壓鑄作為一種高效的金屬成型工藝，在現(xiàn)代制造業(yè)中占據(jù)重要地位。通過高壓將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入模具型腔，能夠生產(chǎn)出尺寸精確、表面質(zhì)量高且復(fù)雜程度多樣的零部件。然而，傳統(tǒng)壓鑄過程中，型腔中的氣體難以完全排出，易在鑄件內(nèi)部形成氣孔、疏松等缺陷，嚴(yán)重影響鑄件的力學(xué)性能和質(zhì)量穩(wěn)定性。為解決這一難題，真空機(jī)工藝被引入壓鑄領(lǐng)域，通過抽取型腔中的氣體，顯著降低氣體含量，提升鑄件品質(zhì)。深入探討壓鑄與真空機(jī)工藝的協(xié)同作用，對(duì)于優(yōu)化壓鑄生產(chǎn)、拓展應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
1、壓鑄工藝基礎(chǔ)
壓鑄過程始于將金屬材料（如鋁合金、鋅合金等）在熔爐中加熱至液態(tài)。借助壓鑄機(jī)的壓射系統(tǒng)，以極高的壓力和速度將液態(tài)金屬注入模具型腔。模具通常由定模和動(dòng)模兩部分組成，合模后形成與鑄件形狀相符的封閉空間。在高壓作用下，液態(tài)金屬迅速填充型腔的各個(gè)角落，并在模具冷卻系統(tǒng)的作用下快速凝固成型。
壓鑄工藝具有諸多優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)效率極高，能實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的大量生產(chǎn)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需求。且所得鑄件尺寸精度高，公差范圍可控制在極小范圍內(nèi)，表面粗糙度低，減少了后續(xù)加工工序。但不可忽視的是，由于金屬液高速充型，型腔中的空氣難以完全排出，會(huì)卷入金屬液中形成氣孔。這些氣孔不僅降低鑄件的密度，還會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，在受力時(shí)可能引發(fā)裂紋擴(kuò)展，降低鑄件的強(qiáng)度、韌性和疲勞性能 。
2.真空機(jī)工藝原理與作用
（一）原理
真空機(jī)工藝的核心原理是在壓鑄過程中，通過真空系統(tǒng)將模具型腔中的氣體抽出，降低型腔內(nèi)的氣壓。在開始?jí)鸿T前，啟動(dòng)真空機(jī)，利用真空泵的抽吸作用，使模具型腔與外界形成壓力差，從而將型腔中的空氣、水汽以及其他揮發(fā)性氣體排出。當(dāng)型腔內(nèi)達(dá)到預(yù)定的真空度后，再進(jìn)行液態(tài)金屬的壓射充型。此時(shí)，由于型腔內(nèi)氣體含量大幅減少，金屬液在填充過程中卷入氣體的幾率顯著降低。
（二）作用
減少氣孔缺陷：顯著降低鑄件內(nèi)部氣孔的數(shù)量和尺寸，使鑄件更加致密。這對(duì)于承受高壓、高載荷的零部件尤為重要，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、航空航天結(jié)構(gòu)件等，可有效提高其力學(xué)性能和可靠性。
提升力學(xué)性能：減少氣孔后，鑄件的強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命等力學(xué)性能指標(biāo)得到顯著提升。例如，鋁合金壓鑄件經(jīng)真空壓鑄后，其抗拉強(qiáng)度可提高10%-30%，疲勞壽命可延長(zhǎng)數(shù)倍。
改善表面質(zhì)量：減少因氣體卷入導(dǎo)致的表面缺陷，如氣泡、麻點(diǎn)等，使鑄件表面更加光滑平整，提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和表面光潔度，減少后續(xù)表面處理工序的成本。
3.壓鑄與真空機(jī)工藝協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)
（一）真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)
真空泵選型：根據(jù)壓鑄機(jī)的規(guī)格、模具型腔體積以及所需的真空度要求，選擇合適抽氣速率和極限真空度的真空泵。例如，對(duì)于大型壓鑄機(jī)和較大型腔的模具，需配備抽氣速率高的羅茨真空泵與旋片真空泵組合系統(tǒng)，以快速達(dá)到所需真空度。
真空管路布局：合理設(shè)計(jì)真空管路，確保管路短而直，減少?gòu)濐^和接頭數(shù)量，降低氣體流動(dòng)阻力。同時(shí)，要保證管路的密封性，防止外界空氣泄漏進(jìn)入型腔，影響真空效果。
（二）模具設(shè)計(jì)與制造
排氣槽設(shè)計(jì)：在模具型腔的適當(dāng)位置開設(shè)排氣槽，排氣槽的深度和寬度需根據(jù)鑄件的材質(zhì)、厚度和形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般來說，排氣槽深度在0.05 - 0.2mm之間，寬度根據(jù)型腔大小在5 - 20mm不等。排氣槽應(yīng)與真空系統(tǒng)相連通，使氣體能夠順利排出。
模具密封：提高模具的密封性能，防止金屬液在壓射過程中從分型面、滑塊等部位泄漏。采用優(yōu)質(zhì)的密封材料和合理的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如在分型面設(shè)置密封槽，安裝橡膠密封條等。
（三）壓鑄工藝參數(shù)匹配
壓射速度與真空開啟時(shí)機(jī)：精確控制壓射速度與真空開啟時(shí)機(jī)的匹配關(guān)系。在真空系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定真空度后，適時(shí)啟動(dòng)壓射動(dòng)作，且壓射速度要適中，既要保證金屬液能夠快速填充型腔，又不能因速度過快導(dǎo)致氣體再次卷入。例如，對(duì)于薄壁鋁合金壓鑄件，可在真空度達(dá)到95%以上時(shí)啟動(dòng)壓射，壓射速度控制在3 - 5m/s。
壓鑄壓力與保壓時(shí)間：在真空壓鑄過程中，壓鑄壓力和保壓時(shí)間也需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由于型腔內(nèi)氣體減少，金屬液的流動(dòng)性和填充性能有所改變，適當(dāng)提高壓鑄壓力和延長(zhǎng)保壓時(shí)間，有助于提高鑄件的致密度和尺寸精度。
4.應(yīng)用案例分析
在汽車行業(yè)中，某汽車制造公司采用真空壓鑄工藝生產(chǎn)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。傳統(tǒng)壓鑄工藝生產(chǎn)的缸體內(nèi)部存在較多氣孔，在進(jìn)行壓力測(cè)試時(shí)，部分缸體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，廢品率較高。采用真空壓鑄工藝后，通過優(yōu)化真空系統(tǒng)和壓鑄工藝參數(shù)，缸體內(nèi)部氣孔率大幅降低，廢品率降低了50%以上。經(jīng)檢測(cè)，真空壓鑄生產(chǎn)的缸體抗拉強(qiáng)度提高了15%，疲勞壽命延長(zhǎng)了2倍，有效提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性。
在航空航天領(lǐng)域，某航空零部件制造商使用真空壓鑄工藝制造鈦合金結(jié)構(gòu)件。由于航空航天零部件對(duì)質(zhì)量和性能要求極高，傳統(tǒng)壓鑄工藝無(wú)法滿足要求。采用真空壓鑄工藝后，成功解決了氣孔缺陷問題，生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)件質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了航空航天領(lǐng)域?qū)α悴考邚?qiáng)度、高可靠性的嚴(yán)格要求。