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锌合金压铸工艺之真空压铸

压铸过程中,将压铸模具型腔中气体的排除是填充理论的主要课题,也是浇口技术的重要组成部分,因此,甚至有人认为:把熔融金属填充入型腔很难:而将型腔中的气体排出更难。所以,在金属进入型腔之前将型腔抽空,至少部分抽空是一个明智的方案。

真空压铸就是将型腔(包括压室)的气体抽空或部分抽空的具体方案。但是,在压铸工艺史中,真空压铸却经历了一个不平常的发展过程。多年来,由于真空系统存在各种问题,不能满足锌合金压铸过程所期望的要求,所以,几经起伏,进展缓慢。然而,“真空”毕竟是消除或减少锌合金压铸件内部气孔的有效方法之一,有着巨大的诱惑力和吸引力。为此,即使处于暂时停顿或低潮的时期,压铸厂也始终不甘心放弃应用“真空”这个“法宝”。

在压铸工业史上,真空压铸的首次尝试可追溯至1872年;由于早期工作条件不成熟,没能获得实际成功,几年以后就停止了。到了本世纪20年代,对真空压铸又发生兴趣,并曾经生产出了号码轮。1932年,真空压铸归纳为从模具排气道直接抽气和置模具于真空箱内两种基本方案,但当时都因真空系统存在问题均未付诸实现,于是又消声匿迹。进入50年代末期,真空压铸不但呈现“复苏”的迹象,而且很快就形成了高潮,各个国家竞相进行研究试验,这一时期,真空压铸确实有了突破性的进展。然而,终因还有一些技术问题难以克服。更主要的是以高昂的成本为代价,在经济效益方面难以承受,于是,真空压铸再次转入低潮。

就在这一时期,我国压铸界也大范围地普遍对真空压铸工艺进行了试验。不过,这次却给人们以深刻的启迪。以后,真空压铸呈现稳步求实、循序渐进的发展趋势,并逐步进入成熟的时期。

近十几年来,真空压铸以抽除型腔内的气体的形式为主流。仅就这种形式而言,则有真空阀装在模具上与排气道连接的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;还有在型腔抽气的同时吸入氧气 (设定的且少量)的等。其中以将真空阀装在压铸模具上的较简便实用,其最大的优点在于模具的设计和结构基本上与常规压铸相同,分型面、推杆配合面、型腔镶拼接合面和冲头压室配合面等各处都不必加密封填料,只有排气道(也就是抽气道)的设计和计算有所不同。

常规压铸的排气道(这里称为常压气道)的设计及其面积的计算已有不少报道和介绍,有关文献指出,型腔气体的排出不仅由填充速度所决定,还应注意到气体的体积与温度有关,并因压力的作用而变化(受压缩),所以计算应以这些有关方面为基础。

真空压铸的排气(抽气)道(这里称为真空气道),除了合理安排位置以外,其面积的计算同样十分重要,并且要建立一个“临界面积”的概念。这个临界面积与型腔内抽出的气体量和抽气时间(气体流动率)以及填充时间有关。计算方法是以等熵的关系为依据,还要考虑气道系统中的流动阻力、马赫数(速度与音速的比值)等因素,再根据填充时间与抽气时间的比值,从而确定临界面积。当实际的气道面积大于临界面积时,真空压铸效果明显;反之,则作用不大。

真空压铸的主要优点有:减少锌合金压铸件内部气孔、改善铸件表面质量和有利于生产过程铸件尺寸的稳定性。其它方面还有:压射时的比压可降低约40%,有利于延长压铸模具寿命,选用稍小的压铸机,增加压铸件的可热处理性和可焊性。

最近,有文献报道了对真空压铸的锌合金压铸件质量进行科学试验加以评估,对进一步认识和了解真空压铸的效果起到了积极的作用。

由此看来,真空压铸在减少锌合金压铸件内含气量方面无疑是十分有效的,但是,只有以常规压铸为基础,真空压铸才会有明显的效果,并且采用真空压铸时,还应注意真空气道的设计及其面积的计算,尤其是计算临界面积,以免错判真空压铸的效果。真空压铸是推动压铸工艺进入21世纪的关键因素之一。