淺議高真空壓鑄技術(shù)及其應(yīng)用

楊春紅++錢紅

摘 要：高真空壓鑄技術(shù)是指在金屬填充壓鑄模型腔的過程中，利用真空源排出壓鑄模型腔內(nèi)部的空氣使之真空度達到90kPa以上（絕對壓力10kpa以下）的一種壓鑄成形技術(shù)。高真空壓鑄的優(yōu)點是能減少鑄件內(nèi)部氣孔，提高材料的力學性能，適合于高強度高韌性、復(fù)雜薄壁零件的生產(chǎn)，特別是在汽車受力件的制造上具有很強的技術(shù)和效率優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：高真空壓鑄；汽車輕量化；真空度

中圖分類號：TG249 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0052-01

1 高真空壓鑄工藝概述

壓鑄工業(yè)史上，真空壓鑄的首次嘗試出現(xiàn)在1872年，由于條件不成熟，實際應(yīng)用效果不大，沒有幾年就停止了。1932年，L.Fromer歸納了兩種基本方案，一個是直接從模具排氣道抽氣，另一種是將模具直接置于真空箱內(nèi)部，但最終都因真空系統(tǒng)難于實現(xiàn)而放棄。50年代，真空壓鑄出現(xiàn)復(fù)蘇跡象。各國競相研發(fā)，取得一些技術(shù)的突破，但是因一些技術(shù)難題以及高昂的成本又步入低潮。

高真空壓鑄是指壓鑄模型腔內(nèi)的真空度達到90kPa以上的壓鑄方法，其實現(xiàn)方法有三種：一是Vacural法，由德國Muller-Weingarten公司和Vaw公司聯(lián)合研發(fā)；二是MFT法，由德國的Alcan-BDW公司推出，還有一種Vacuum Golve Box法，由日本雅馬哈公司開發(fā)。

Vacural法是通過升液管將壓室和熔化爐直接連通，金屬鋁液通過抽真空的方式被吸入到壓室內(nèi)，當真空度達到預(yù)定值時再壓射成形。Vacural法缺點是需要專用壓鑄機，且價格昂貴，加上受專利技術(shù)的保護，應(yīng)用受到限制。

MFT（Minimum Fill Time）法只需要采用普通的壓鑄機，其工作原理首先抽取壓鑄模型腔中的空氣，使型腔內(nèi)真空度到90kPa以上，然后利用多澆道以及大面積的內(nèi)澆口迅速將金屬鋁液充填型腔。

Vacuum Golve Box法是將整個模具放置在一個密封罩里面，并設(shè)置幾個抽氣回路來抽取密封罩內(nèi)模具中的空氣，確保壓鑄模型腔中的高真空度。

2 高真空壓鑄技術(shù)的應(yīng)用

近年來，中國汽車工業(yè)迅速崛起，據(jù)統(tǒng)計2014年國內(nèi)汽車產(chǎn)量達到2389萬輛，2015年突破2450萬輛。由于壓鑄產(chǎn)業(yè)與汽車工業(yè)的高度關(guān)聯(lián)，再加上電梯梯級、摩托車、五金、建筑、電子通信等行業(yè)對壓鑄件的需求不斷增加，使得國內(nèi)壓鑄產(chǎn)業(yè)也獲得了蓬勃發(fā)展。但從全球經(jīng)濟發(fā)展趨勢看，全球資源的日趨緊張和全球氣候變暖對汽車行業(yè)提出了更高的要求，低碳環(huán)保的理念更加深入人心，因此汽車的節(jié)能減排是實現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要目標。

汽車輕量化是汽車實現(xiàn)節(jié)能減排的重要方法之一，目前以鋁代鋼的輕量化技術(shù)是汽車發(fā)展的一個重要方向。從2010年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，全世界汽車工業(yè)的用鋁量占總的鋁消費量的30%以上，居于首位，就中國而言，汽車工業(yè)用鋁量占比達到28%，僅次于建筑行業(yè)用鋁量。而壓鑄作為鋁合金的主要成形方法之一，如何充分發(fā)揮壓鑄的技術(shù)、效率及成本優(yōu)勢，特別是利用壓鑄方法生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的鋁合金壓鑄件是工業(yè)發(fā)達國家競相研發(fā)和推廣應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域之一。

3 高真空壓鑄技術(shù)的優(yōu)勢

雖然壓鑄技術(shù)具有效率、性能、成本的綜合優(yōu)勢，但壓鑄成形過程中由于金屬液高速噴射填充型腔，型腔中的氣體來不及排出，不可避免會卷入到金屬液中，并以氣孔的形式殘留到鑄件中，所以普通壓鑄件的性能不是特別高，鑄件也不能通過固溶熱處理進一步強化其性能，從而在重要和復(fù)雜受力部件如汽車、摩托車保安零部件上的應(yīng)用受到限制。

長期以來，人們?yōu)榻档蛪鸿T件內(nèi)部氣孔缺陷，提升壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量，提高壓鑄件力學性能，研發(fā)了許多新的特殊壓鑄方法，如層流充填法或超低速壓鑄法、充氧壓鑄法、真空壓鑄法等。上述方法都力爭減少高速金屬液在充填過程中的包裹氣體現(xiàn)象，從而達到提高鑄件內(nèi)部質(zhì)量的目的。由于層流充填法存在生產(chǎn)效率低，對鑄件結(jié)構(gòu)有特定要求；充氧壓鑄法操作工序復(fù)雜，工藝參數(shù)不易控制等缺點，所以實際生產(chǎn)中這兩種方法應(yīng)用甚少。真空壓鑄法則是先將型腔中的氣體抽出，然后金屬液在真空狀態(tài)下充填型腔，因而卷入的氣體少，鑄件的內(nèi)部質(zhì)量好。真空壓鑄法不僅繼承了普通壓鑄方法的優(yōu)點，且大大改善了普通壓鑄工藝的氣孔缺陷。而采用高真空壓鑄技術(shù)生產(chǎn)的鑄件可以進行焊接，熱處理加工，例如由高真空壓鑄技術(shù)制造的汽車重要受力件：底盤懸掛梁、三角臂、轉(zhuǎn)向臂等。所以真空壓鑄法自出現(xiàn)以來，表現(xiàn)出強大的生命力，成為提升壓鑄件質(zhì)量和性能的首選工藝，得到壓鑄企業(yè)越來越多的重視和應(yīng)用。

4 結(jié)語

基于高真空壓鑄技術(shù)的工藝特點和優(yōu)勢，德、美、日等國對高真空壓鑄技術(shù)進行了大量的研發(fā)，并獲得了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。而由于技術(shù)、觀念以及管理等方面的原因，國內(nèi)對高真空壓鑄技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)及應(yīng)用明顯落后于工業(yè)化國家，己成為制約國內(nèi)壓鑄企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提升和汽車輕量化發(fā)展的共性技術(shù)瓶頸。因此國內(nèi)壓鑄企業(yè)迫切需要進行高真空壓鑄技術(shù)的開發(fā)，大力提高鑄件質(zhì)量，縮短國內(nèi)外的技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量差距。

參考文獻

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