真空壓鑄

隨著壓鑄結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品種類的日益增加，對其氣孔類缺陷的控制也越來越嚴(yán)格，同時帶來的是對真空的應(yīng)用更加廣泛和對型腔真空度的要求越發(fā)苛刻，所謂的高真空壓鑄概念也逐漸為一些壓鑄企業(yè)所接受。

一.高真空壓鑄定義

壓鑄上的高真空，是指50毫巴以下的真空度，進(jìn)一步的超高真空是指30毫巴以下的真空度，這在以前已經(jīng)論述過，在此姑且統(tǒng)稱為高真空壓鑄。

除了采取加大真空系統(tǒng)的排氣量包括真空機(jī)和排氣元件，增加系統(tǒng)的瞬間排氣能力等手段外，型腔空間（相應(yīng)的包括與之相連的熔杯，下同）的密封成為至關(guān)重要的因素；同時，控制型腔空間表面的干燥和清潔，以減少壓射高速充型時二次氣體的形成，提高系統(tǒng)排氣效率；甚至一些壓鑄企業(yè)在此基礎(chǔ)上，采取了大通道半真空過程排氣工藝，試圖將高真空排氣發(fā)揮到理論上的極致。

二.高真空系統(tǒng)組成特點

由此不難看出，壓鑄高真空系統(tǒng)由真空機(jī)和排氣元件，以及壓射時形成的相對高度封閉的型腔空間整體組成。

（1）真空機(jī)

為了實現(xiàn)系統(tǒng)瞬間大排氣能力，真空機(jī)在周期內(nèi)低壓回復(fù)能力必須強(qiáng)大。一般兩種方式實現(xiàn)這一要求：一是加大真空泵排氣量；二是增加一個二級泵。同時，為了降低單個壓射周期真空系統(tǒng)壓力的上升，維持其更好真空值，真空罐一般要相應(yīng)地增大與真空泵和壓鑄要求工藝相一致。

（2）排氣元件

對于全過程真空排氣工藝，排氣元件排氣面積確定還是以壓鑄件產(chǎn)品大小匹配為原則；對于半過程真空排氣工藝，排氣元件的排氣面積至少可以增加至實際所需的數(shù)倍。

（3）封閉的型腔空間

除了分型面的密封外，頂桿和滑塊也要考慮提高加工和配合精度或密封，沖頭采用卡環(huán)式配合密封。

三.影響高真空效率因素

首先，模具的密封度是至關(guān)重要的一環(huán)，包括分型面、頂針和滑塊。以往回答某款真空機(jī)在實際應(yīng)用中型腔能達(dá)到多少真空度，是讓真空供應(yīng)商著實難以回答的問題；業(yè)界為此提出了模具氣體泄漏量的概念來約束模具的交貨質(zhì)量，這就為高真空壓鑄的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

具體的模具測漏方式有兩種：

其一是在一定的真空度下，測試在給定的時間內(nèi)型腔封閉空間泄漏后的真空度，進(jìn)而算出泄漏量。其二是根據(jù)泵的排氣特性，在終壓時得到泄漏量。

兩種方式算出的泄漏量都可以作為反映模具泄漏多少的一個數(shù)值，并將其當(dāng)作是否能夠?qū)崿F(xiàn)高真空的預(yù)判參考。比較之下，第一種方式簡單，但涉及的因素多；第二種方式稍復(fù)雜，結(jié)果卻更直接。應(yīng)用中多采用第一種方式測量泄漏量。在此，小量程高精度的壓力感應(yīng)器必不可少。在實際現(xiàn)場情況下，沖頭密封狀況也包括需要考慮的因素之中。

其次，提升真空泵的排氣量或只增加二級泵的手段，其目的都一樣，都是為了在壓射周期內(nèi)快速回復(fù)系統(tǒng)的低壓值或者說高真空度。就成本來說基本相當(dāng)，效果也沒有什么差別，但從維護(hù)來看顯然前者有優(yōu)勢。

這里要說明的是，二級泵的使用會將系統(tǒng)壓力回復(fù)得更快些，但前提是前級泵要將壓力先降下來，工作制也許是間斷的，在足夠的工藝時間內(nèi)，是否有必要采用二級泵值得考慮；在壓鑄行業(yè)中，二級泵的使用并不會顯示出明顯優(yōu)勢，畢竟與其它一些行業(yè)的真空度要求比較起來，壓鑄真空只能算是粗真空。單極泵一般如果增加100%，那么雙極泵的二級泵比一級泵至少增加200%排量以上，否則沒有實際意義。與真空泵相匹配的真空罐也需要相應(yīng)的加大，增加的幅度要與壓鑄周期和選擇的真空泵統(tǒng)籌考慮，不是越大越好，一般增大相對于真空泵增加幅度的50%左右。

