高真空压铸技术在壳体产品上应用

利用机械式真空阀的工作原理，结合铝合金铸件的质量和使用性能需求，制定不同的抽真空工艺进行试验，并通过X光研究铝合金压铸件内部质量与真空工艺的关联性。同时研究机械式真空阀故障对产品的影响。

随着科技发展，汽车轻量化是节约能源和提高燃料经济性的最有效的手段之一。以铝代钢是目前汽车发展的一个重要的方向。压力铸造是铝合金件成形的最主要方法之一，而如何做到发挥技术优势，提升生产效率和降低成本，是压铸行业未来发展的一个重要的方向。高真空压铸技术的应用，降低了铝合金压铸件的气孔率，提高了铸件内部质量，又提高了铸件的本体硬度以及铸件的力学性能，得到压铸企业的重视。

真空压铸一般分为激冷排气槽法（Mass venting法）和机械式真空阀法。本课题针对汽车变速箱壳体铝合金压铸件，引入抽真空工艺改善产品的内部及外观质量。研究机械式真空阀法抽真空技术在压铸上的应用，通过验证不同真空度及采用不同的抽真空方式验证抽真空效果，以寻找能提升产品质量的最佳工艺手段。

1机械式真空阀法型腔抽真空试验

本次试验是拟改善某变速箱壳体的内部质量，在采用真空工艺前，产品的X光显示局部存在气孔，特别水尾壁厚位，所以尝试改用抽真空工艺来提升产品内部的质量。使用力劲16 000kN压铸机，选用NHVDC-S型高真空控制系统，使用液压机械式真空阀法来抽真空。第1次试验,仅对型腔进行抽真空，简单原理见图1。

图1 机械式腔型抽真空原理示意图

在压射之前，真空液压站进行储能，真空阀在关闭的状态，当压射启动时，真空控制系统会通过联系编码器检查接射杆位置信息，当通过设定真空阀开启位置X1时，真空阀会打开，同时真空阀芯打开（液压站控制），压室里面及型腔内部的空气会通过阀芯的通道抽走，型腔里面会保持较高的负压，当射头到设当关闭位置X3时，液压站接收了关闭信号，关闭阀芯，真空机也同时关阀真空机的真空阀，完成抽真空动作。开模时，液压站控制模具真空阀阀芯打开，真空机的压缩空气阀打开，气流通过管道，吹净阀芯内部和周围的铝屑、披锋，保证下一循环真空阀能顺利工作。

一共设定了8组不同工艺条件测试，在真空度为-70 kPa条件下，设定真空阀开启位置X1为a情况下，对关闭抽真空位置X3分别为300、400、500、600 mm进行验证(按经验，一般最大值小于压射二块位置的设定值，目的是防止阀芯入料)。将真空度提高到-90 kPa, X3位置同样为300、400、500、600 mm进行测试。对每组试验的产品做好标识，用X光机进行探伤检测，验证产品内部质量（气孔分布）.

（1）产品增加抽真空后，产品表面光泽度变高，冷隔情况明显减少，通过X光检测，显示采用抽真空的产品内部组织更加致密，说明真空工艺能有效提升产品内部质量。图2、图3为非真空压铸工艺的铸件外观图和局部X光图，图4、图5为真空压铸工艺的铸件外观图和局部X光图。

图2 铸件整体外观照（非真空）

图3 局部X光照 （非真空）

图4 铸件整体外观照 （真空）

图5 局部X光照 （真空）

（2）设定不同的抽真空参数，将每组试样标识好，并进行X光探伤。结果发现，增加抽真空的距离（或尽量延长抽真空时间），铸件内部气孔有减少迹象，能够使铸件内部质量更致密。提高型腔真空度（真空机真空度），可以使抽真空效果更好，更有利于减少铸件内气孔的产生，提升铸件的内部质量。图6和图7为不同真空度及停止抽真空位置的X光图片。

