原標(biāo)題：高真空技術(shù)在殼體產(chǎn)品上的研究及應(yīng)用

摘要：利用機(jī)械式真空閥的工作原理，結(jié)合鋁合金鑄件的質(zhì)量和使用性能需求，制定不同的抽真空工藝進(jìn)行試驗(yàn)，并通過X光研究鋁合金壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量與真空工藝的關(guān)聯(lián)性。同時研究機(jī)械式真空閥故障對產(chǎn)品的影響。

隨著科技發(fā)展，汽車輕量化是節(jié)約能源和提高燃料經(jīng)濟(jì)性的最有效的手段之一。以鋁代鋼是目前汽車發(fā)展的一個重要的方向。壓力鑄造是鋁合金件成形的最主要方法之一，而如何做到發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，提升生產(chǎn)效率和降低成本，是壓鑄行業(yè)未來發(fā)展的一個重要的方向。高真空壓鑄技術(shù)的應(yīng)用，降低了鋁合金壓鑄件的氣孔率，提高了鑄件內(nèi)部質(zhì)量，又提高了鑄件的本體硬度以及鑄件的力學(xué)性能，得到壓鑄企業(yè)的重視。

真空壓鑄一般分為激冷排氣槽法（Mass venting法）和機(jī)械式真空閥法。本課題針對汽車變速箱殼體鋁合金壓鑄件，引入抽真空工藝改善產(chǎn)品的內(nèi)部及外觀質(zhì)量。研究機(jī)械式真空閥法抽真空技術(shù)在壓鑄上的應(yīng)用，通過驗(yàn)證不同真空度及采用不同的抽真空方式驗(yàn)證抽真空效果，以尋找能提升產(chǎn)品質(zhì)量的最佳工藝手段。

1、機(jī)械式真空閥法型腔抽真空試驗(yàn)

本次試驗(yàn)是擬改善某變速箱殼體的內(nèi)部質(zhì)量，在采用真空工藝前，產(chǎn)品的X光顯示局部存在氣孔，特別水尾壁厚位，所以嘗試改用抽真空工藝來提升產(chǎn)品內(nèi)部的質(zhì)量。使用力勁16 000kN壓鑄機(jī)，選用NHVDC-S型高真空控制系統(tǒng)，使用液壓機(jī)械式真空閥法來抽真空。第1次試驗(yàn),僅對型腔進(jìn)行抽真空，簡單原理見圖1。

圖1 機(jī)械式腔型抽真空原理示意圖

在壓射之前，真空液壓站進(jìn)行儲能，真空閥在關(guān)閉的狀態(tài)，當(dāng)壓射啟動時，真空控制系統(tǒng)會通過聯(lián)系編碼器檢查接射桿位置信息，當(dāng)通過設(shè)定真空閥開啟位置X1時，真空閥會打開，同時真空閥芯打開（液壓站控制），壓室里面及型腔內(nèi)部的空氣會通過閥芯的通道抽走，型腔里面會保持較高的負(fù)壓，當(dāng)射頭到設(shè)當(dāng)關(guān)閉位置X3時，液壓站接收了關(guān)閉信號，關(guān)閉閥芯，真空機(jī)也同時關(guān)閥真空機(jī)的真空閥，完成抽真空動作。開模時，液壓站控制模具真空閥閥芯打開，真空機(jī)的壓縮空氣閥打開，氣流通過管道，吹凈閥芯內(nèi)部和周圍的鋁屑、披鋒，保證下一循環(huán)真空閥能順利工作。

一共設(shè)定了8組不同工藝條件測試，在真空度為-70 kPa條件下，設(shè)定真空閥開啟位置X1為a情況下，對關(guān)閉抽真空位置X3分別為300、400、500、600 mm進(jìn)行驗(yàn)證(按經(jīng)驗(yàn)，一般最大值小于壓射二塊位置的設(shè)定值，目的是防止閥芯入料)。將真空度提高到-90 kPa, X3位置同樣為300、400、500、600 mm進(jìn)行測試。對每組試驗(yàn)的產(chǎn)品做好標(biāo)識，用X光機(jī)進(jìn)行探傷檢測，驗(yàn)證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量（氣孔分布）.

（1）產(chǎn)品增加抽真空后，產(chǎn)品表面光澤度變高，冷隔情況明顯減少，通過X光檢測，顯示采用抽真空的產(chǎn)品內(nèi)部組織更加致密，說明真空工藝能有效提升產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量。圖2、圖3為非真空壓鑄工藝的鑄件外觀圖和局部X光圖，圖4、圖5為真空壓鑄工藝的鑄件外觀圖和局部X光圖。

圖2 鑄件整體外觀照（非真空）

圖3 局部X光照 （非真空）

圖4 鑄件整體外觀照 （真空）

圖5 局部X光照 （真空）

（2）設(shè)定不同的抽真空參數(shù)，將每組試樣標(biāo)識好，并進(jìn)行X光探傷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增加抽真空的距離（或盡量延長抽真空時間），鑄件內(nèi)部氣孔有減少跡象，能夠使鑄件內(nèi)部質(zhì)量更致密。提高型腔真空度（真空機(jī)真空度），可以使抽真空效果更好，更有利于減少鑄件內(nèi)氣孔的產(chǎn)生，提升鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。圖6和圖7為不同真空度及停止抽真空位置的X光圖片。

