压铸式低压铸造技术和工装设备的分析

2017-09-18沈瑞

中国设备工程 2017年17期

关键词：炉体铸件工艺技术

沈瑞

（伊姆乐（上海）机械有限公司，上海 201707）

压铸式低压铸造技术和工装设备的分析

沈瑞

（伊姆乐（上海）机械有限公司，上海 201707）

低压制造技术是大型动力设备现代薄壁构件制造工艺中的重要组成部分，是我国工业制造行业研究的重要内容之一。本文对低压铸造技术实践发展进行了概述，并以压铸式低压铸造技术为研究对象，对其基础工艺流程、工装设备以及工艺技术应用特性与范围进行了分析，并提出了低压铸造技术发展的主要方向。

低压铸造；工装设备；压铸式低压铸造技术

近年来我国工业制造以及机械制造业不断发展，现代化大型整体薄壁结元件的精密性制造成为研究的主流趋势。由于低压铸造技术具有平稳地主充型、少量甚至无余量成型加工等特点，在现代化大型整体薄壁结元件的精密性制造以及现代化机械元件制造中得到普及应用，成为铝合金铸件生产中的主流。因此，对低压铸造技术与工装设备的研究具有重要现实意义。

1 低压铸造技术发展概述

由《低压铸造技术在铜合金和黑色金属领域的发展和应用》（刘孝福，娄延春，2006）《低压铸造技术:发展历程、研究现状和未来趋势》（郑小秋，谢世坤，2017）等资料整合分析可知，低压铸造技术最早起源于20世纪初期阶段美国“锌铝合金铸件专利”中，该专利中初步涉及到低压铸造工艺。在同时期，英国E．F．Lake申请的“铅和锡合金铸造设备专利”被认为是低压铸造技术的起源。随着工业技术的不断发展，低压铸造工艺设备先后进行了不断的革新，铝合金铸件模型的产生进一步推动了低压铸造技术的广泛应用，轻合金铸造“啤酒桶”的产生推动了低压铸造技术向高生产化、系统化的发展。我国低压铸造技术研究与应用较晚，整体技术水平与生产体系有待进一步完善。

2 压铸式低压铸造技术主要工装设备

基于低压铸造技术原理，压铸式低压铸造机械设备呈立体结构，主要由具有可实现模具自动上下分合操作、具有固定作用的升液管以及上油缸固定板、油压系统、下油缸移动系统、整体机架、液面加压管控设备等体系共同组成。其中压铸式低压铸造工装设备中，模具具有可替换性，即根据所需铸造的铸件结构选用符合实际需求的多块或移动块模具进行操作，其模具材料以金属材料为主，合金以及其他材料进行组合应用。升液管则是依据铸件构建金属液特性，包括所需浇注温度、氧化性等进行科学选用，通常情况下，升液管制造材料多为具有抗高温性、抗氧化性等钢管、铁管、合金以及陶瓷、石墨等材料。此外，其保温炉体也多由金属、抗热性强、抗火性强且具有一定电阻发热性能的材料组成，模型结构如图1所示。

图1 低压铸造模机械设备图

3 压铸式低压铸造工艺技术基本流程

由于压铸式低压铸造机械设备多为立体式结构，其升液管在设备中具有一定的固定位置，依据组合式模具实现上部各系统的移动操作与具体功能实施。因此，向下部可移动式保温炉体中注入符合工艺需求的低压铸件溶液，并将压铸式低压铸造机械设备中的升降管、模具以及保温炉体相结合密封，通过操作液面管控系统，进行预设工业操作，完成各项数据的具体操作，包括升液、低压结晶、模型塑造等，并在既定时间内与条件下将铸件取出，完成单位铸件工艺基础流程，可进行替换或循环操作。

4 压铸式低压铸造技术应用特性与范围

压铸式低压铸造技术除了具有传统低压铸造工技术特点，包括铸件溶液高利用率、铸件高质量性外，其自动化与系统控制性操作改变了传统铸件溶液浸入形式，形成间歇式升液管浸入，有效缩短了工作时间，提升了金属元件铸造性能与使用寿命，且符合多元化金属构件铸造操作。与此同时，相对于传统低压铸造技术而言，压铸式低压铸造工艺技术对于铸造溶液（以金属溶液为主）的填补更具便利性，在保温炉体金属液补充过程中，低压浇筑温度上下波动相对较少，浇筑口余料利用率更高，实现了低压铸造技术少余料以及无余量成型加工工艺的操作。加之，在溶液补充过程中受工艺技术操作的影响，保证了每一次浇注过程中液面溶液量的统一性、适用性，进一步优化了液面管控系统作用需求，提升了液面管控系统工作效率，在一定程度上有效降低了工艺操作成本，提升了企业经济效益性。此外，压铸式低压铸造技术中低压铸造工装设备保温炉体所具有的可替换性，实现了机械设备多元化应用，保证了一台设备多项工艺铸造生产，不仅节约了生产成本，也优化了组件质量，促进了精密性铸件生产的完善与优化。

随着压铸式低压铸造技术的不断提升，低压铸造技术应用性能得到了进一步提升，在我国汽车构件生产、铝铜合金构件铸造以及小铸件、精密性机械铸件铸造中得到了广泛应用，如汽车缸盖、铝铜接头、电水系统阀门等。

5 低压铸造技术发展趋势

由低压铸造技术原理以及上述工装设备分析可知，压铸式低压铸造技术应用价值的关键在于升液阶段金属液管控以及铸件充型阶段溶液流速的有效管控。例如在升液充型阶段，主要工艺技术是通过借助于气压压力将低压铸造金属液顺着升液管进行推动，并推动至模具型腔中进行具体塑型，从而实现铸件铸造生产。在此过程中，对于充型材料的选用、金属液流速的精准性控制、模具准确塑型等问题需进一步研究，是实现大型构建设备精密型铸造思考的关键。因此，低压铸造技术应从以下几方面着手解决上述存在的问题：其一，建立并深入研究低压铸造计算机数值模拟技术，实现数据模型与现实工艺技术操作的统一性与契合性，用以保证数据模型对低压铸造技术金属液流模型、充型参数模型、金属溶液与塑型腔中的气体影响性模型等数值依据的准确性与有效性，用以进一步掌握充型过程问题形成的具体原因，为低压铸造技术的进一步完善与优化奠定基础，促进低压铸造铸件质量与效率的提升。其二，实现低铸式低压铸造技术、新低压铸造技术与大型薄壁复杂构件生产、现代化精密机械金属设备构件生产的结合应用。设计出符合需求的低压铸造技术，进行低铸式低压铸造技术的创新发展，例如“连续式低压铸造技术”实现传统低压工装设备一个保温炉体向三个保温炉体的转变，通过彼此之间的有效连接与管控，实现材料补充的阶段式、统一式工作，用以提升整体工作效率，实现连续性生产。又如通过低压铸造技术与复合型材料生产技术的有效结合，实现低压铸造技术除金属铸件外，对复合型铸件材料的生产制造，在提升复合材料质量的同时，推动低压铸造工艺技术的多元化、多层次发展。其三，由于低铸式低压铸造工艺材料以铝、镁合金体系为主体，因此在其未来发展中为进一步促进低压铸造技术的优化与完善，可进一步对低压铸造合金体系进行研发与拓展。通过结合材料学、热力学、电学、计算机学以及机械自动化等知识，在传统材料的基础上进行创新设计，得出根据使用性的制造材料。例如，通过添加“粒细化添加剂”以及其它合金体系等，实现低压铸造工艺技术应用的有效拓展。