真空压铸

随着压铸结构件产品种类的日益增加，对其气孔类缺陷的控制也越来越严格，同时带来的是对真空的应用更加广泛和对型腔真空度的要求越发苛刻，所谓的高真空压铸概念也逐渐为一些压铸企业所接受。

一.高真空压铸定义

压铸上的高真空，是指50毫巴以下的真空度，进一步的超高真空是指30毫巴以下的真空度，这在以前已经论述过，在此姑且统称为高真空压铸。

除了采取加大真空系统的排气量包括真空机和排气元件，增加系统的瞬间排气能力等手段外，型腔空间（相应的包括与之相连的熔杯，下同）的密封成为至关重要的因素；同时，控制型腔空间表面的干燥和清洁，以减少压射高速充型时二次气体的形成，提高系统排气效率；甚至一些压铸企业在此基础上，采取了大通道半真空过程排气工艺，试图将高真空排气发挥到理论上的极致。

二.高真空系统组成特点

由此不难看出，压铸高真空系统由真空机和排气元件，以及压射时形成的相对高度封闭的型腔空间整体组成。

（1）真空机

为了实现系统瞬间大排气能力，真空机在周期内低压回复能力必须强大。一般两种方式实现这一要求：一是加大真空泵排气量；二是增加一个二级泵。同时，为了降低单个压射周期真空系统压力的上升，维持其更好真空值，真空罐一般要相应地增大与真空泵和压铸要求工艺相一致。

（2）排气元件

对于全过程真空排气工艺，排气元件排气面积确定还是以压铸件产品大小匹配为原则；对于半过程真空排气工艺，排气元件的排气面积至少可以增加至实际所需的数倍。

（3）封闭的型腔空间

除了分型面的密封外，顶杆和滑块也要考虑提高加工和配合精度或密封，冲头采用卡环式配合密封。

三.影响高真空效率因素

首先，模具的密封度是至关重要的一环，包括分型面、顶针和滑块。以往回答某款真空机在实际应用中型腔能达到多少真空度，是让真空供应商着实难以回答的问题；业界为此提出了模具气体泄漏量的概念来约束模具的交货质量，这就为高真空压铸的实现奠定了基础。

具体的模具测漏方式有两种：

其一是在一定的真空度下，测试在给定的时间内型腔封闭空间泄漏后的真空度，进而算出泄漏量。其二是根据泵的排气特性，在终压时得到泄漏量。

两种方式算出的泄漏量都可以作为反映模具泄漏多少的一个数值，并将其当作是否能够实现高真空的预判参考。比较之下，第一种方式简单，但涉及的因素多；第二种方式稍复杂，结果却更直接。应用中多采用第一种方式测量泄漏量。在此，小量程高精度的压力感应器必不可少。在实际现场情况下，冲头密封状况也包括需要考虑的因素之中。

其次，提升真空泵的排气量或只增加二级泵的手段，其目的都一样，都是为了在压射周期内快速回复系统的低压值或者说高真空度。就成本来说基本相当，效果也没有什么差别，但从维护来看显然前者有优势。

这里要说明的是，二级泵的使用会将系统压力回复得更快些，但前提是前级泵要将压力先降下来，工作制也许是间断的，在足够的工艺时间内，是否有必要采用二级泵值得考虑；在压铸行业中，二级泵的使用并不会显示出明显优势，毕竟与其它一些行业的真空度要求比较起来，压铸真空只能算是粗真空。单极泵一般如果增加100%，那么双极泵的二级泵比一级泵至少增加200%排量以上，否则没有实际意义。与真空泵相匹配的真空罐也需要相应的加大，增加的幅度要与压铸周期和选择的真空泵统筹考虑，不是越大越好，一般增大相对于真空泵增加幅度的50%左右。

