高真空壓鑄技術在鑄造行業的發展及應用

姚士琦

摘 要：高真空壓鑄技術已經成為現代工業化國家綠色制造行業的重要新技術開發項目。文章先介紹高真空壓鑄技術工作原理；然后就高真空壓鑄技術的開發，從不同角度對高真空壓鑄技術進行分析解讀；最后從鋁合金鑄件的發展前景、工藝適宜性技術對策等方面，對高真空壓鑄技術的發展趨勢進行分析。

關鍵詞：高真空；壓鑄技術；發展；應用

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

高真空壓鑄技術發展迅猛，已經廣泛應用于航天、兵器、船舶、儀表、閥體、家電、汽車等行業。高真空壓鑄技術核心是真空排氣閥的創新設計，通過接受壓鑄機開模、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。這種真空壓鑄技術成形的產品，具有極強的韌性和強度，能夠增強企業在高端壓鑄市場形成核心競爭力，也可以為提升企業經濟效益做出重要貢獻。

1 高真空壓鑄工作原理

1.1 真空壓鑄法

所謂真空，是指絕對無物質的空間。平時所說的真空，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，有極高的強度和韌性，可以用于多種制造行業，發展前景非常廣闊。

1.2 高真空壓鑄方法及工作原理

高真空壓鑄技術屬于新型技術開發項目，目前高真空壓鑄技術主要有兩種方法。這兩種高真空壓鑄技術都來自于德國，一個是由Muller-Weingarten公司和Vaw公司合作開發的Va-cural法，一個是由Alcan-BDW公司開發的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間內填充型腔。特別是MFT法，普遍使用普通壓鑄機，這樣可以大大降低生產成本，推廣應用前景極為廣闊。其次，高真空壓鑄技術涉及眾多技術領域，如金屬溶液處理、模具結構設計、澆筑工藝和脫模劑生產選用等，只有實現多元融合，才能體現高真空壓鑄技術的價值。

2 高真空壓鑄技術開發

2.1 高真空壓鑄真空截止閥

高真空壓鑄技術中的截止閥是高真空壓鑄技術的核心。利用合金液的慣性沖擊力實現排氣通道的關閉，并利用杠桿方式進行連接，連接方式為：主動—從動兩活塞驅動。真空截止閥采用主動和從動活塞杠桿傳動，能夠使活塞獲得較大位移，大大提升了截止閥關閉的靈敏性和可靠性。

2.2 高真空壓鑄真空系統

高真空壓鑄鑄件時，要確保型腔中的真空度達到91 kPa以上，只有保持很大的抽氣速度方可在最短時間內完成。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，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。粉狀脫模劑有優良的涂膜性能和良好的生態環保性，能夠極大地提升生產效率。為降低粉狀脫模劑生產成本，對粉狀脫模劑的開發取得顯著成效。

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，適當加入氮化硼、微晶蠟等。根據實驗得知，在粉狀脫模劑生產中，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，其噴涂性和脫模性都達到很高的標準。

2.4 高真空壓鑄模具密封方法

高真空壓鑄技術的關鍵技術是抽氣效果要達到要求，利用緩沖罐內的真空度和抽氣時間，能夠有效提升高真空抽氣指數，但壓鑄模具的密封問題依然不容忽視，一旦密封不好，總進氣量過大，也會導致高真空度下降。

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

3 高真空壓鑄的發展趨勢

3.1 高真空壓鑄的技術優勢

高真空壓鑄技術相比普通壓鑄法要有更多技術優勢。①高真空壓鑄技術操作方便、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算機進行控制，利用觸摸屏顯示、輸入數據，非常直觀簡潔；③高真空壓鑄控制系統和壓鑄機匹配，能夠自動檢測型腔中的真空度，還可以對真空管路進行自動檢測、清洗、報警等；④高真空壓鑄技術用截止閥，大都是杠桿式，“主——從”活塞運動方式。這種運行方式，開關靈敏，結構合理，反應快，具有壽命長、維護便利、行程短等特點；⑤高真空壓鑄模具采用密封性結構，泄露少，型腔中的真空度就高。

3.2 高真空壓鑄鑄件的應用前景

高真空壓鑄技術發展速度驚人，為追求零部件的細密化、輕量化，已經開始將零部件化零為整，進行整體鑄件。特別是在一些要求高的行業，如航天、兵器、船舶等，都需要具有大型、薄壁、復雜等特點。如美國ADM-89B巡航導彈，就是采用這樣技術生產的，大大降低了質量和生產成本。

3.3 工藝適宜性技術對策

①合金液充填。壓鑄薄壁、復雜鑄件時，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，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，進行分散內澆道，其導熱率大大降低，能夠圓滿解決狹長、復雜型鑄件合金液充型難的問題。

②分散熱節補縮。在普通鑄件時，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，而且分散熱節補縮困難，很容易造成鑄件的縮孔、縮松等缺陷。利用高真空壓鑄技術可以使鑄件凝固過程中均勻受壓，避免出現受壓不均出現縮孔、縮松等現象，有效實現對分散熱節的補縮。

3.4 高真空壓鑄技術發展的應用和期待

高真空壓鑄技術快速發展，但在一些技術領域還存在技術盲區，需要通過多次試驗才能獲得系統性工藝特性參數，根據試驗數據分析形成高真空壓鑄凝固特性、合金物性能參數等的數據庫。還要通過技術改革，不斷提升高真空壓鑄設備的機械化、自動化、系列化程度，促使高真空壓鑄技術日臻成熟，也為大力推廣此項技術創造了良好條件。

4 結 語

真空壓鑄法就是抽出型腔中的氣體，能夠將模具型腔中的真空度達91 kPa以上，讓合金液在真空下成形，鑄件的力學性能特別精良，密實度高，韌性強，被廣泛應用于多種制造行業，已經成為未來制造業發展方向。開發高真空壓鑄技術，推廣應用高真空壓鑄技術，不僅能夠提升鑄件的各項性能，還能大大降低生產成本，深受制造行業的青睞。

參考文獻：

[1] 李海林.真空壓鑄工藝與鋁合金高真空壓鑄技術研究[J].模具制造，2013，（12）.

[2] 萬里，林海，何偉，等.壓鑄用高真空控制系統的開發與應用[J].特種鑄造及有色合金，2010，（7）.

[3] 何偉.高真空壓鑄用真空控制技術的開發[D].武漢：華中科技大學，2009.