沈瑞

（伊姆樂（上海）機(jī)械有限公司，上海 201707）

壓鑄式低壓鑄造技術(shù)和工裝設(shè)備的分析

沈瑞

（伊姆樂（上海）機(jī)械有限公司，上海 201707）

低壓制造技術(shù)是大型動力設(shè)備現(xiàn)代薄壁構(gòu)件制造工藝中的重要組成部分，是我國工業(yè)制造行業(yè)研究的重要內(nèi)容之一。本文對低壓鑄造技術(shù)實踐發(fā)展進(jìn)行了概述，并以壓鑄式低壓鑄造技術(shù)為研究對象，對其基礎(chǔ)工藝流程、工裝設(shè)備以及工藝技術(shù)應(yīng)用特性與范圍進(jìn)行了分析，并提出了低壓鑄造技術(shù)發(fā)展的主要方向。

低壓鑄造；工裝設(shè)備；壓鑄式低壓鑄造技術(shù)

近年來我國工業(yè)制造以及機(jī)械制造業(yè)不斷發(fā)展，現(xiàn)代化大型整體薄壁結(jié)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(shù)具有平穩(wěn)地主充型、少量甚至無余量成型加工等特點，在現(xiàn)代化大型整體薄壁結(jié)元件的精密性制造以及現(xiàn)代化機(jī)械元件制造中得到普及應(yīng)用，成為鋁合金鑄件生產(chǎn)中的主流。因此，對低壓鑄造技術(shù)與工裝設(shè)備的研究具有重要現(xiàn)實意義。

1 低壓鑄造技術(shù)發(fā)展概述

由《低壓鑄造技術(shù)在銅合金和黑色金屬領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用》（劉孝福，婁延春，2006）《低壓鑄造技術(shù):發(fā)展歷程、研究現(xiàn)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(shù)最早起源于20世紀(jì)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(shè)備專利”被認(rèn)為是低壓鑄造技術(shù)的起源。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓鑄造工藝設(shè)備先后進(jìn)行了不斷的革新，鋁合金鑄件模型的產(chǎn)生進(jìn)一步推動了低壓鑄造技術(shù)的廣泛應(yīng)用，輕合金鑄造“啤酒桶”的產(chǎn)生推動了低壓鑄造技術(shù)向高生產(chǎn)化、系統(tǒng)化的發(fā)展。我國低壓鑄造技術(shù)研究與應(yīng)用較晚，整體技術(shù)水平與生產(chǎn)體系有待進(jìn)一步完善。

2 壓鑄式低壓鑄造技術(shù)主要工裝設(shè)備

基于低壓鑄造技術(shù)原理，壓鑄式低壓鑄造機(jī)械設(shè)備呈立體結(jié)構(gòu)，主要由具有可實現(xiàn)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(tǒng)、下油缸移動系統(tǒng)、整體機(jī)架、液面加壓管控設(shè)備等體系共同組成。其中壓鑄式低壓鑄造工裝設(shè)備中，模具具有可替換性，即根據(jù)所需鑄造的鑄件結(jié)構(gòu)選用符合實際需求的多塊或移動塊模具進(jìn)行操作，其模具材料以金屬材料為主，合金以及其他材料進(jìn)行組合應(yīng)用。升液管則是依據(jù)鑄件構(gòu)建金屬液特性，包括所需澆注溫度、氧化性等進(jìn)行科學(xué)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(qiáng)、抗火性強(qiáng)且具有一定電阻發(fā)熱性能的材料組成，模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 低壓鑄造模機(jī)械設(shè)備圖

3 壓鑄式低壓鑄造工藝技術(shù)基本流程

由于壓鑄式低壓鑄造機(jī)械設(shè)備多為立體式結(jié)構(gòu)，其升液管在設(shè)備中具有一定的固定位置，依據(jù)組合式模具實現(xiàn)上部各系統(tǒng)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(jī)械設(shè)備中的升降管、模具以及保溫爐體相結(jié)合密封，通過操作液面管控系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)設(shè)工業(yè)操作，完成各項數(shù)據(jù)的具體操作，包括升液、低壓結(jié)晶、模型塑造等，并在既定時間內(nèi)與條件下將鑄件取出，完成單位鑄件工藝基礎(chǔ)流程，可進(jìn)行替換或循環(huán)操作。