第三，排气元件。全过程排气的元件（包括真空阀和排气板）通常只需要按铸件重（体积）比例进行选择，过大的排气面积需要更大的模芯排气通道、过多的合金熔液，这会增加充型时间，为充型带来负担甚至引起意想不到的铸造缺陷。对于半过程排气元件（这里指的是真空阀），由于是借助其它力量主动提前隔断型腔和排气管路，如靠液压传动关闭的真空阀，不存在对模芯排气通道内合金熔液的要求影响产生，所以可以加大至所需的几倍以上。前者需要匹配得当，其结果经济实用，但维护工作较大；后者要精确给出阀体关闭的冲头行进位置，低速期排气效率高，但对二次气体敏感，对模具密封性要求更严格。

第四，型腔空间表面的干燥和清洁，会对充型时二次气体的产生起到很大作用，进而对半过程真空排气工艺带来重要影响，需要得到良好的控制。

最后，其它的如合金质量，包括熔化、保温和除气等都会成为影响因素。还有工艺参数设定，涉及到压铸机与真空机同步的通讯和信号接口等等，就不一一在此陈述。

（来源：第一压铸网，2016-10-07，由华南理工大学研究生崔志杰供稿）

压铸分普通真空压铸和高真空压铸，前者主要有激冷排气槽法和真空阀法，而高真空压铸有Va-cural法和MFT法。Vacural法是将熔化炉通过升液管和压射室直接相连，抽取真空时先将金属液吸入到压射室内，然后抽真空达到预定的真空度就可以完成压射成型。MFT法使用普通压铸机，工艺特点是采用多浇道和大面积内浇口来保证金属液可以在极短时间内充填型腔。

　　【美国汽车工程师学会1月报道】应用于评估SVDC影响的方法是基于工艺的成本建模（PBCM）。PBCM由三个相互关联和相互依赖的模型组成：一个技术工艺模型、一个生产运作模型和一个财务核算模型。

在技术工艺模型中，采用的基本工程原理包括材料、能源、劳动力、设备、废料和质量平衡。在操作模型中，建模的关键元素是时间，这对于确定如何物理地实现和组织技术工艺以及工厂管理者如何以经济高效、易于操作的方式来分配资本设备是至关重要的。

在财务模型中，先前模型中开发的资源需求被转换为经济成本。在这个模型中，生产要素（如能源、劳动力、材料和设备）按其采购价格进行加权。这些模型的关键是，模型是基于物理和/或统计关系建立的，零件特性（例如尺寸和重量）和工艺参数（例如温度和压力）与关键资源需求如设备规格（如浇注容量和模具夹紧力）以及循环时间相关，然后将这些需求转化为特定成本。

在此回答的战略问题是，在考虑生产速度、零件尺寸和应用的同时，在这一先进的制造工艺，对比材料和能源节省，对投资进行了盈亏平衡分析。

对于所有三种情况，在极低的产量下，SVDC的单位成本略高于现有的HPDC，但是成本收敛并超过产量的增加。图中的交汇点用蓝色星表示。

对于大尺寸的部件，在7180的产量和118.14美元的单位成本下实现了盈亏平衡，而在中等尺寸零件的情况下，在8230的产量和45.54美元的单位成本下实现了盈亏平衡。在该分析中考虑的大、中和小尺寸零件的质量分别为22kg、5.4kg和0.4kg。

虽然考虑到航空航天基本情况下每年10,000的产量，但对于中型和大型零件节省显然超过了投资，但对于小型零件而言，投资仍是大于节省。这是因为大部分的节约是减少的材料，零件尺寸越小，节省材料的机会也越小。

然而，应当指出的是，小尺寸零件的平均负成本仅为1.2%，并且即使在商业情况下与较大零件耦合或考虑该技术对燃料消耗的影响时，可能会盈亏平衡。

此外，对于希望提高零件性能、质量、可靠性和通用性及降低整体碳排放的许多行业，诸如SVDC这样的技术是改进现有技术以满足更苛刻的工业需要的主要例子。（中国航空工业发展研究中心 胡燕萍）