反重力鑄造裝備技術的應用與發展

【摘 要】利用反重力鑄造工藝來鑄造裝備，可有效提高金屬利用率，改善并確保鑄件質量。結合反重力鑄造技術的應用現狀，本文對反重力鑄造技術在裝備鑄造中的應用作詳細分析，并淺要探討了該技術的未來發展趨勢，得出相關結論，以供同行參考。

【關鍵詞】反重力鑄造；裝備；工藝原理；應用；發展

鑄造技術盛行之后，反重力鑄造技術在實際生產中的應用變得廣泛，為裝備技術的發展提供了良好條件。反重力鑄造屬裝備技術的一種，具有鑄造成本低，鑄造效率高，有效改良鑄件質量等特點，可推廣應用到薄壁構件生產中。基于反重力鑄造技術在裝備生產中的重要性，筆者現結合反重力鑄造技術特點，對反重力鑄造技術的應用現狀進行研究，詳細內容如下。

1 反重力鑄造技術的應用現狀

反重力鑄造技術與傳統重力鑄造技術原理不同，它在鑄造構件時所產生的驅動力剛好與構件重力方向相反，需要克服重力作用來獲得鑄件。這一鑄造技術在實際應用時具有充型平穩、組織性能強、不破壞鑄件質量等優點，能有效保證鑄件的鑄造質量。目前，反重力鑄造技術主要有三種實施方法，一是低壓鑄造，二是差壓鑄造，三是調壓鑄造。三種鑄造方法各具特點，應用于實際生產時都能保證鑄件質量，提高鑄件性能。

1.1 低壓鑄造技術

反重力鑄造技術中，低壓鑄造的產生時間最早，20世紀10年代就已經被提出。低壓鑄造技術的基本原理是利用坩堝內部氣壓來控制并解決充型與補縮之間的矛盾，以確保重力鑄造的充型平穩性，防止鑄件表面產生氣孔或者夾渣，影響鑄件質量。傳統重力鑄造技術在具體實施時一般采用底注方法，而由于受到底注原理的影響，鑄型內部溫度會發生變化，溫度場可能出現分布不均勻情況，進而導致冒口補縮受阻，難免會對鑄件質量產生影響。因此研究人員改良了鑄造技術，利用低壓鑄造方法來鑄造裝備，利用低壓鑄造技術所具備氣壓充型原理，將鑄型內的補縮通道、澆道結合到一起，形成一條通道，同時保持鑄型內部溫度，保持溫度場分布均勻，使溫度梯度與鑄型內部壓力梯度保持一致，成功解決了澆注和補縮矛盾。下圖1為低壓鑄造技術的工作原理圖。

低壓鑄造技術具有極好的充型平穩性，能適當提高鑄件的致密性，保證鑄件質量，當前在厚大斷面鑄件鑄造工藝中有著廣泛的應用。

1.2 差壓鑄造

差壓鑄造方法的興起時間在20世紀60年代，它是繼低壓鑄造技術之后，創新、發展起來的新型鑄造技術。由于低壓鑄造技術只能控制坩堝內部氣壓，無法控制鑄型的外部大氣，所所以難免存在技術缺陷。為了改進低壓鑄造存在的技術缺陷，研究人員在低壓鑄造原理上探討研發出了差壓鑄造技術，使差壓鑄造既具備低壓鑄造技術特點，又具備壓力釜鑄造技術特。探析差壓鑄造技術原理，發現其在應用時能將鑄型內的上、下壓力同時控制起來，然后鑄造裝備，保證充型平穩、鑄造安全有效。差壓鑄造時，如果采用減壓法進行裝備鑄造，鑄造過程中鑄型會在壓力變化下產生壓差，鑄型產生的壓差越大，其排球能力就越強，氣孔就越不容易形成。所以，壓差鑄造法的使用能有效提高鑄件質量，減少氣孔的產生率。下圖2為差壓鑄造原理圖。

差壓鑄造比低壓鑄造更加有效、可行，它不僅具備低壓鑄造特點，能實現低壓鑄造裝備，還具有壓力釜鑄造特點，能改善鑄件質量，減少氣孔產生，降低鑄件的熱裂可能性。

1.3 調壓鑄造

調壓鑄造技術具有充型能力強、補縮性能高兩大特點，并且能在鑄造過程中實現真空冶金。與差壓鑄造技術相比，調壓鑄造技術的性能更加完善。現代工業常將調壓鑄造技術應用于薄壁鑄件的鑄造工藝中，它能提高薄壁鑄件的精密性，能突破復雜結構鑄件精密組芯技術，解決一些關鍵性難題。

調壓鑄造技術的最大應用優勢是能大大提高金屬液的利用率，能提高薄壁鑄件的充型能力，減少鑄件表面氣孔的產生率，避免鑄件質量缺陷。

2 反重力鑄造技術的發展分析

2.1 反重力鑄造電控技術的發展

縱觀目前國內外反重力裝備的控制系統，單板機控制系統已成為歷史。隨著計算機和PLC等工業控制技術的不斷發展，給傳統反重力鑄造裝備控制系統的更新提供了良好的環境。目前國內外常用的控制系統基本上有2種方式：

1）由工業化一體工作站結合各種數字量或模擬量輸入輸出板卡組成，該系統可發揮工控機的強大優勢，采用高級語言編寫更為復雜的執行或監控程序，用于數據采集PCI系列板卡具有很高的采集速度。國內研制開發的BH1型低壓鑄造計算機控制系統、T482型低壓鑄造控制系統都采用此種結構；

2）由PLC控制裝置與觸摸屏或工控機組成上下位機結構的控制系統，PLC大多采用德國SIEMENS或是日本MITSUBISHI公司產品，作為下位控制機，完成設備的順序動作控制，工控機或觸摸屏作為上位監控管理機，實現對設備的運行狀況監控以及參數設置修改、數據保存與處理等功能。

2.2 反重力氣控技術的發展

人們在反重力鑄造裝備的研制過程中不斷探索，尋求更適合于反重力鑄造裝備使用的專用調節閥。例如，電氣比例閥、直行程電動調節閥也在反重力鑄造裝備中得到了應用。數字化技術的發展給人們帶來了更大的想象空間。德國GIMA公司率先在反重力低壓鑄造裝備中使用了數字組合閥，開發出了專用BAC系統，取得了很好的控制效果。近些年來，國內的反重力鑄造裝備研制單位也開發了具有自主知識產權的反重力鑄造專用數字式組合閥，并在不同種類的裝備技術中得到了應用，取得了很好的使用效果。數字式組合閥技術的運用，計算機可直接采用數字信號進行控制，調節閥的不同流量狀態可實現階躍式調節，從而提高了控制系統的壓力控制精度。

3 結束語

綜上所述，反重力鑄造裝備技術在當前生產實踐中已經得到了廣泛的應用，且隨著計算機技術水平的不斷提升，反重力鑄造裝備技術已經能夠實現自動化、遠程化動態監控，能通過計算機軟件技術來對鑄造工藝進行控制，確保裝備與鑄件的鑄造質量，使鑄造工藝過程隨時處于最佳狀態，切實保證鑄件質量。在本篇文章中，筆者對反重力鑄造技術的種類作了分析，探討了低壓、差壓與調壓三種鑄造技術的原理和特點，并展望了反重力鑄造裝備技術的未來發展趨勢，得出一系列結論，希望對同行工作有所幫助。

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[責任編輯：丁艷]