本文作者：重庆美利信科技股份有限公司 汪学

摘 要：在压铸生产过程中，压铸工艺的改进和优化对提高压铸件质量起到了极大的推动作用，本文简要阐述了在压铸技术创新和产品质量不断提高，其各方面的特点越来越受到关注。压力铸造的特点是高速高压。在压铸过程中，金属液内不可避免地卷入了气体，因此压铸件不适合通过热处理来提升力学性能。真空压铸方法可以减少压铸件内气孔，提升压铸件力学性能的有效方法。真空压铸是当前高质量铝压铸件的必要生产条件。

关键词：真空压铸；压铸工艺；铝合金

1、压铸技术现状分析

压铸技术不断追求技术进步，不断追求高品质生产。但由于其工艺特性气孔存在，与此同时也存在一些缺点。如何的避免这些缺点，是当今技术不断探索的方向，新压铸技术的开发与应用，将会给压铸行业带来机遇。近年来，新能源汽车快速发展，各国汽车工业开始轻量设计。这为我国乃至世界汽车工业提出了“减轻质量、节约能源、提高安全性”的新要求。产品的良好质量是安全的保证，不断提高质量减少产品气孔是一条不懈探究的道路。

2、压铸工艺优点及其局限性

压铸工艺及其优点：压铸的实质是在高压作用下，使液态或半固态金属以及高的速度填充进入压铸模具，并在压力作用下成型和冷却凝固而获得铸件的一种成形工艺。由此可见，高压和高速充填压铸模具是压铸工艺的两大特点。因此，压铸件的主要特性有：

   (1)  高压下成型，产品致密性高，产品机械强度及表面硬度高，但产品的延伸率较低。

   (2)  产品充型快，冷却时间短，生产效率高，批量生产时，成本低。

   (3)  产品表面粗糙，甚至可达 Ra1.6-6.3。

   (4)  可生产壁厚较薄的零件。

   (5)  充型快，内部卷入气体多，产品气孔较多。

   (6)  不可热处理。热处理时内部气体会膨胀，导致产品出现鼓包或裂开等缺陷。

事实上，也正是气孔问题的存在，不断推动着压铸工艺的改进，以满足人们对压铸件质量不断增高的要求，同时也拓展着压铸工艺的应用范围，真空压铸技术就是方法之一。

3、真空压铸法

真空压铸技术是在传统压力铸造技术的基础上辅以对型腔抽真空技术，即先采用真空抽取装置将压铸模内压室和型腔内的气体抽出，使金属熔体在相对真空的条件下充填型腔。在压铸过程中利用真空压铸技术抽出压铸模内压室和型腔内的气体，能消除或显著减少压铸件内的溶解气体和气孔，提高铸件内部组织致密度，从而达到提升压铸件的表面质量和综合力学性能的目的。

为获得理想的压铸合金构件，必须尽可能的减少喷射的热金属与型腔内的空气和烟气接触；换言之，就是在压射开始至结束的全过程中尽可能地降低型腔内的空气和烟气的气体压力，将整个过程的气体含量减少到一个近于理想的状况。真空就是要用来解决这个排气问题。

4、真空压铸的特点

真空压铸法是目前众多工艺方法中的一种，主要将模具型腔中的气体抽出，使金属液在真空状态下填充型腔，因此压铸过程中卷入的气体少，铸件的力学性能得到显著提高，而高真空法则是在普通真空压铸的基础上发展起来的新技术，其特点是模具型腔真空度小于90毫巴。压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺。应用真空压铸法生产的铝镁合金压铸件已被证明可以采用焊接、热处理等加工手段，常温性能也有一定的提升。

总的来说，真空压铸法具有以下优点：

   (1)  真空压铸法可消除或减少压铸件内部的气孔，改善压铸件表面质量和有利于生产过程铸件尺寸稳定。

   (2)  真空压铸法大大减少型腔的反压力，压射时的比压可以降低 40%，有可能用小机器压铸较大的铸件。

   (3)  改善了充型条件，能够生产壁厚薄，结构较大的铸件。  

   (4)  增加压铸件的可热处理性和可焊接性。

    真空压铸法的缺点是：

   (1)  模具密封结构复杂，制造及安装较困难，因而成本较高。

   (2)  真空压铸法如果控制不当，效果就不是很显著。

   (3)  真空阀需要维护、需要准备备件。

比较以上优缺点可见，只要控制得当，真空压铸法可以给压铸件性能带来令人满意的改善。而模具密封和压室密封所造成的成本提升，随着技术的普及以及批量生产所带来的成本分摊，会得到很好的解决。

