★維護簡樸容易★可與最簡樸的真空機匹配缺點:★真空停止由冷卻塊中金屬凝固來實現(xiàn)★真空排氣能力非常低★所占用的投影面積相對過大★有\(zhòng)o"查看更多\“飛料\”信息！"飛料的危險★無法精確的控制排氣量★金屬容易粘結(jié)在表面★重復(fù)使用精確度無法確?！锿ǖ牢廴径雀?與采用的\o"查看更多\“脫模劑\”信息！"脫模劑有關(guān)聯(lián))★真空應(yīng)用需要訣竅2、由液壓或氣動驅(qū)動的，依靠途徑/時間提前關(guān)閥的真空排氣：所謂的“半過程真空”排氣，用于普通質(zhì)量排氣規(guī)定優(yōu)點:★排氣能力高★節(jié)省重熔成本★投影面積占用相對較小★集渣包較小缺點:★只可達成很小的真空度，由于真空在充型過程前很早時就已結(jié)束，模外的空氣由于壓差將滲入型腔，同時高溫金屬|(zhì)<<流將與不潔表面接觸而產(chǎn)生千倍以上的煙氣，因此不是全部的空氣和煙氣被排除★一旦壓射外形變化，用于關(guān)閉真空閥的計時器或極限開關(guān)必須加以調(diào)節(jié)★一次性投資成本較高★需要維護★需要備件★需要與之匹配的真空機3、由機械閥靠金屬動能關(guān)閥的真空排氣：所謂的“全過程真空”排氣，用于高質(zhì)量真空排氣規(guī)定優(yōu)點:★真空閥將始終啟動至壓鑄過程結(jié)束，低真空度將得以獲得★排氣能力高★節(jié)省重熔成本★投影面積占用相對較小★可省卻集渣包★真空閥將由合金動能關(guān)閉，壓射外形的變化對真空閥的功效無影響★真空壓鑄工藝過程得以精確控制★極高的重復(fù)使用率★最可能達成抱負的金屬構(gòu)造缺點:★一次性投資成本較高★需要相配的真空機實現(xiàn)其諸多功效★需要應(yīng)用“訣竅”★需要維護★需要備件

真空技術(shù)從應(yīng)用到壓鑄工藝的第一天起就面臨一種排氣元件的問題。從排氣過程上看，“形式真空”排氣即使簡樸經(jīng)濟，但無法實現(xiàn)工藝控制，換句簡樸的話說，就是無法懂得真空排氣的真實狀況；“半過程真空”即使能夠強調(diào)在慢速階段或者說金屬在壓室時的真空排氣，通過加大真空閥和真空管路以及真空罐來達成超能力排氣，理論上在此時的真空度將達成一種非常低的數(shù)值，但隨著真空在充型前的結(jié)束，姑且不管由模具間隙侵入的空氣，單單熱金屬射入時產(chǎn)生的煙氣就會由于真空結(jié)束而無法排除。不難理解到，一單位的殘存液體將產(chǎn)生1000倍以上體積的煙氣，“半過程真空”至此能夠說是前功盡棄了，這能夠從圖7看出其成果；“全過程真空”是與壓射同時，實現(xiàn)全過程排氣，最大程度上滿足低\o"查看更多\“氣孔\”信息！"氣孔率的唯一手段，也是方達瑞始終致力于研究和推廣的排氣方式。五、影響真空排氣的因素

某些應(yīng)用了真空系統(tǒng)的壓鑄商經(jīng)常被這樣的問題困擾：為什么壓鑄采用了真空系統(tǒng)后效果不明顯？不乏有人得出這樣的結(jié)論：用不用真空系統(tǒng)差別不大！為了更加好地闡明和回答以上\o"查看更多\“疑問\”信息！"疑問，我們首先來看看\o"查看更多\“壓鑄件\”信息！"壓鑄件的質(zhì)量構(gòu)成，能夠說，任何一種影響質(zhì)量的因素都能夠一票否決最后的鑄件質(zhì)量，這里所說的構(gòu)成是指綜合條件下的狀況，任何人都能夠?qū)ζ錁?gòu)成持不同意見，但并不影響用它來闡明問題。從圖8能夠看出，模具和\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機將是影響鑄件質(zhì)量的最核心因素。