4 壓鑄式低壓鑄造技術(shù)應(yīng)用特性與范圍

壓鑄式低壓鑄造技術(shù)除了具有傳統(tǒng)低壓鑄造工技術(shù)特點，包括鑄件溶液高利用率、鑄件高質(zhì)量性外，其自動化與系統(tǒng)控制性操作改變了傳統(tǒng)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(gòu)件鑄造操作。與此同時，相對于傳統(tǒng)低壓鑄造技術(shù)而言，壓鑄式低壓鑄造工藝技術(shù)對于鑄造溶液（以金屬溶液為主）的填補(bǔ)更具便利性，在保溫爐體金屬液補(bǔ)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(xiàn)了低壓鑄造技術(shù)少余料以及無余量成型加工工藝的操作。加之，在溶液補(bǔ)充過程中受工藝技術(shù)操作的影響，保證了每一次澆注過程中液面溶液量的統(tǒng)一性、適用性，進(jìn)一步優(yōu)化了液面管控系統(tǒng)作用需求，提升了液面管控系統(tǒng)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(yè)經(jīng)濟(jì)效益性。此外，壓鑄式低壓鑄造技術(shù)中低壓鑄造工裝設(shè)備保溫爐體所具有的可替換性，實現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備多元化應(yīng)用，保證了一臺設(shè)備多項工藝鑄造生產(chǎn)，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，也優(yōu)化了組件質(zhì)量，促進(jìn)了精密性鑄件生產(chǎn)的完善與優(yōu)化。

隨著壓鑄式低壓鑄造技術(shù)的不斷提升，低壓鑄造技術(shù)應(yīng)用性能得到了進(jìn)一步提升，在我國汽車構(gòu)件生產(chǎn)、鋁銅合金構(gòu)件鑄造以及小鑄件、精密性機(jī)械鑄件鑄造中得到了廣泛應(yīng)用，如汽車缸蓋、鋁銅接頭、電水系統(tǒng)閥門等。

5 低壓鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢

由低壓鑄造技術(shù)原理以及上述工裝設(shè)備分析可知，壓鑄式低壓鑄造技術(shù)應(yīng)用價值的關(guān)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(shù)是通過借助于氣壓壓力將低壓鑄造金屬液順著升液管進(jìn)行推動，并推動至模具型腔中進(jìn)行具體塑型，從而實現(xiàn)鑄件鑄造生產(chǎn)。在此過程中，對于充型材料的選用、金屬液流速的精準(zhǔn)性控制、模具準(zhǔn)確塑型等問題需進(jìn)一步研究，是實現(xiàn)大型構(gòu)建設(shè)備精密型鑄造思考的關(guān)鍵。因此，低壓鑄造技術(shù)應(yīng)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(jī)數(shù)值模擬技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型與現(xiàn)實工藝技術(shù)操作的統(tǒng)一性與契合性，用以保證數(shù)據(jù)模型對低壓鑄造技術(shù)金屬液流模型、充型參數(shù)模型、金屬溶液與塑型腔中的氣體影響性模型等數(shù)值依據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性，用以進(jìn)一步掌握充型過程問題形成的具體原因，為低壓鑄造技術(shù)的進(jìn)一步完善與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)低壓鑄造鑄件質(zhì)量與效率的提升。其二，實現(xiàn)低鑄式低壓鑄造技術(shù)、新低壓鑄造技術(shù)與大型薄壁復(fù)雜構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)代化精密機(jī)械金屬設(shè)備構(gòu)件生產(chǎn)的結(jié)合應(yīng)用。設(shè)計出符合需求的低壓鑄造技術(shù)，進(jìn)行低鑄式低壓鑄造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，例如“連續(xù)式低壓鑄造技術(shù)”實現(xiàn)傳統(tǒng)低壓工裝設(shè)備一個保溫爐體向三個保溫爐體的轉(zhuǎn)變，通過彼此之間的有效連接與管控，實現(xiàn)材料補(bǔ)充的階段式、統(tǒng)一式工作，用以提升整體工作效率，實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)。又如通過低壓鑄造技術(shù)與復(fù)合型材料生產(chǎn)技術(shù)的有效結(jié)合，實現(xiàn)低壓鑄造技術(shù)除金屬鑄件外，對復(fù)合型鑄件材料的生產(chǎn)制造，在提升復(fù)合材料質(zhì)量的同時，推動低壓鑄造工藝技術(shù)的多元化、多層次發(fā)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(fā)展中為進(jìn)一步促進(jìn)低壓鑄造技術(shù)的優(yōu)化與完善，可進(jìn)一步對低壓鑄造合金體系進(jìn)行研發(fā)與拓展。通過結(jié)合材料學(xué)、熱力學(xué)、電學(xué)、計算機(jī)學(xué)以及機(jī)械自動化等知識，在傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，得出根據(jù)使用性的制造材料。例如，通過添加“粒細(xì)化添加劑”以及其它合金體系等，實現(xiàn)低壓鑄造工藝技術(shù)應(yīng)用的有效拓展。

6 結(jié)語

文中對低壓鑄造技術(shù)發(fā)展歷程進(jìn)行了分析，并以壓鑄式低壓鑄造技術(shù)為對象，重點分析了其工作原理、工裝設(shè)備、工藝流程以及應(yīng)用特性與未來發(fā)展趨勢，以期進(jìn)一步改進(jìn)壓鑄式低壓鑄造技術(shù)生產(chǎn)效率低、液面控制系統(tǒng)操作復(fù)雜等問題。

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