真空壓鑄工藝

1、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)的氣體而消除或顯著減少壓鑄件內(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(jìn)壓鑄工藝。主要有兩種形式：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(shí)，模具的排氣道位置、截面積的設(shè)計(jì)和真空截止閥的排氣截面積至關(guān)重要。排氣道存在一個(gè)“臨界面積”，當(dāng)型腔內(nèi)為1個(gè)大氣壓，而排氣截面積只有0.1mm時(shí)就基本上不排氣了。當(dāng)排氣道的面積大于臨界面積時(shí)，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

2、常重要，要求在真空截止閥關(guān)閉之前，型腔內(nèi)的真空度要保持到充型完畢才能關(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(duì)真空截止閥進(jìn)行處理，而影響正常生產(chǎn)。壓鑄作為有色金屬鑄造業(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，降低了生產(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(duì)壓鑄一無所知的人們也無時(shí)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(yán)重的先天不足-型腔內(nèi)的氣體影響。與傳統(tǒng)的砂型或金屬固定模重力

3、鑄造相比，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(rùn)滑劑所產(chǎn)生的煙氣有更大可能的結(jié)合。因此，傳統(tǒng)壓鑄件的金屬結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如砂型或固定金屬模的鑄造件是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。        為改善壓鑄的這種致命缺陷，業(yè)內(nèi)人士早在大半個(gè)世紀(jì)前開始就對(duì)其工藝進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，諸如在模具上開排氣槽，盡量采用小壓室的壓射，低速壓射，以及現(xiàn)代壓鑄機(jī)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(dá)瑞第一次將真空技術(shù)引用到壓鑄生產(chǎn)

4、工藝中。成立于1942年的瑞士方達(dá)瑞起先也是一個(gè)壓鑄工廠，隨著成功的將真空應(yīng)用到壓鑄工藝中，方達(dá)瑞逐漸將研究和發(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余年的不斷發(fā)展和完善，使方達(dá)瑞的真空技術(shù)和應(yīng)用日臻完善。作為這個(gè)行業(yè)的先驅(qū)和領(lǐng)航者，方達(dá)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(shí)存在于行腔中的氣體由空氣和壓射時(shí)產(chǎn)生的煙氣組成。我們來看看無排氣傳統(tǒng)壓鑄和采用方達(dá)瑞真空系統(tǒng)的型腔內(nèi)氣體壓力圖。       在

5、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)的空氣和煙氣充分接觸，氣壓在最后充型點(diǎn)將達(dá)到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毫巴以下，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，就越難形成無缺陷的金屬結(jié)構(gòu)鑄件。所以排氣就成為決定壓鑄件質(zhì)量的重要因素。這就不難理解真空排氣對(duì)壓鑄工藝的重要之處了。         有些人認(rèn)為真空作為一種有效的排氣手段是可以由其它方式替代的，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？

6、很多壓鑄機(jī)廠商的許諾-他們的壓鑄機(jī)本身就可以根本解決排氣問題，比如多段多速可調(diào)節(jié)壓射系統(tǒng)應(yīng)用。不可否認(rèn)的是，多段多速壓射將解決一些在壓室內(nèi)由于金屬流動(dòng)所產(chǎn)生的裹氣問題，剩下的即是寄希望于理想的金屬流動(dòng)將氣體由內(nèi)向外全部排除出型腔。但事實(shí)上，壓射的噴射效應(yīng)不可能在瞬間轉(zhuǎn)化成理想的金屬流動(dòng)，無法保證金屬流動(dòng)于氣體之后，推動(dòng)氣體排除型腔。氣體與金屬的充分結(jié)合也無可避免，型腔內(nèi)的氣壓上升也是事實(shí)。用新壓鑄機(jī)解決不了排氣問題，最后聯(lián)手與方達(dá)瑞合作采用真空排氣的情況，在歐洲和亞洲客戶中屢見不鮮。印度市場(chǎng)的進(jìn)入就是方達(dá)瑞與布勒（Buhler）合作，通過幫助Sundaram Clayton解決Volvo的汽車

7、備件氣孔率問題而實(shí)現(xiàn)的。       傳統(tǒng)的積渣包和排氣槽設(shè)計(jì)-被動(dòng)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(jìn)行，型腔內(nèi)的氣體壓力會(huì)逐漸增高，更加大了氣孔的形成的可能。部分氣體能從氣槽中排出，說明型腔內(nèi)的氣壓大于大氣壓力，而最后充型點(diǎn)的壓力將是最終型腔氣壓的極限點(diǎn)。另外眾所周知的問題是，被動(dòng)排氣還極可能會(huì)造成金屬飛料，降低壓射效率，污染環(huán)境并帶來安全隱患。        無真空被動(dòng)排氣冷卻塊-由于最頂端的間隙通常設(shè)計(jì)成0.2毫米，以增大金屬冷凝的機(jī)會(huì)，盡管