5、压铸件的热处理

气孔是铝合金压铸件最常见的内部缺陷。而采用真空压铸工艺就是为了减少压铸件的内部气孔的出现。时效处理的目的是消除内应力，提高产品的力学性能。对于此产品的时效工艺是：加热温度为 300±10℃，保温时间：2 小时。经过时效处理后，如果内部组织不好、气孔多，产品上便会呈现一些大小不均的气泡。在未采用真空系统时，产品时效处理后气泡多而明显。使用了真空技术压铸方法，有效避免了此类气泡的产生。显微组织如图 1、2 所示。可谓提高了生产效率，减少了废品率，既满足了客户的大批量需求，同时也使内部作业持续规范化。

6、真空压铸的必要条件

6.1  密封的模具

真空压铸以抽除型腔的内气体的形式为主流。仅就这种形式而言，为了把模具型腔内空气抽干净获得更好的真空效果，则有真空阀装在模具与排气道连接的（图3），也有真空阀装在压室浇道料口上，通过压室抽出型腔气体的，其中将真空阀装在模具上的方法比较简便实用，其最大的优点在于模具的设计和基本上与常规压铸相同，只是在模具密封需要考虑，要保护密封圈，模具设计阶梯分型面等（图4）。

6.2  冲头和压室的密封

料管的设计是整个压射套件的核心部分。要使用密封环冲头，最好是用一体化料管。优点是寿命长，工艺稳定性高，料管/机器/模具的对中容易，还有公差和内置管道温度控制。成功的料管设计对使用密封环冲头非常重要。

生产薄壁压铸件时，型腔内的真空度需要控制在<90 毫巴气压，需要以下条件配合：

a. 冲头压室的密封性要高，减少漏气（图5）。

b. 不能喷过多的脱模剂，避免水分残留型腔。

c. 喷涂器雾化要好，最好是微量喷头。

d. 脱模剂喷量要少，避免堆积残留在排气道，影响真空阀的动作或降低排气道面积。

e. 使用少腊、高纯度精炼脱模剂。避免过多残留在模面，导致毛刺出现，损坏密封条，影响生产。

f. 产薄壁件的压射速度高，需良好的冲头润滑性。

g. 避免冲头油直接放入压室，影响铸件含气量。应使用连杆脉冲式喷雾方式。

h. 冲头必须长时间冷却，要保证水压和流量（图 6）。

l. 料管的公差控制和温度控制非常关键，需要小心计算和做好温控。

6.3 大容量真空罐和真空泵

要保证高的真空度，必须配置大容量的真空罐和真空泵，如图7、图8为 2000 吨压铸机配的真空机。

6.4 真空阀的选择

真空阀是真空压铸的一个核心，目前真空阀有机械式结构、液压式电磁控制阀结构及冷却排气片结构。

a.  机械阀的工作原理是利用合金液的动能在最后充型点将机械阀关闭（图9）。

b.液压式电磁控制阀工作原理是阀镶嵌到压铸模具中，其优点排气能力大，抗污染能力强；缺点是需要电磁控制及液压源，关闭响应时间受电磁阀影响。且对压铸单元控制系统要求高，阀的工作过程受压铸设备控制。（图10）

c.  冷却排气块按照结构又分为平面排气片和立体排气片，其中立体排气片三维搓衣板较平面排气片具有更大的抽气通道截面积，提高抽气效率。按照冷却方式又分为水冷式和自冷式，其中水冷式通常采用热作模具钢加冷却水通道；自冷式的原理是靠自身传导热量来将排气块中的合金液冷却，铍铜合金是最适合的制作材料。

选择何种真空阀，取决于设备接口及对铸件质量的要求。

7、结束语

随着压铸行业的发展，真空设备被越来越多的压铸厂家所采用，利用真空设备生产铸件主要有两个方面的优势：减少产品气孔，提高产品合格率；降低金属液前端压力，有利于填充成形。真空的主要优势是降低产品含气量进而提铸件合格率，以及生产难以填充的薄壁件等产品，在实际生产中具有较高的使用价值。当然真空系统受到各个方面的影响，首先模具要密封和模具设计要合理，同时在压铸过程中要定期维护系统，兼顾各方面的影响。所以并不是有了真空系统就是完全万能的。

压铸产品的质量要靠各方面来支持。真空系统作为一项比较先进的技术，目前被广泛利用。因此，高真空压铸技术的推广，使得压铸工艺水平又达到了一个新的高度，扩大了压铸工艺的应用范围。与其工艺相匹配的技术也随市场需求应运而生。但是，使用真空工艺压铸，首先需要购买设备，需要增加投资；其次，使用过程中需要良好的维护和保养，阀的使用也需要更换易损件，增加了压铸产品的成本。所以，对力学性能无特殊要求、产品工艺成熟且填充容易的压铸件，一般可以不用真空生产；对于性能和气孔有特殊要求的产品，比如高质量的薄壁件以及结构件等，真空设备则是必需品。