反重力鑄造裝備技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

【摘 要】利用反重力鑄造工藝來(lái)鑄造裝備，可有效提高金屬利用率，改善并確保鑄件質(zhì)量。結(jié)合反重力鑄造技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文對(duì)反重力鑄造技術(shù)在裝備鑄造中的應(yīng)用作詳細(xì)分析，并淺要探討了該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，得出相關(guān)結(jié)論，以供同行參考。

【關(guān)鍵詞】反重力鑄造；裝備；工藝原理；應(yīng)用；發(fā)展

鑄造技術(shù)盛行之后，反重力鑄造技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用變得廣泛，為裝備技術(shù)的發(fā)展提供了良好條件。反重力鑄造屬裝備技術(shù)的一種，具有鑄造成本低，鑄造效率高，有效改良鑄件質(zhì)量等特點(diǎn)，可推廣應(yīng)用到薄壁構(gòu)件生產(chǎn)中。基于反重力鑄造技術(shù)在裝備生產(chǎn)中的重要性，筆者現(xiàn)結(jié)合反重力鑄造技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)反重力鑄造技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究，詳細(xì)內(nèi)容如下。

1 反重力鑄造技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

反重力鑄造技術(shù)與傳統(tǒng)重力鑄造技術(shù)原理不同，它在鑄造構(gòu)件時(shí)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力剛好與構(gòu)件重力方向相反，需要克服重力作用來(lái)獲得鑄件。這一鑄造技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)具有充型平穩(wěn)、組織性能強(qiáng)、不破壞鑄件質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，能有效保證鑄件的鑄造質(zhì)量。目前，反重力鑄造技術(shù)主要有三種實(shí)施方法，一是低壓鑄造，二是差壓鑄造，三是調(diào)壓鑄造。三種鑄造方法各具特點(diǎn)，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)都能保證鑄件質(zhì)量，提高鑄件性能。

1.1 低壓鑄造技術(shù)

反重力鑄造技術(shù)中，低壓鑄造的產(chǎn)生時(shí)間最早，20世紀(jì)10年代就已經(jīng)被提出。低壓鑄造技術(shù)的基本原理是利用坩堝內(nèi)部氣壓來(lái)控制并解決充型與補(bǔ)縮之間的矛盾，以確保重力鑄造的充型平穩(wěn)性，防止鑄件表面產(chǎn)生氣孔或者夾渣，影響鑄件質(zhì)量。傳統(tǒng)重力鑄造技術(shù)在具體實(shí)施時(shí)一般采用底注方法，而由于受到底注原理的影響，鑄型內(nèi)部溫度會(huì)發(fā)生變化，溫度場(chǎng)可能出現(xiàn)分布不均勻情況，進(jìn)而導(dǎo)致冒口補(bǔ)縮受阻，難免會(huì)對(duì)鑄件質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此研究人員改良了鑄造技術(shù)，利用低壓鑄造方法來(lái)鑄造裝備，利用低壓鑄造技術(shù)所具備氣壓充型原理，將鑄型內(nèi)的補(bǔ)縮通道、澆道結(jié)合到一起，形成一條通道，同時(shí)保持鑄型內(nèi)部溫度，保持溫度場(chǎng)分布均勻，使溫度梯度與鑄型內(nèi)部壓力梯度保持一致，成功解決了澆注和補(bǔ)縮矛盾。下圖1為低壓鑄造技術(shù)的工作原理圖。

低壓鑄造技術(shù)具有極好的充型平穩(wěn)性，能適當(dāng)提高鑄件的致密性，保證鑄件質(zhì)量，當(dāng)前在厚大斷面鑄件鑄造工藝中有著廣泛的應(yīng)用。

1.2 差壓鑄造

差壓鑄造方法的興起時(shí)間在20世紀(jì)60年代，它是繼低壓鑄造技術(shù)之后，創(chuàng)新、發(fā)展起來(lái)的新型鑄造技術(shù)。由于低壓鑄造技術(shù)只能控制坩堝內(nèi)部氣壓，無(wú)法控制鑄型的外部大氣，所所以難免存在技術(shù)缺陷。為了改進(jìn)低壓鑄造存在的技術(shù)缺陷，研究人員在低壓鑄造原理上探討研發(fā)出了差壓鑄造技術(shù)，使差壓鑄造既具備低壓鑄造技術(shù)特點(diǎn)，又具備壓力釜鑄造技術(shù)特。探析差壓鑄造技術(shù)原理，發(fā)現(xiàn)其在應(yīng)用時(shí)能將鑄型內(nèi)的上、下壓力同時(shí)控制起來(lái)，然后鑄造裝備，保證充型平穩(wěn)、鑄造安全有效。差壓鑄造時(shí)，如果采用減壓法進(jìn)行裝備鑄造，鑄造過(guò)程中鑄型會(huì)在壓力變化下產(chǎn)生壓差，鑄型產(chǎn)生的壓差越大，其排球能力就越強(qiáng)，氣孔就越不容易形成。所以，壓差鑄造法的使用能有效提高鑄件質(zhì)量，減少氣孔的產(chǎn)生率。下圖2為差壓鑄造原理圖。

