【正文】 不是線性減小的，氣體壓力開始降低 迅速 ，隨著壓力本身值的減小，其降低 速度 逐漸變緩 ； （ 2）大排氣截面更利于氣體流動，在相同的抽氣時間內(nèi)，型腔達到的真空度更高，或是要達到同一真空度需要的抽氣時間更短。 在初始壓力 P0=100Kpa，型腔容積 V=6L 的情況下分析真空泵抽氣速率對型腔排氣過程的影響。 型腔壓力P/1KPa 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 氣體流動分析 18 0204060801001200 1 2 3時間t / s型腔壓力P/1KPaV=5LV=10L 圖 . 不同型腔容積，型腔壓力隨抽氣時間的變化曲線 Fig Cavity pressure for different volume 由圖 可知：型腔容積越大，所需要抽出的氣體量越大。 采用直通排氣道，盡量增大管路截面積和減小管道長度利于型腔氣體的快速排出。 齒形的薄片通道 結(jié)構(gòu)設(shè)計 是多次轉(zhuǎn)折 呈鋸齒狀 ，金屬 熔體 進入薄片通道 后， 受冷 溫度降低 凝固 慢慢 失去流動能力而 停止流動， 在齒狀排氣道內(nèi)凝固下來， 堵塞薄片通道關(guān)閉真空源 。 其 原理在于通過在模具上 設(shè)置有外部助冷 的 集渣包 ，呈齒形 ， 用 齒形集渣包 將 所有 的 排氣槽都連接 起來 ， 然后 再將齒形集渣包與 外部 真空系統(tǒng)相連接。所以一方面增加排氣管路截面積以增大流導(dǎo)，提高有效抽速，縮短排氣時間，另一方面應(yīng)盡量縮短排氣管路的長度，避免因截面積增大造成所抽容積的增大而增加排氣時間。此處指的抽氣速度是指對型腔內(nèi)氣體的有效抽速，即：考慮了管路沿程壓力損失之后的實際抽速，由式（ ）可以看出有效抽速 Se 受泵抽速 Sp和排氣管路的流導(dǎo) C 的共同影響，大截面管路的流導(dǎo) C 大，有效排氣速度 Se 也越大，型腔更容易達到 高 真空。.s 。 從（ ）式可以看出有效排氣截面積 As 與排氣時間 t 成反比，大排氣面積有利于型腔內(nèi)的氣體快速地抽出，排氣面積越大，抽氣時間越短，型腔越容易達到極限真空度。在抽氣初期，真空系統(tǒng)的氣體負荷主要是容器 內(nèi)原有的空間大氣，隨著容器中壓強的降低，原有的大氣迅速減少，到 了 后期容器中殘存的氣體主要是漏氣 和 放氣，而且主要的氣體成分是水蒸氣。 真空系統(tǒng)的抽氣方程 真空排氣的目的是將被抽容器內(nèi)的各種氣體抽出，而一個真空系統(tǒng)中需要抽出重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 氣體流動分析 15 的氣體負荷量為：抽真空容積中的漏氣量 +抽真空容積材料表面釋放出來的氣體流量 +抽真空容積外部大 氣通過壁材料滲透進入的氣體量 +工藝過程中抽真空容積內(nèi)產(chǎn)生的氣體量 +抽真空容積本身存在的大氣量 1 f s g aQ Q Q Q Q Q? ? ? ? ? （ ） 當(dāng)真空系統(tǒng)對被抽氣容積抽氣時，真空系統(tǒng)對容積的有效抽速若以 eS 表示，抽真空容積內(nèi)壓力用 P 表示，則單位時間內(nèi)系統(tǒng)所排出的氣體流量即使 eSP。 對于一元恒定氣流，盡管在實際流動中有摩擦?xí)斐蓹C械能的損失，但只要所討論的系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱交換，則所損失的機械能仍以熱能的形式存在于系統(tǒng)中，所以一元氣流的能量方程既可使用于理想氣體的可逆絕熱流動（等熵流動）又適用 于實際流體的不可逆絕熱流動。 