8、底部被設(shè)計(jì)為0.8毫米或更大，這個(gè)最窄處截面也就成為排氣的“瓶頸口”，所以該形式排氣能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)想中的情況。另外波浪板型的設(shè)計(jì)中，忽略金屬和氣體流動(dòng)特性的組合優(yōu)化，也會(huì)給排氣和金屬冷凝帶來困難，金屬充不滿或飛料就難以避免。更有由此帶來的投影面積增大的問題。        在這里要說明的是，被動(dòng)排氣的種種形式確實(shí)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，因?yàn)榇藭r(shí)的型腔氣壓會(huì)是大于大氣壓的“正壓”，與真空壓鑄的小于大氣壓的“負(fù)壓”相比，效果是差別很大的。三、何時(shí)需要采用真空排氣   

9、     不采用真空排氣，完全取決于對(duì)鑄件質(zhì)量要求的程度。對(duì)于那些低端產(chǎn)品而言，由于利潤(rùn)低薄，質(zhì)量要求不高，真空排氣帶來的益處并不彰顯；而對(duì)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(bào)，就能在極短時(shí)間內(nèi)收回真空系統(tǒng)的投資，創(chuàng)造更大的效益。以德國寶馬6缸發(fā)動(dòng)機(jī)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，所以其壓鑄生產(chǎn)100%采用真空工藝。 在下列情況下，廠商應(yīng)考慮采取真空技術(shù)以提高壓鑄質(zhì)量：型腔充注不完全在下道工序出現(xiàn)空氣和氣體氣孔率氣孔率造成抗拉強(qiáng)度減弱鑄件內(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

10、工藝後鑄件表面出現(xiàn)氣泡       充型不好是因?yàn)闅埩粼谛颓粌?nèi)的氣體占據(jù)了充型空間，產(chǎn)生表面缺陷；當(dāng)在下道工序，如加工或打磨時(shí)暴露出表層下的氣孔時(shí)，將造成二次廢品率；氣孔還會(huì)造成金屬結(jié)構(gòu)不密實(shí)，鑄件強(qiáng)度達(dá)不到要求；由氣孔率產(chǎn)生的氣密性問題將會(huì)帶來內(nèi)部氣體或液體的泄漏；焊接處如果有氣孔將使焊接失效；鑄件表層的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(jī)和排氣元件組成。壓鑄真空發(fā)展時(shí)至今日，所謂的真空系統(tǒng)林林總總，技術(shù)訣

11、竅各具所長(zhǎng)，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(jià)比高的才是最終的選擇。 從真空機(jī)來講，大致分為三類：1、由繼電器和手動(dòng)開關(guān)控制真空機(jī)，多為國產(chǎn)真空泵。價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，可由計(jì)時(shí)器關(guān)閉真空，但不具備工藝參數(shù)控制要求，用于低端質(zhì)量要求產(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(jìn)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(cè)量真實(shí)的型腔真空度，由計(jì)時(shí)器或行程開關(guān)信號(hào)關(guān)閉真空，無法控制純機(jī)械真空閥。3、由PLC加觸摸屏控制，參數(shù)控制，故障顯示，即時(shí)型腔真空度曲線和真空值顯示，工藝菜單

12、存儲(chǔ)，多語言界面；可兼容機(jī)械閥，時(shí)間/路徑控制的單芯閥以及冷卻塊。進(jìn)口真空泵及所有控制元件。從真空排氣元件分，為對(duì)應(yīng)的以下三類：1、冷卻塊 2、由時(shí)間或路徑控制關(guān)閉的單芯真空閥3、由金屬流動(dòng)能機(jī)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(duì)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)量排氣要求優(yōu)點(diǎn): 啟動(dòng)真空排除空氣和煙氣直至金屬充滿型腔不同數(shù)目的冷卻塊可以被合并入一個(gè)模具(如一模多件 造價(jià)相對(duì)低廉維護(hù)簡(jiǎn)單容易可與最簡(jiǎn)單的真空機(jī)匹配缺點(diǎn): 真空停止由冷卻塊中金屬凝固來實(shí)現(xiàn)真空排氣能力非常低所占用的投影面積相對(duì)過大有飛料的危險(xiǎn)無法精確的控制排氣量 

13、;金屬容易粘結(jié)在表面重復(fù)使用精確度無法保證通道污染度高(與采用的脫模劑有關(guān)聯(lián)真空應(yīng)用需要訣竅2、由液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，依靠路徑/時(shí)間提前關(guān)閥的真空排氣：所謂的“半過程真空”排氣，用于一般質(zhì)量排氣要求優(yōu)點(diǎn): 排氣能力高 節(jié)省重熔成本投影面積占用相對(duì)較小集渣包較小缺點(diǎn): 只可達(dá)到很小的真空度，因?yàn)檎婵赵诔湫瓦^程前很早時(shí)就已結(jié)束，模外的空氣由于壓差將滲入型腔，同時(shí)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，因此不是所有的空氣和煙氣被排除一旦壓射外形改變，用于關(guān)閉真空閥的計(jì)時(shí)器或極限開關(guān)必須加以調(diào)整一次性投資成本較高需要維護(hù) 需要備件需要與之匹配的真空機(jī)3、由