第三，排氣元件。全過程排氣的元件（包括真空閥和排氣板）通常只需要按鑄件重（體積）比例進(jìn)行選擇，過大的排氣面積需要更大的模芯排氣通道、過多的合金熔液，這會增加充型時間，為充型帶來負(fù)擔(dān)甚至引起意想不到的鑄造缺陷。對于半過程排氣元件（這里指的是真空閥），由于是借助其它力量主動提前隔斷型腔和排氣管路，如靠液壓傳動關(guān)閉的真空閥，不存在對模芯排氣通道內(nèi)合金熔液的要求影響產(chǎn)生，所以可以加大至所需的幾倍以上。前者需要匹配得當(dāng)，其結(jié)果經(jīng)濟(jì)實用，但維護(hù)工作較大；后者要精確給出閥體關(guān)閉的沖頭行進(jìn)位置，低速期排氣效率高，但對二次氣體敏感，對模具密封性要求更嚴(yán)格。

第四，型腔空間表面的干燥和清潔，會對充型時二次氣體的產(chǎn)生起到很大作用，進(jìn)而對半過程真空排氣工藝帶來重要影響，需要得到良好的控制。

最后，其它的如合金質(zhì)量，包括熔化、保溫和除氣等都會成為影響因素。還有工藝參數(shù)設(shè)定，涉及到壓鑄機(jī)與真空機(jī)同步的通訊和信號接口等等，就不一一在此陳述。

（來源：第一壓鑄網(wǎng)，2016-10-07，由華南理工大學(xué)研究生崔志杰供稿）

壓鑄分普通真空壓鑄和高真空壓鑄，前者主要有激冷排氣槽法和真空閥法，而高真空壓鑄有Va-cural法和MFT法。Vacural法是將熔化爐通過升液管和壓射室直接相連，抽取真空時先將金屬液吸入到壓射室內(nèi)，然后抽真空達(dá)到預(yù)定的真空度就可以完成壓射成型。MFT法使用普通壓鑄機(jī)，工藝特點是采用多澆道和大面積內(nèi)澆口來保證金屬液可以在極短時間內(nèi)充填型腔。

　　【美國汽車工程師學(xué)會1月報道】應(yīng)用于評估SVDC影響的方法是基于工藝的成本建模（PBCM）。PBCM由三個相互關(guān)聯(lián)和相互依賴的模型組成：一個技術(shù)工藝模型、一個生產(chǎn)運作模型和一個財務(wù)核算模型。

在技術(shù)工藝模型中，采用的基本工程原理包括材料、能源、勞動力、設(shè)備、廢料和質(zhì)量平衡。在操作模型中，建模的關(guān)鍵元素是時間，這對于確定如何物理地實現(xiàn)和組織技術(shù)工藝以及工廠管理者如何以經(jīng)濟(jì)高效、易于操作的方式來分配資本設(shè)備是至關(guān)重要的。

在財務(wù)模型中，先前模型中開發(fā)的資源需求被轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)成本。在這個模型中，生產(chǎn)要素（如能源、勞動力、材料和設(shè)備）按其采購價格進(jìn)行加權(quán)。這些模型的關(guān)鍵是，模型是基于物理和/或統(tǒng)計關(guān)系建立的，零件特性（例如尺寸和重量）和工藝參數(shù)（例如溫度和壓力）與關(guān)鍵資源需求如設(shè)備規(guī)格（如澆注容量和模具夾緊力）以及循環(huán)時間相關(guān)，然后將這些需求轉(zhuǎn)化為特定成本。

在此回答的戰(zhàn)略問題是，在考慮生產(chǎn)速度、零件尺寸和應(yīng)用的同時，在這一先進(jìn)的制造工藝，對比材料和能源節(jié)省，對投資進(jìn)行了盈虧平衡分析。

對于所有三種情況，在極低的產(chǎn)量下，SVDC的單位成本略高于現(xiàn)有的HPDC，但是成本收斂并超過產(chǎn)量的增加。圖中的交匯點用藍(lán)色星表示。

對于大尺寸的部件，在7180的產(chǎn)量和118.14美元的單位成本下實現(xiàn)了盈虧平衡，而在中等尺寸零件的情況下，在8230的產(chǎn)量和45.54美元的單位成本下實現(xiàn)了盈虧平衡。在該分析中考慮的大、中和小尺寸零件的質(zhì)量分別為22kg、5.4kg和0.4kg。

雖然考慮到航空航天基本情況下每年10,000的產(chǎn)量，但對于中型和大型零件節(jié)省顯然超過了投資，但對于小型零件而言，投資仍是大于節(jié)省。這是因為大部分的節(jié)約是減少的材料，零件尺寸越小，節(jié)省材料的機(jī)會也越小。

然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，小尺寸零件的平均負(fù)成本僅為1.2%，并且即使在商業(yè)情況下與較大零件耦合或考慮該技術(shù)對燃料消耗的影響時，可能會盈虧平衡。

此外，對于希望提高零件性能、質(zhì)量、可靠性和通用性及降低整體碳排放的許多行業(yè)，諸如SVDC這樣的技術(shù)是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)以滿足更苛刻的工業(yè)需要的主要例子。（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 胡燕萍）