要求模具內(nèi)排氣道排氣能力大，能在瞬間 快速 排出型腔內(nèi)氣體， 模具內(nèi)真空截止動態(tài)快速響應(yīng)， 避免金屬液進入真空系統(tǒng)造成堵塞； （ 4） 針對壓鑄品質(zhì)依賴于工藝參數(shù)配置的現(xiàn)實，用 “虛擬現(xiàn)實 ”與 “生產(chǎn)性實驗 ”相結(jié)合的方法 ，通過模擬與實際生產(chǎn)結(jié)合進行參數(shù)工藝的優(yōu)化； （ 5） 研究工藝 參數(shù)與鑄件品質(zhì)的關(guān)系，確定高品質(zhì)鑄件穩(wěn)定生產(chǎn)條件及優(yōu)化調(diào)控方法 。 本課題 源自國家 973“鎂合金擠壓鑄造”課題 ， 得到重慶市科委，東莞宜安電器制品有限公司，香港生產(chǎn)力促進局的大力支持。但國內(nèi) 在傳統(tǒng)壓鑄上輔以 真空壓鑄系統(tǒng)的廠家還很少，且大部分依賴進 口，價格昂貴。通過對國內(nèi)外現(xiàn)有的真空壓鑄系統(tǒng)進行對比分析可得，瑞士方達瑞的真空壓鑄系統(tǒng)性能可靠穩(wěn)定，型腔內(nèi)真空度高（ 100mBar），但其價格昂貴，一般企業(yè)無法承擔(dān)。 不足之處在于一旦壓射鑄件改變，用于關(guān)閉真空閥的計時器或行程開關(guān)將隨之加以調(diào)整，且對模具密封性要求較高，金屬填充型腔之前型腔真空度可以達到 100mBar[35]，但因為 真空源截止過早，充型后期未排出的殘余氣體被擠壓到未填充空間，在影響鑄件質(zhì)量的充型關(guān)鍵后期，型腔內(nèi)氣壓急劇增加， 但 真空度 卻 較低。但是 該結(jié)構(gòu)存在一些弊端， 當(dāng)金屬液達到主動活塞時，可能因為壓力不足而無法推動主動活塞動作， 導(dǎo)致 截止閥作用失效，金屬液直接流入從動活塞的真空通道而堵塞氣路，所以必須在真空閥中設(shè)置額外的動力來關(guān)閉閥芯。 1— 動型 ， 2— 定型 ， 3— 排氣口 ， 4— 復(fù)位導(dǎo)桿 ， 5— 定型壓板 ， 6— 從動活塞套 ， 7— 從動活塞 ， 8— 彈簧 ， 9— 復(fù)位擋板 ， 10— 容置槽 ， 11— 限位板 ， 12— 杠桿 ， 13— 主動活塞 ， 14— 主動活塞套 ， 15— 導(dǎo)液通路 ， 16— 進料口 圖 真空截止閥結(jié)構(gòu)示意圖 Fig Schematic of vacuum valve 壓鑄開始 初期 ：壓鑄模具閉合，動型 1推動復(fù)位導(dǎo)桿 4， 4則壓縮彈簧 8使得杠桿 12 處于活動狀態(tài)。 但 由于該系統(tǒng) 一次性投入成本高， 且 需要配 備相應(yīng) 的真空機來實現(xiàn)其他的功能 ，閥 也 需要定時的停機維護， 維護費用較高， 系統(tǒng)的使用對人員素質(zhì)要求 也 較高，這些 因素限制 了該系統(tǒng) 在鑄造行業(yè)中 的廣泛應(yīng)用 。 該系統(tǒng)的 排氣溝槽與閥芯截面積大，排氣能力高，能 使型腔 獲得較高的真空度。 該 抽氣截流閥設(shè)計構(gòu)思獨特 且 取得國際專利 。 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 9 當(dāng)壓射沖頭越過澆料口時， 壓室與型腔內(nèi)部形成密閉容積，其中的氣體 通過較大截面的 排氣 流道和通氣節(jié)流閥與外 部 大容量真空源接通 ，型腔實現(xiàn)快速排氣 。 這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單 、 投資小 ， 且 型腔氣體抽真空過程 持續(xù)到型腔完全充填。 （ 2）用排氣冷卻塊（“ Z”形冷卻快）全過程排氣的 真空壓鑄系統(tǒng) [26]， 如圖 所示。沖頭繼續(xù)前進， 在第二級快壓射開始之前， 依靠行程開關(guān)重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 8 或時間計時器提前關(guān)閉真空排氣， 壓鑄機控制閥由傳感器起作用使模具內(nèi)的抽氣截流閥將真空源關(guān)閉。 各種真空壓鑄系統(tǒng)分析比較 真空壓鑄系統(tǒng)研究現(xiàn)狀： 真空排氣按真空截止閥的關(guān)閉時間主要分為全過程真空和半過程真空排氣。 國外研究發(fā)展了幾種 以 模具內(nèi)設(shè)置 排氣道與 抽氣截流閥為特征的真空壓鑄系統(tǒng)，動作程序與 傳統(tǒng)普通 壓鑄機相同，壓射沖頭越過壓室澆料口的同時，型腔及壓室通過 排氣道由 抽氣截流閥接通大流量真空泵。其中 ， 將真空閥裝在模具 上 與排氣道連接然后 從型腔處抽氣 的 方法最為 簡便實用，其最大的優(yōu) 勢 在于模具的設(shè)計和結(jié)構(gòu)基本上與常規(guī) 傳統(tǒng) 壓鑄 模具結(jié)構(gòu)類似或 相同。 60 年代 一度 興起用罩式真空裝置來實現(xiàn)真空壓鑄，經(jīng)過國內(nèi)外 真空 壓鑄生產(chǎn)實踐證明 通過該方案將 模具型腔及壓室內(nèi) 氣體排出，形 成稀薄氣體狀態(tài)，在粗真空 狀態(tài)下 充填成型對減少 及 消除壓鑄件內(nèi)部 的 氣孔 缺陷 ，改善組織致密 度 與 鑄件 產(chǎn)品 表面 光潔度，提高 鑄件 產(chǎn)品 質(zhì)量 和 壓鑄件的成品合格率等 確實具有 一定 的效果。 1932 年， 真空壓鑄 方法被研究學(xué)者 Former 歸納為 兩種方案 ， 第一種 是 在模具內(nèi)設(shè)計排氣道， 從模具型腔內(nèi)直接抽氣 ； 第 二 種 是 置模具在真空箱內(nèi) ，對真空箱進行抽真空，即將壓鑄置于 真空環(huán)境中進行 。 真空 壓鑄 輔助系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外真空 壓鑄 技術(shù) 的發(fā)展 [2023] 真空壓鑄技術(shù)的具體 實施 方案就是將型腔內(nèi)（包括壓室）的氣體抽 出 或 大 部分抽 出 ， 實現(xiàn)高真空條件下的充型， 然后 金屬 熔體 在壓頭 壓力 作用下充填模具型腔 ，冷卻凝固成形 。 壓射時比壓可 降約40%， 能 提高 模具 的 壽命，還可以 提高 鑄件的熱處理性和可焊性 ， 調(diào)整真空壓鑄件性能， 增大壓鑄件的 應(yīng) 用范圍 。 經(jīng)過熱處理的壓鑄件綜合性能得到顯著改善，應(yīng)用范圍更加廣泛可用于結(jié)構(gòu)件與承載件。 此時，模具 型腔 內(nèi)的 氣體 含 量降低， 型腔 真空度迅速升高，壓頭遇 到如 快速感應(yīng)開關(guān) 等一類 的 控制元件 時，真空閥關(guān)閉 ，將 抽真空系統(tǒng) 與型腔斷開并密封 。同時， 在后續(xù) 改善鑄件性能 的熱處理過程中，由于鑄件的含氣量高，鑄件加熱后 表面會出現(xiàn)氣泡（如圖 所示） 。但同時也導(dǎo)致金屬液內(nèi)氣體不能在短時間內(nèi)排出而殘留于鑄件內(nèi)部形成氣孔缺陷。 