图6 真空度为-70 kPa不同停止抽真空位置的X光局部图

图7 真空度为-90 kPa不同停止抽真空位置的X光局部图

2机械式真空阀法对型腔、压室同时抽真空

第1次试验的结果表明,适当延长抽真空距离或者提高型腔真空度，都可以有效减少铸件内部气孔产生，提升产品的质量。

第2次试验在料槽中部开设抽真空孔，在压室增加抽真空。引入压室抽真空的原理和试验1基本相同。主要区别在于,型腔抽真空同时增加压室内抽真空，先压室抽真空，关闭压室后再关闭型腔真空通道，最终完成抽真空。

第2次测试的工艺参数设定条件与第1次测试一致，真空度设定为-90 kPa。从第2次测试的X光检测得知,引入了料槽抽真空工艺，铸件整体内部气孔要比第1次试验出来的质量更好，见图8和图9。同时从铸件外观进行对比，引入压室抽真空后，铸件比原来具有了更好的外观，冷隔流痕等外观改善也十分明显，见图10和图11。

图8 无压室抽真空铸件X光照片

图9 有压室抽真空铸件X光照片

图10 无压室抽真空的柱仔外观

图11 有压室抽真空的柱仔外观

3机械式真空阀保养的重要性

除了抽真空时间的合理设定和型腔真空度对产品质量很重要之外，机械式真空阀的故障也是影响产品质量的一个十分关键的因素，如果真空阀出现了故障，那抽真空时间及真空度都无法保障，对产品的质量产生重大影响。因此，如何对真空阀进行检查保养十分重要。

按生产经验总结，真空阀的保养流程大致如下：①将活动扳手卡在阀体平位上，双手紧握活动扳手尾部，用力按逆时针方向将阀体拆出，打开盖子取出沾满污垢的钢丝球，用风枪吹干净阀体内部，然后换上新的钢丝球，钢丝球的更换频次是2天更换一次；②按下水管接头卡盘拉出水管，将油缸固定杆螺丝按逆时针拆出，双手紧握油缸油管轻轻摇动并向上拉出，取下油缸，目视检查连接块挂台是否磨损，出现磨损必须更换新的连接块（更换新的连接块时，用于锁紧连接块的螺丝必须涂上螺丝固定剂）；③将阀座压板螺丝拆开，将两个拉拔器按顺时针方向拧进压板螺丝孔。双手同时抽动拉拔器，拆出阀座压板，取出抽真空阀芯和阀座，目视检查阀杆各个位置是否拉伤，磨损或弯曲，并更换。拆开阀座底部螺丝，取出阀座导套，检查导套是否磨损或老化，并更换，要求每生产约25 000件产品更换导套和阀杆；④目视检查阀杆各个位置是否拉伤，磨损或弯曲，当出现上述问题时必须更换。更换阀杆前，必须通过配模方式查看阀杆与阀座的配合间隙是否符合图纸要求，确认合格后再更换使用；⑤装好抽真空机构后，将液压站油管与抽真空油缸连接起来，启动液压站控制按钮，打出阀杆，使用高度尺测量阀杆顶出时的高度（高于分型面0.2 mm)，退回阀杆，使用高度尺测量阀杆顶出时的高度（低于分型面9.2 mm)，阀杆标准长度要求是：阀杆的活动行程比油缸行程短0.5~1 mm,阀杆活动行程为9~9.5 mm.关闭液压站控制按钮，双手用力捏紧阀杆头部前后活动。如果阀杆可以前后活动虚位距离超过0.3 mm,必须调开定模检修连接头与油缸轴螺纹是否出现返松现象、油缸底座螺丝是否出现返松。

4结论

真空铸造工艺能有效减少铸件的气孔，能够使铸件的内部质量更致密，产品的外观质量也可得到提升；在合适的条件下，增加型腔的抽真空时间，铸件的内部质量能够的到更好的改善，与抽真空时间成正比；提高型腔内的真空度能力（真空度越低越好），能生产出更优质量的铸件；在合适条件下，对压室增加抽真空，使抽真空的效果更佳，也是能够整体提升铸件的内、外部质量；机械式真空阀保养的完善，对产品的质量有至关重要的作用。