壓鑄式低壓鑄造技術和工裝設備的分析

沈瑞

（伊姆樂（上海）機械有限公司，上海 201707）

壓鑄式低壓鑄造技術和工裝設備的分析

沈瑞

（伊姆樂（上海）機械有限公司，上海 201707）

低壓制造技術是大型動力設備現代薄壁構件制造工藝中的重要組成部分，是我國工業制造行業研究的重要內容之一。本文對低壓鑄造技術實踐發展進行了概述，并以壓鑄式低壓鑄造技術為研究對象，對其基礎工藝流程、工裝設備以及工藝技術應用特性與范圍進行了分析，并提出了低壓鑄造技術發展的主要方向。

低壓鑄造；工裝設備；壓鑄式低壓鑄造技術

近年來我國工業制造以及機械制造業不斷發展，現代化大型整體薄壁結元件的精密性制造成為研究的主流趨勢。由于低壓鑄造技術具有平穩地主充型、少量甚至無余量成型加工等特點，在現代化大型整體薄壁結元件的精密性制造以及現代化機械元件制造中得到普及應用，成為鋁合金鑄件生產中的主流。因此，對低壓鑄造技術與工裝設備的研究具有重要現實意義。

1 低壓鑄造技術發展概述

由《低壓鑄造技術在銅合金和黑色金屬領域的發展和應用》（劉孝福，婁延春，2006）《低壓鑄造技術:發展歷程、研究現狀和未來趨勢》（鄭小秋，謝世坤，2017）等資料整合分析可知，低壓鑄造技術最早起源于20世紀初期階段美國“鋅鋁合金鑄件專利”中，該專利中初步涉及到低壓鑄造工藝。在同時期，英國E．F．Lake申請的“鉛和錫合金鑄造設備專利”被認為是低壓鑄造技術的起源。隨著工業技術的不斷發展，低壓鑄造工藝設備先后進行了不斷的革新，鋁合金鑄件模型的產生進一步推動了低壓鑄造技術的廣泛應用，輕合金鑄造“啤酒桶”的產生推動了低壓鑄造技術向高生產化、系統化的發展。我國低壓鑄造技術研究與應用較晚，整體技術水平與生產體系有待進一步完善。

2 壓鑄式低壓鑄造技術主要工裝設備

基于低壓鑄造技術原理，壓鑄式低壓鑄造機械設備呈立體結構，主要由具有可實現模具自動上下分合操作、具有固定作用的升液管以及上油缸固定板、油壓系統、下油缸移動系統、整體機架、液面加壓管控設備等體系共同組成。其中壓鑄式低壓鑄造工裝設備中，模具具有可替換性，即根據所需鑄造的鑄件結構選用符合實際需求的多塊或移動塊模具進行操作，其模具材料以金屬材料為主，合金以及其他材料進行組合應用。升液管則是依據鑄件構建金屬液特性，包括所需澆注溫度、氧化性等進行科學選用，通常情況下，升液管制造材料多為具有抗高溫性、抗氧化性等鋼管、鐵管、合金以及陶瓷、石墨等材料。此外，其保溫爐體也多由金屬、抗熱性強、抗火性強且具有一定電阻發熱性能的材料組成，模型結構如圖1所示。

圖1 低壓鑄造模機械設備圖

3 壓鑄式低壓鑄造工藝技術基本流程

由于壓鑄式低壓鑄造機械設備多為立體式結構，其升液管在設備中具有一定的固定位置，依據組合式模具實現上部各系統的移動操作與具體功能實施。因此，向下部可移動式保溫爐體中注入符合工藝需求的低壓鑄件溶液，并將壓鑄式低壓鑄造機械設備中的升降管、模具以及保溫爐體相結合密封，通過操作液面管控系統，進行預設工業操作，完成各項數據的具體操作，包括升液、低壓結晶、模型塑造等，并在既定時間內與條件下將鑄件取出，完成單位鑄件工藝基礎流程，可進行替換或循環操作。