與 傳統(tǒng)的 金屬固定模重力鑄造 和 砂型 鑄造 相比， 壓鑄 的高速 高壓噴射 比 依靠 金屬液的重力而 自然流入 有著更好的充型效果，但也正是 因為 高溫高壓高速的金屬噴射 和金屬液流態(tài)的不穩(wěn)定， 使金屬 液 與型腔內(nèi)的空氣 ，以及 熱金屬 和 型腔內(nèi)殘留潤滑劑所產(chǎn)生的煙氣 與高速流動的金屬液 有更大 結(jié)合 的 可能 性 。 壓鑄 由于工藝的改進，的確 克服了砂型鑄造的許多缺點，但 同時其獨特的工藝 也帶來了一些新問題，如透氣性差，鑄件產(chǎn)品 較容 易出現(xiàn)氣孔 缺陷 ；導(dǎo)熱快且退讓性低， 易出現(xiàn)澆不到，冷隔 和 裂紋等缺陷 ； 其 耐熱性不如砂型好，在金屬液的高溫 高壓 作用下，型腔比較容易損壞 ，使用壽命受到影響 。 壓力鑄造 是 特種鑄造的 主要 方法之一， 也 可以稱 其 為 有色金屬鑄造 行業(yè)里面 的一種革命， 該方法的誕生 在很大程度上 提高了鑄件 產(chǎn)品 的生產(chǎn) 效 率 ，降低了 產(chǎn)品 的 生產(chǎn)成本，為壓鑄件在各行各業(yè)的 更廣泛 應(yīng)用奠定了 技術(shù) 基礎(chǔ) [56]。 在金屬液熔煉澆注 和 充型 的過程 中， 若在冷凝過程中不能 把 液態(tài)金屬吸入的氣體 從液體內(nèi) 逸出，滯留在金屬中，將在鑄件內(nèi)形成氣孔 。 液態(tài) 合金的充型能力是指液態(tài)合金充滿鑄型 容積 ，獲得重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 2 輪廓清晰，形狀 結(jié)構(gòu) 準(zhǔn)確 鑄件的能力。一般來說， 與塑性成形的零件相比， 液態(tài)金屬直接凝固成形的零件，其內(nèi)部組織均勻性，致密度及力學(xué)性能都 較低 。 鑄造 成型 是一種將液態(tài)金屬（ 一般為合金夜）澆入鑄型型腔， 待金屬液 冷卻凝固 來 獲得 與鑄型型腔結(jié)構(gòu)形狀相同的 毛坯或零件的成形工藝。這些 飾品 充分證明 了 殷商時期銅合金的冶煉和鑄造技術(shù)已 到 達了很高的 技術(shù) 水平。 由 文獻記載 與 實踐 考察研究 表明 ，鑄造技術(shù)的發(fā)展 主要 可 以 分為兩 個 階段， 第一個 階段 是 以 青銅 鑄造為主，后階段 則 是 以鑄鐵為主。 3. The innovated and realtime system of detecting for cavity vacuum degree have been developed, bing the transmitter and collector, the curve of cavity vacuum degree and pumping time was displayed, to achieve the realtime detection and conformity。 本課題研制的 抽 真空系統(tǒng) 具 廣泛的適應(yīng) 性，可 滿足 除輪轂外的 其他鑄件的真空高壓鑄造生產(chǎn)的 要求。 高壓鑄造用 真空系統(tǒng)的關(guān)鍵 技術(shù) 之一 是 如何使型腔 內(nèi)氣體 在極短時間內(nèi) 排出 ；二是如何在充型 過程中 及時關(guān)閉真空通道，避免金屬液進入真空系統(tǒng) 。 抽 真空系統(tǒng)是真空 鑄造 技術(shù) 有效 應(yīng)用的關(guān)鍵 設(shè)備 ，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響鑄件質(zhì)量。 本課題是在 研究 現(xiàn)有真空 鑄造 技術(shù)的基礎(chǔ)上， 針對現(xiàn)有 國