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摘要：传统的压铸工艺已经很难满足客户需求。高真空压铸技术是近年来在普通真空压铸基础上发展起来的，它不仅具有普通真空压铸的优点，而且排气能力更强，型腔内的真空度更高。生产的铸件，具有更高的韧性和强度，能够增强企业在高端压铸市场的核心竞争力。本文以某款变速箱壳体压铸件为研究对象，该铸件在用普通真空工艺生产时，易产生质量缺陷。对模具进行优化设计，采用高真空压铸工艺生产，从根本上解决了油道漏气问题，大大提升了压铸件合格率。
关键词：高真空压铸技术；汽车变速箱壳体；应用
1、导言
以变速箱壳体压铸生产中的缺陷为研究对象，采用高真空压铸技术，改善了铸件的内部气孔状态和力学性能。对比发现，使用高真空压铸工艺后，压铸件的油道漏气率大幅降低，合格率达到97%，降低了成本。
2、高真空压铸工艺概述
压铸工业史上，真空压铸的首次尝试出现在1872年，由于条件不成熟，实际应用效果不大，没有几年就停止了。1932年，L.Fromer归纳了两种基本方案，一个是直接从模具排气道抽气，另一种是将模具直接置于真空箱内部，但最终都因真空系统难于实现而放弃。50年代，真空压铸出现复苏迹象。各国竞相研发，取得一些技术的突破，但是因一些技术难题以及高昂的成本又步入低潮。
高真空压铸是指压铸模型腔内的真空度达到90kPa以上的压铸方法，其实现方法有三种：一是Vacural法，由德国Muller-Weingarten公司和Vaw公司联合研发；二是MFT法，由德国的Alcan-BDW公司推出，还有一种Vacuum Golve Box法，由日本雅马哈公司开发。
Vacural法是通过升液管将压室和熔化炉直接连通，金属铝液通过抽真空的方式被吸入到压室内，当真空度达到预定值时再压射成形。Vacural法缺点是需要专用压铸机，且价格昂贵，加上受专利技术的保护，应用受到限制。
MFT（Minimum Fill Time）法只需要采用普通的压铸机，其工作原理首先抽取压铸模型腔中的空气，使型腔内真空度到90kPa以上，然后利用多浇道以及大面积的内浇口迅速将金属铝液充填型腔。
Vacuum Golve Box法是将整个模具放置在一个密封罩里面，并设置几个抽气回路来抽取密封罩内模具中的空气，确保压铸模型腔中的高真空度。
3、高真空压铸技术的优势
长期以来，人们为降低压铸件内部气孔缺陷，提升压铸件内部质量，提高压铸件力学性能，研发了许多新的特殊方法，如层流充填法或超低速压铸法、充氧压铸法、真空压铸法等。上述方法都力争减少高速金属液在充填过程中的包裹气体现象，从而达到提高铸件内部质量的目的。由于层流充填法存在生产效率低，对铸件结构有特定要求；充氧压铸法操作工序复杂，工艺参数不易控制等缺点，所以实际生产中这两种方法应用甚少。真空压铸法则是先将型腔中的气体抽出，然后金属液在真空状态下充填型腔，因而卷入的气体少，铸件的内部质量好。真空压铸法不仅继承了普通压铸方法的优点，且大大改善了普通压铸工艺的气孔缺陷。而采用高真空压铸技术生产的铸件可以进行焊接，热处理加工，例如由高真空压铸技术制造的汽车重要受力件：底盘悬挂梁、三角臂、转向臂等。
4、铸件特点及工艺分析
汽车变速箱壳体的铸件毛坯质量为10.6kg，材质为ADC12。轮廓尺寸为482mm×375mm×240mm，最大壁厚为35mm，最小壁厚为2.5mm；要求抗拉强度大于240MPa，伸长率大于1.5%；要求在0.3MPa的压力下，泄漏量小于2ml/min。该变速箱壳体结构中高压油道多且集中，而油道与油道之间的交叉位置壁薄，极易发生油道间的相互窜漏现象。
5、铸件缺陷分析及模具设计
5.1压铸件缺陷分析
该变速箱壳体铸件前期采用普通真空压铸工艺，压铸件不良率高达25%。不良品主要缺陷为高压油道漏气。将漏气位置进行局部剖切后发现周围有明显气孔。经过多次工艺参数调试以及对模具的优化，缺陷的改善效果均不明显，最终确定采用高真空压铸工艺。