4 壓鑄式低壓鑄造技術應用特性與范圍

壓鑄式低壓鑄造技術除了具有傳統低壓鑄造工技術特點，包括鑄件溶液高利用率、鑄件高質量性外，其自動化與系統控制性操作改變了傳統鑄件溶液浸入形式，形成間歇式升液管浸入，有效縮短了工作時間，提升了金屬元件鑄造性能與使用壽命，且符合多元化金屬構件鑄造操作。與此同時，相對于傳統低壓鑄造技術而言，壓鑄式低壓鑄造工藝技術對于鑄造溶液（以金屬溶液為主）的填補更具便利性，在保溫爐體金屬液補充過程中，低壓澆筑溫度上下波動相對較少，澆筑口余料利用率更高，實現了低壓鑄造技術少余料以及無余量成型加工工藝的操作。加之，在溶液補充過程中受工藝技術操作的影響，保證了每一次澆注過程中液面溶液量的統一性、適用性，進一步優化了液面管控系統作用需求，提升了液面管控系統工作效率，在一定程度上有效降低了工藝操作成本，提升了企業經濟效益性。此外，壓鑄式低壓鑄造技術中低壓鑄造工裝設備保溫爐體所具有的可替換性，實現了機械設備多元化應用，保證了一臺設備多項工藝鑄造生產，不僅節約了生產成本，也優化了組件質量，促進了精密性鑄件生產的完善與優化。

隨著壓鑄式低壓鑄造技術的不斷提升，低壓鑄造技術應用性能得到了進一步提升，在我國汽車構件生產、鋁銅合金構件鑄造以及小鑄件、精密性機械鑄件鑄造中得到了廣泛應用，如汽車缸蓋、鋁銅接頭、電水系統閥門等。

5 低壓鑄造技術發展趨勢

由低壓鑄造技術原理以及上述工裝設備分析可知，壓鑄式低壓鑄造技術應用價值的關鍵在于升液階段金屬液管控以及鑄件充型階段溶液流速的有效管控。例如在升液充型階段，主要工藝技術是通過借助于氣壓壓力將低壓鑄造金屬液順著升液管進行推動，并推動至模具型腔中進行具體塑型，從而實現鑄件鑄造生產。在此過程中，對于充型材料的選用、金屬液流速的精準性控制、模具準確塑型等問題需進一步研究，是實現大型構建設備精密型鑄造思考的關鍵。因此，低壓鑄造技術應從以下幾方面著手解決上述存在的問題：其一，建立并深入研究低壓鑄造計算機數值模擬技術，實現數據模型與現實工藝技術操作的統一性與契合性，用以保證數據模型對低壓鑄造技術金屬液流模型、充型參數模型、金屬溶液與塑型腔中的氣體影響性模型等數值依據的準確性與有效性，用以進一步掌握充型過程問題形成的具體原因，為低壓鑄造技術的進一步完善與優化奠定基礎，促進低壓鑄造鑄件質量與效率的提升。其二，實現低鑄式低壓鑄造技術、新低壓鑄造技術與大型薄壁復雜構件生產、現代化精密機械金屬設備構件生產的結合應用。設計出符合需求的低壓鑄造技術，進行低鑄式低壓鑄造技術的創新發展，例如“連續式低壓鑄造技術”實現傳統低壓工裝設備一個保溫爐體向三個保溫爐體的轉變，通過彼此之間的有效連接與管控，實現材料補充的階段式、統一式工作，用以提升整體工作效率，實現連續性生產。又如通過低壓鑄造技術與復合型材料生產技術的有效結合，實現低壓鑄造技術除金屬鑄件外，對復合型鑄件材料的生產制造，在提升復合材料質量的同時，推動低壓鑄造工藝技術的多元化、多層次發展。其三，由于低鑄式低壓鑄造工藝材料以鋁、鎂合金體系為主體，因此在其未來發展中為進一步促進低壓鑄造技術的優化與完善，可進一步對低壓鑄造合金體系進行研發與拓展。通過結合材料學、熱力學、電學、計算機學以及機械自動化等知識，在傳統材料的基礎上進行創新設計，得出根據使用性的制造材料。例如，通過添加“粒細化添加劑”以及其它合金體系等，實現低壓鑄造工藝技術應用的有效拓展。

6 結語

文中對低壓鑄造技術發展歷程進行了分析，并以壓鑄式低壓鑄造技術為對象，重點分析了其工作原理、工裝設備、工藝流程以及應用特性與未來發展趨勢，以期進一步改進壓鑄式低壓鑄造技術生產效率低、液面控制系統操作復雜等問題。

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