模具：涉及型腔，澆口和流道以及排氣口的設(shè)計布置和加工精度；尚有起模\o"查看更多\“頂針\”信息！"頂針和滑芯的設(shè)計布置和加工精度。對于重復(fù)使用率規(guī)定極高的模具來說，其質(zhì)量的好壞直接影響了鑄件的質(zhì)量，即\o"查看更多\“模具質(zhì)量\”信息！"模具質(zhì)量差就根本談不上什么產(chǎn)品的高質(zhì)量了。有人說模具不好，真空起的作用有限，這是值得贊成的觀點；但對于另某些人說真空對模具規(guī)定很高，就不能這樣看了。應(yīng)當(dāng)闡明的是，要想生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，模具必須要高質(zhì)量，至于采用真空只是在此基礎(chǔ)上解決排氣的問題。就是說提高模具的質(zhì)量并不僅僅是由于排氣，而是為了提高整體的鑄件質(zhì)量。這一點應(yīng)當(dāng)沒有\(zhòng)o"查看更多\“疑問\”信息！"疑問！模具的平整密合是最基本規(guī)定，從現(xiàn)象上看，不\o"查看更多\“飛料\”信息！"飛料就能夠滿足真空排氣的應(yīng)用。尚有人問：與否在模具間加密封？答案是不必，由于我們要做的是盡量排除型腔內(nèi)的氣體，但不是規(guī)定一定得將型腔內(nèi)的氣壓降至絕對真空零毫巴，這既不經(jīng)濟也很不現(xiàn)實，況且密封的采用效果并不抱負。再有，存在于型腔中的煙氣在大多數(shù)的時候會被低估，并在排氣設(shè)計中沒有被計算到。最后，模具的經(jīng)常性的維護不僅對\o"查看更多\“模具壽命\”信息！"模具壽命有益，也對產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)性和真空排氣有利。

\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機：同樣的，好產(chǎn)品不大可能出自于狀況很差\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機。即使最佳的周邊設(shè)備的使用也并不能解決\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機本身不良的狀況。因此\o"查看更多\“壓鑄機\”信息！"壓鑄機的選擇也是出于對鑄件質(zhì)量考慮，而不是真空應(yīng)用的額外規(guī)定。模板平行，鎖模力適宜，壓室和沖頭的間隙不\o"查看更多\“飛料\”信息！"飛料，對于真空的應(yīng)用已足夠。尚有就是沖頭的速度過快的工藝過程，對真空排氣|<<是個挑戰(zhàn)，可能使得排氣能力來不及充足發(fā)揮。

另首先，真空系統(tǒng)的選擇也會影響到其最后效果。選擇“形式真空”（黑線）還是“半真空”（棕線），還是“全真空”（藍線）將會直接影響到其壓鑄工藝成果。見圖9，“形式真空”的最抱負的排氣狀況約為“全真空”的50%，而“半真空”就很難說了，多數(shù)狀況下比“形式真空”還不抱負。這里還涉及真空機和排氣元件的合理選擇。第三，真空應(yīng)用的“訣竅”。即真空應(yīng)用設(shè)計，涉及排氣點的選用，排氣道的布置和截面積大小，等等。作為一種理論也好，作為一種經(jīng)驗也好，真空應(yīng)用有著它自己一定的規(guī)律可循。如果把真空技術(shù)簡樸的理解為一接上真空排氣問題就解決了，那不是被供應(yīng)商誤導(dǎo)，就是對真空技術(shù)有誤解。對于真空系統(tǒng)的供應(yīng)商來說，只能提供設(shè)備而不能提供應(yīng)用技術(shù)的，不可能會滿足壓鑄商的質(zhì)量規(guī)定。真空系統(tǒng)供應(yīng)商必須要將真空應(yīng)用的“訣竅”傳授給壓鑄商，用以解決不同產(chǎn)品的排氣規(guī)定。第四．對的理解真空排氣的效率問題。一種選型得當(dāng)?shù)恼婵諜C提供的是一種充足的瞬間排氣