差壓鑄造比低壓鑄造更加有效、可行，它不僅具備低壓鑄造特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)低壓鑄造裝備，還具有壓力釜鑄造特點(diǎn)，能改善鑄件質(zhì)量，減少氣孔產(chǎn)生，降低鑄件的熱裂可能性。

1.3 調(diào)壓鑄造

調(diào)壓鑄造技術(shù)具有充型能力強(qiáng)、補(bǔ)縮性能高兩大特點(diǎn)，并且能在鑄造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)真空冶金。與差壓鑄造技術(shù)相比，調(diào)壓鑄造技術(shù)的性能更加完善。現(xiàn)代工業(yè)常將調(diào)壓鑄造技術(shù)應(yīng)用于薄壁鑄件的鑄造工藝中，它能提高薄壁鑄件的精密性，能突破復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件精密組芯技術(shù)，解決一些關(guān)鍵性難題。

調(diào)壓鑄造技術(shù)的最大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是能大大提高金屬液的利用率，能提高薄壁鑄件的充型能力，減少鑄件表面氣孔的產(chǎn)生率，避免鑄件質(zhì)量缺陷。

2 反重力鑄造技術(shù)的發(fā)展分析

2.1 反重力鑄造電控技術(shù)的發(fā)展

縱觀目前國(guó)內(nèi)外反重力裝備的控制系統(tǒng)，單板機(jī)控制系統(tǒng)已成為歷史。隨著計(jì)算機(jī)和PLC等工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，給傳統(tǒng)反重力鑄造裝備控制系統(tǒng)的更新提供了良好的環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)外常用的控制系統(tǒng)基本上有2種方式：

1）由工業(yè)化一體工作站結(jié)合各種數(shù)字量或模擬量輸入輸出板卡組成，該系統(tǒng)可發(fā)揮工控機(jī)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，采用高級(jí)語(yǔ)言編寫更為復(fù)雜的執(zhí)行或監(jiān)控程序，用于數(shù)據(jù)采集PCI系列板卡具有很高的采集速度。國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)的BH1型低壓鑄造計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、T482型低壓鑄造控制系統(tǒng)都采用此種結(jié)構(gòu)；

2）由PLC控制裝置與觸摸屏或工控機(jī)組成上下位機(jī)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，PLC大多采用德國(guó)SIEMENS或是日本MITSUBISHI公司產(chǎn)品，作為下位控制機(jī)，完成設(shè)備的順序動(dòng)作控制，工控機(jī)或觸摸屏作為上位監(jiān)控管理機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)控以及參數(shù)設(shè)置修改、數(shù)據(jù)保存與處理等功能。

2.2 反重力氣控技術(shù)的發(fā)展

人們?cè)诜粗亓﹁T造裝備的研制過(guò)程中不斷探索，尋求更適合于反重力鑄造裝備使用的專用調(diào)節(jié)閥。例如，電氣比例閥、直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥也在反重力鑄造裝備中得到了應(yīng)用。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展給人們帶來(lái)了更大的想象空間。德國(guó)GIMA公司率先在反重力低壓鑄造裝備中使用了數(shù)字組合閥，開(kāi)發(fā)出了專用BAC系統(tǒng)，取得了很好的控制效果。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)的反重力鑄造裝備研制單位也開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的反重力鑄造專用數(shù)字式組合閥，并在不同種類的裝備技術(shù)中得到了應(yīng)用，取得了很好的使用效果。數(shù)字式組合閥技術(shù)的運(yùn)用，計(jì)算機(jī)可直接采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)閥的不同流量狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)階躍式調(diào)節(jié)，從而提高了控制系統(tǒng)的壓力控制精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，反重力鑄造裝備技術(shù)在當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提升，反重力鑄造裝備技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化動(dòng)態(tài)監(jiān)控，能通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)來(lái)對(duì)鑄造工藝進(jìn)行控制，確保裝備與鑄件的鑄造質(zhì)量，使鑄造工藝過(guò)程隨時(shí)處于最佳狀態(tài)，切實(shí)保證鑄件質(zhì)量。在本篇文章中，筆者對(duì)反重力鑄造技術(shù)的種類作了分析，探討了低壓、差壓與調(diào)壓三種鑄造技術(shù)的原理和特點(diǎn)，并展望了反重力鑄造裝備技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，得出一系列結(jié)論，希望對(duì)同行工作有所幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔡增輝，郝啟堂，李強(qiáng)，李新雷.反重力鑄造液面加壓系統(tǒng)的自調(diào)整比例因子模糊控制[J].鑄造，2010（03）.

[2]周玉川，郝啟堂，李新雷，李強(qiáng)，馮志軍.Fuzzy-PID在反重力鑄造液面加壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鑄造，2008（01）.

[3]李強(qiáng)，郝啟堂，李新雷，柴艷.反重力鑄造液態(tài)成形過(guò)程的PLC控制[J].鑄造技術(shù)，2006（10）.

[責(zé)任編輯：丁艷]