5.2高真空模具设计特点
传统的真空模具采用激冷排气块作为型腔与真空管道的连接通道，金属液在流入该排气块时阻力大，流速降低并迅速凝固堵住排气道以防止金属液进入真空管道。激冷排气块结构中由于排气道截面积受限制，所以型腔中的真空度不高。高真空壓铸模具采用真空阀作为气体排出通道，排气面积大且型腔中真空度高。真空阀主要分为机械阀和液压/气动阀。机械阀有着结构简单、控制系统成本低、容易清理等优点，但是排气量不大，容易堵塞，阀体成本高。液压/气动阀具有排气面积大，不易堵塞等优点，但其对控制系统的要求很高。同时，高真空模具为了获得低于10KPa的高真空度，还必须要设计模具密封结构。模具大分型面的密封一般采用耐高温的密封胶条来实现，除此之外，模具抽芯结构、推杆系统以及模具与压室的配合位等也需设计密封结构。
在工艺优化设计中，模具排气结构采用了液压式真空阀。其工作原理是将压射冲头行走的距离，转换为真空通道关闭电磁阀的脉冲信号，依据冲头行进的距离开启和关闭真空通道。
6、试验结果
对高真空压铸工艺及普通真空压铸工艺生产的样件进行X光检测，见图。从图a可以看到，普通真空压铸件内部有密集性气孔，泄露风险大，严重影响铸件品质。从图c可以看到，铸件同一部位几乎没有气孔缺陷，内部组织致密，铸件品质好。经过气密性测试，铸件的油道漏气率大幅降低，高真空压铸工艺生产的铸件合格率达到97%。
通过对两种真空压铸工艺的试验结果进行对比发现，高真空压铸件的力学性能如抗拉强度和伸长率都得到了明显提升，油道漏气率大幅降低，成品率达到97%，满足了客户要求。
7、结束语
基于高真空压铸技术的工艺特点和优势，德、美、日等国对高真空压铸技术进行了大量的研发，并获得了产业化应用。而由于技术、观念以及管理等方面的原因，国内对高真空压铸技术领域的研发及应用明显落后于工业化国家，己成为制约国内压铸企业产品质量提升和汽车轻量化发展的共性技术瓶颈。
参考文献：
[1]李海林.真空压铸工艺与锌合金高真空压铸技术研究[J].模具制造，2013年.
[2]姚士琦.高真空压铸技术在铸造行业的发展及应用[J].企业技术开发，2015年.
（作者单位：龙口澳雷樽传动机械有限公司）
关键词：高真空压铸技术；汽车变速箱壳体；应用
1、导言
以变速箱壳体压铸生产中的缺陷为研究对象，采用高真空压铸技术，改善了铸件的内部气孔状态和力学性能。对比发现，使用高真空压铸工艺后，压铸件的油道漏气率大幅降低，合格率达到97%，降低了成本。
2、高真空压铸工艺概述
压铸工业史上，真空压铸的首次尝试出现在1872年，由于条件不成熟，实际应用效果不大，没有几年就停止了。1932年，L.Fromer归纳了两种基本方案，一个是直接从模具排气道抽气，另一种是将模具直接置于真空箱内部，但最终都因真空系统难于实现而放弃。50年代，真空压铸出现复苏迹象。各国竞相研发，取得一些技术的突破，但是因一些技术难题以及高昂的成本又步入低潮。
高真空压铸是指压铸模型腔内的真空度达到90kPa以上的压铸方法，其实现方法有三种：一是Vacural法，由德国Muller-Weingarten公司和Vaw公司联合研发；二是MFT法，由德国的Alcan-BDW公司推出，还有一种Vacuum Golve Box法，由日本雅马哈公司开发。
Vacural法是通过升液管将压室和熔化炉直接连通，金属铝液通过抽真空的方式被吸入到压室内，当真空度达到预定值时再压射成形。Vacural法缺点是需要专用压铸机，且价格昂贵，加上受专利技术的保护，应用受到限制。
MFT（Minimum Fill Time）法只需要采用普通的压铸机，其工作原理首先抽取压铸模型腔中的空气，使型腔内真空度到90kPa以上，然后利用多浇道以及大面积的内浇口迅速将金属铝液充填型腔。