14、機(jī)械閥靠金屬動(dòng)能關(guān)閥的真空排氣：所謂的“全過程真空”排氣，用于高質(zhì)量真空排氣要求優(yōu)點(diǎn): 真空閥將一直開啟至壓鑄過程結(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(duì)較小可省卻集渣包真空閥將由合金動(dòng)能關(guān)閉，壓射外形的改變對(duì)真空閥的功能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(dá)到理想的金屬結(jié)構(gòu)缺點(diǎn): 一次性投資成本較高需要相配的真空機(jī)實(shí)現(xiàn)其諸多功能需要應(yīng)用“訣竅”需要維護(hù)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個(gè)排氣元件的問題。從排氣過程上看，“形式真空”排氣雖然簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但無法實(shí)現(xiàn)工藝

15、控制，換句簡(jiǎn)單的話說，就是無法知道真空排氣的真實(shí)情況；“半過程真空”雖然可以強(qiáng)調(diào)在慢速階段或者說金屬在壓室時(shí)的真空排氣，通過加大真空閥和真空管路以及真空罐來達(dá)到超能力排氣，理論上在此時(shí)的真空度將達(dá)到一個(gè)非常低的數(shù)值，但隨著真空在充型前的結(jié)束，姑且不論由模具間隙侵入的空氣，單單熱金屬射入時(shí)產(chǎn)生的煙氣就會(huì)因?yàn)檎婵战Y(jié)束而無法排除。不難了解到，一單位的殘余液體將產(chǎn)生1000倍以上體積的煙氣，“半過程真空”至此可以說是前功盡棄了，這可以從圖7看出其結(jié)果；“全過程真空”是與壓射同步，實(shí)現(xiàn)全過程排氣，最大程度上滿足低氣孔率的唯一手段，也是方達(dá)瑞一直致力于研究和推廣的排氣方式。 五、影響真空排氣的因

16、素        一些應(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！為了更好地說明和回答以上疑問，我們首先來看看壓鑄件的質(zhì)量組成，可以說，任何一個(gè)影響質(zhì)量的因素都可以一票否決最終的鑄件質(zhì)量，這里所說的組成是指綜合條件下的情況，任何人都可以對(duì)其組成持不同意見，但并不影響用它來說明問題。從圖8可以看出，模具和壓鑄機(jī)將是影響鑄件質(zhì)量的最關(guān)鍵因素。         模具：

17、包括型腔，澆口和流道以及排氣口的設(shè)計(jì)布置和加工精度；還有起模頂針和滑芯的設(shè)計(jì)布置和加工精度。對(duì)于重復(fù)使用率要求極高的模具來說，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(diǎn)；但對(duì)于另一些人說真空對(duì)模具要求很高，就不能這么看了。應(yīng)該說明的是，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)量并不僅僅是因?yàn)榕艢?，而是為了提高整體的鑄件質(zhì)量。這一點(diǎn)應(yīng)該沒有疑問！模具的平整密合是最基本要求，從現(xiàn)象上看，不飛料就可以滿足真空排氣的應(yīng)用。還有人問：是否在模具間加密封？答案

18、是不必，因?yàn)槲覀円龅氖潜M可能排除型腔內(nèi)的氣體，但不是要求一定得將型腔內(nèi)的氣壓降至絕對(duì)真空零毫巴，這既不經(jīng)濟(jì)也很不現(xiàn)實(shí)，況且密封的采用效果并不理想。再有，存在于型腔中的煙氣在大多數(shù)的時(shí)候會(huì)被低估，并在排氣設(shè)計(jì)中沒有被計(jì)算到。最后，模具的經(jīng)常性的維護(hù)不僅對(duì)模具壽命有益，也對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的連續(xù)性和真空排氣有利。       壓鑄機(jī)：同樣的，好產(chǎn)品不大可能出自于狀況很差壓鑄機(jī)。即使最好的周邊設(shè)備的使用也并不能解決壓鑄機(jī)自身不良的狀況。所以壓鑄機(jī)的選擇也是出于對(duì)鑄件質(zhì)量考慮，而不是真空應(yīng)用的額外要求。模板平行，鎖模力適宜，壓室和沖頭的間隙不飛料，

19、對(duì)于真空的應(yīng)用已足夠。還有就是沖頭的速度過快的工藝過程，對(duì)真空排氣|<< 是個(gè)挑戰(zhàn)，可能使得排氣能力來不及充分發(fā)揮。       其次，真空系統(tǒng)的選擇也會(huì)影響到其最終效果。選擇“形式真空”（黑線）還是“半真空”（棕線），還是“全真空”（藍(lán)線）將會(huì)直接影響到其壓鑄工藝結(jié)果。見圖9，“形式真空”的最理想的排氣情況約為“全真空”的50%，而“半真空”就很難說了，多數(shù)情況下比“形式真空”還不理想。這里還包括真空機(jī)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(jì)，包括排氣點(diǎn)的選取，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(yàn)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(jiǎn)單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(duì)真空技術(shù)有誤解。對(duì)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(huì)滿足壓鑄商的質(zhì)量要求。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)品的排氣要求。第四正確理解真空排氣的效率問題。一個(gè)選型得當(dāng)?shù)恼婵諜C(jī)提供的是一種充分的瞬間排氣能力