2、機(jī)械式真空閥法對型腔、壓室同時抽真空

第1次試驗(yàn)的結(jié)果表明,適當(dāng)延長抽真空距離或者提高型腔真空度，都可以有效減少鑄件內(nèi)部氣孔產(chǎn)生，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

第2次試驗(yàn)在料槽中部開設(shè)抽真空孔，在壓室增加抽真空。引入壓室抽真空的原理和試驗(yàn)1基本相同。主要區(qū)別在于,型腔抽真空同時增加壓室內(nèi)抽真空，先壓室抽真空，關(guān)閉壓室后再關(guān)閉型腔真空通道，最終完成抽真空。

第2次測試的工藝參數(shù)設(shè)定條件與第1次測試一致，真空度設(shè)定為-90 kPa。從第2次測試的X光檢測得知,引入了料槽抽真空工藝，鑄件整體內(nèi)部氣孔要比第1次試驗(yàn)出來的質(zhì)量更好，見圖8和圖9。同時從鑄件外觀進(jìn)行對比，引入壓室抽真空后，鑄件比原來具有了更好的外觀，冷隔流痕等外觀改善也十分明顯，見圖10和圖11。

3、機(jī)械式真空閥保養(yǎng)的重要性

除了抽真空時間的合理設(shè)定和型腔真空度對產(chǎn)品質(zhì)量很重要之外，機(jī)械式真空閥的故障也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個十分關(guān)鍵的因素，如果真空閥出現(xiàn)了故障，那抽真空時間及真空度都無法保障，對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。因此，如何對真空閥進(jìn)行檢查保養(yǎng)十分重要。

按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，真空閥的保養(yǎng)流程大致如下：①將活動扳手卡在閥體平位上，雙手緊握活動扳手尾部，用力按逆時針方向?qū)㈤y體拆出，打開蓋子取出沾滿污垢的鋼絲球，用風(fēng)槍吹干凈閥體內(nèi)部，然后換上新的鋼絲球，鋼絲球的更換頻次是2天更換一次；②按下水管接頭卡盤拉出水管，將油缸固定桿螺絲按逆時針拆出，雙手緊握油缸油管輕輕搖動并向上拉出，取下油缸，目視檢查連接塊掛臺是否磨損，出現(xiàn)磨損必須更換新的連接塊（更換新的連接塊時，用于鎖緊連接塊的螺絲必須涂上螺絲固定劑）；③將閥座壓板螺絲拆開，將兩個拉拔器按順時針方向擰進(jìn)壓板螺絲孔。雙手同時抽動拉拔器，拆出閥座壓板，取出抽真空閥芯和閥座，目視檢查閥桿各個位置是否拉傷，磨損或彎曲，并更換。拆開閥座底部螺絲，取出閥座導(dǎo)套，檢查導(dǎo)套是否磨損或老化，并更換，要求每生產(chǎn)約25 000件產(chǎn)品更換導(dǎo)套和閥桿；④目視檢查閥桿各個位置是否拉傷，磨損或彎曲，當(dāng)出現(xiàn)上述問題時必須更換。更換閥桿前，必須通過配模方式查看閥桿與閥座的配合間隙是否符合圖紙要求，確認(rèn)合格后再更換使用；⑤裝好抽真空機(jī)構(gòu)后，將液壓站油管與抽真空油缸連接起來，啟動液壓站控制按鈕，打出閥桿，使用高度尺測量閥桿頂出時的高度（高于分型面0.2 mm)，退回閥桿，使用高度尺測量閥桿頂出時的高度（低于分型面9.2 mm)，閥桿標(biāo)準(zhǔn)長度要求是：閥桿的活動行程比油缸行程短0.5~1 mm,閥桿活動行程為9~9.5 mm.關(guān)閉液壓站控制按鈕，雙手用力捏緊閥桿頭部前后活動。如果閥桿可以前后活動虛位距離超過0.3 mm,必須調(diào)開定模檢修連接頭與油缸軸螺紋是否出現(xiàn)返松現(xiàn)象、油缸底座螺絲是否出現(xiàn)返松。

4、結(jié)語

真空鑄造工藝能有效減少鑄件的氣孔，能夠使鑄件的內(nèi)部質(zhì)量更致密，產(chǎn)品的外觀質(zhì)量也可得到提升；在合適的條件下，增加型腔的抽真空時間，鑄件的內(nèi)部質(zhì)量能夠的到更好的改善，與抽真空時間成正比；提高型腔內(nèi)的真空度能力（真空度越低越好），能生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)量的鑄件；在合適條件下，對壓室增加抽真空，使抽真空的效果更佳，也是能夠整體提升鑄件的內(nèi)、外部質(zhì)量；機(jī)械式真空閥保養(yǎng)的完善，對產(chǎn)品的質(zhì)量有至關(guān)重要的作用。

作者：黎建養(yǎng) 葉志文 齊勁風(fēng)
廣東鴻圖科技股份有限公司

本文來自:《特種鑄造及有色合金》雜志2022年第42卷第2期