Vacuum Golve Box法是将整个模具放置在一个密封罩里面，并设置几个抽气回路来抽取密封罩内模具中的空气，确保压铸模型腔中的高真空度。
3、高真空压铸技术的优势
长期以来，人们为降低压铸件内部气孔缺陷，提升压铸件内部质量，提高压铸件力学性能，研发了许多新的特殊方法，如层流充填法或超低速压铸法、充氧压铸法、真空压铸法等。上述方法都力争减少高速金属液在充填过程中的包裹气体现象，从而达到提高铸件内部质量的目的。由于层流充填法存在生产效率低，对铸件结构有特定要求；充氧压铸法操作工序复杂，工艺参数不易控制等缺点，所以实际生产中这两种方法应用甚少。真空压铸法则是先将型腔中的气体抽出，然后金属液在真空状态下充填型腔，因而卷入的气体少，铸件的内部质量好。真空压铸法不仅继承了普通压铸方法的优点，且大大改善了普通压铸工艺的气孔缺陷。而采用高真空压铸技术生产的铸件可以进行焊接，热处理加工，例如由高真空压铸技术制造的汽车重要受力件：底盘悬挂梁、三角臂、转向臂等。
4、铸件特点及工艺分析
汽车变速箱壳体的铸件毛坯质量为10.6kg，材质为ADC12。轮廓尺寸为482mm×375mm×240mm，最大壁厚为35mm，最小壁厚为2.5mm；要求抗拉强度大于240MPa，伸长率大于1.5%；要求在0.3MPa的压力下，泄漏量小于2ml/min。该变速箱壳体结构中高压油道多且集中，而油道与油道之间的交叉位置壁薄，极易发生油道间的相互窜漏现象。
5、铸件缺陷分析及模具设计
5.1压铸件缺陷分析
该变速箱壳体铸件前期采用普通真空压铸工艺，压铸件不良率高达25%。不良品主要缺陷为高压油道漏气。将漏气位置进行局部剖切后发现周围有明显气孔。经过多次工艺参数调试以及对模具的优化，缺陷的改善效果均不明显，最终确定采用高真空压铸工艺。
5.2高真空模具设计特点
传统的真空模具采用激冷排气块作为型腔与真空管道的连接通道，金属液在流入该排气块时阻力大，流速降低并迅速凝固堵住排气道以防止金属液进入真空管道。激冷排气块结构中由于排气道截面积受限制，所以型腔中的真空度不高。高真空壓铸模具采用真空阀作为气体排出通道，排气面积大且型腔中真空度高。真空阀主要分为机械阀和液压/气动阀。机械阀有着结构简单、控制系统成本低、容易清理等优点，但是排气量不大，容易堵塞，阀体成本高。液压/气动阀具有排气面积大，不易堵塞等优点，但其对控制系统的要求很高。同时，高真空模具为了获得低于10KPa的高真空度，还必须要设计模具密封结构。模具大分型面的密封一般采用耐高温的密封胶条来实现，除此之外，模具抽芯结构、推杆系统以及模具与压室的配合位等也需设计密封结构。
在工艺优化设计中，模具排气结构采用了液压式真空阀。其工作原理是将压射冲头行走的距离，转换为真空通道关闭电磁阀的脉冲信号，依据冲头行进的距离开启和关闭真空通道。
6、试验结果
对高真空压铸工艺及普通真空压铸工艺生产的样件进行X光检测，见图。从图a可以看到，普通真空压铸件内部有密集性气孔，泄露风险大，严重影响铸件品质。从图c可以看到，铸件同一部位几乎没有气孔缺陷，内部组织致密，铸件品质好。经过气密性测试，铸件的油道漏气率大幅降低，高真空压铸工艺生产的铸件合格率达到97%。
通过对两种真空压铸工艺的试验结果进行对比发现，高真空压铸件的力学性能如抗拉强度和伸长率都得到了明显提升，油道漏气率大幅降低，成品率达到97%，满足了客户要求。
7、结束语
基于高真空压铸技术的工艺特点和优势，德、美、日等国对高真空压铸技术进行了大量的研发，并获得了产业化应用。而由于技术、观念以及管理等方面的原因，国内对高真空压铸技术领域的研发及应用明显落后于工业化国家，己成为制约国内压铸企业产品质量提升和汽车轻量化发展的共性技术瓶颈。
参考文献：
[1]李海林.真空压铸工艺与锌合金高真空压铸技术研究[J].模具制造，2013年.
[2]姚士琦.高真空压铸技术在铸造行业的发展及应用[J].企业技术开发，2015年.
（作者单位：龙口澳雷樽传动机械有限公司）