一、前言
压铸作为有色金属铸造业的一种革命,大大的提高了铸件生产的生产率,成型率,降低了生产成本,也为铸件在各行各业的应用奠定广泛的基础。现在,即使那些对压铸一无所知的人们也无时无刻不在日常生活中得益于压铸技术的应用。
然而,压铸工艺从它的诞生起就带有严重的先天不足---型腔内的气体影响。与传统的砂型或金属固定模重力铸造相比,压铸在浇口的高速喷射比重力自然流入的高温液态金属有着更好的充型效果,但也正是由于高温高压高速的金属喷射,使金属与型腔内的空气和热金属与型腔内残留润滑剂所产生的烟气有更大可能的结合。因此,传统压铸件的金属结构远远不如砂型或固定金属模的铸造件是一个不争的事实。
为改善压铸的这种致命缺陷,业内人士早在大半个世纪前开始就对其工艺进行了不断的改进,诸如在模具上开排气槽,尽量采用小压室的压射,低速压射,以及现代压铸机采用的多段多速压射技术。但真正堪称革命性的改革是1956年瑞士方达瑞第一次将真空技术引用到压铸生产工艺中。成立于1942年的瑞士方达瑞起先也是一个压铸工厂,随着成功的将真空应用到压铸工艺中,方达瑞逐渐将研究和发展方向完全转移到压铸真空应用当中来,历经60余年的不断发展和完善,使方达瑞的真空技术和应用日臻完善。作为这个行业的先驱和领航者,方达瑞始终走在压铸真空技术和应用的最前端。
二、为什么要在压铸工艺中使用真空技术
在压铸时存在于行腔中的气体由空气和压射时产生的烟气组成。我们来看看无排气传统压铸和采用方达瑞真空系统的型腔内气体压力图。
在传统压铸中,由於在注流口处的喷射效应,50%到90%的金属熔液将与型腔内的空气和烟气充分接触,气压在最后充型点将达到3000毫巴以上至4000毫巴;在真空压铸中,最后的气压只有几百至100毫巴以下,只有极少的空气和烟气与金属接触。滞留在型腔内的空气和烟气越多,就越难形成无缺陷的金属结构铸件。所以排气就成为决定压铸件质量的重要因素。这就不难理解真空排气对压铸工艺的重要之处了。
有些人认为真空作为一种有效的排气手段是可以由其它方式替代的,诸如多段压射,模具上开排气槽或采用冷却块集中排气等等。果真如此吗?很多压铸机厂商的许诺---他们的压铸机本身就可以根本解决排气问题,比如多段多速可调节压射系统应用。不可否认的是,多段多速压射将解决一些在压室内由于金属流动所产生的裹气问题,剩下的即是寄希望于理想的金属流动将气体由内向外全部排除出型腔。但事实上,压射的喷射效应不可能在瞬间转化成理想的金属流动,无法保证金属流动于气体之后,推动气体排除型腔。气体与金属的充分结合也无可避免,型腔内的气压上升也是事实。用新压铸机解决不了排气问题,最后联手与方达瑞合作采用真空排气的情况,在欧洲和亚洲客户中屡见不鲜。印度市场的进入就是方达瑞与布勒(Buhler)合作,通过帮助Sundaram Clayton解决Volvo的汽车备件气孔率问题而实现的。
传统的积渣包和排气槽设计---被动排气的过程就是金属与气体紧密接触的过程,随着排气的进行,型腔内的气体压力会逐渐增高,更加大了气孔的形成的可能。部分气体能从气槽中排出,说明型腔内的气压大于大气压力,而最后充型点的压力将是最终型腔气压的极限点。另外众所周知的问题是,被动排气还极可能会造成金属飞料,降低压射效率,污染环境并带来安全隐患。
无真空被动排气冷却块---由于最顶端的间隙通常设计成0.2毫米,以增大金属冷凝的机会,尽管底部被设计为0.8毫米或更大,这个最窄处截面也就成为排气的“瓶颈口”,所以该形式排气能力远远小于预想中的情况。另外波浪板型的设计中,忽略金属和气体流动特性的组合优化,也会给排气和金属冷凝带来困难,金属充不满或飞料就难以避免。更有由此带来的投影面积增大的问题。
在这里要说明的是,被动排气的种种形式确实能多多少少排出部分型腔气体,但并未从根本上解决排气问题,因为此时的型腔气压会是大于大气压的“正压”,与真空压铸的小于大气压的“负压”相比,效果是差别很大的。
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