汽车安全件的真空充氧压铸

理论基础

普通压力铸造就是在高压、高速下形成铸件，而当金属液在高压状态下被快速压射进入充满空气的压铸型腔时，型腔中的气体却很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中，造成压铸件内出现一定数量的气孔，影响了铸件的致密性和气密性，并使压铸件失去了淬火处理和焊接的可能性，因为这些铸件孔隙中的气体在热处理过程中会发生膨胀，使得铸件“起泡”。同时通过检查发现，压铸件气孔中的气体绝大部分为N2和H2，几乎没有O2，主要原因是O2与活性金属发生反应生成了固体氧化物（见图1），这为充氧压铸技术提供了理论基础。充氧压铸就是在压铸前将氧气充入型腔，以取代其中的空气，当金属液进入型腔时，一部分O2从排气槽排出，残留的氧与金属发生反应，生成弥散状的氧化物微粒，在铸弄中形成瞬间真空，从而得到无气孔的压铸件。

固体化合物（如压铸铝合金时的氧化铝）的微粒很小（1μm或以下），占整个铸件重量的0.1%-0.2%。实际上，这些化合物不影响铸件的力学性能和加工性能，且少量的化合物还能使压铸件的硬度提高数个百分点，并可使铸件进行热处理和焊接。如图2所示，对采用A356材料充氧压铸车轮固溶体的显微***进行的分析表明，在一般容易形成疲劳裂纹的区域有着很细的晶粒，其中均匀地分布着硅基球形微粒，而重力铸造车轮的材料中却含有大量拉长的铁基相的针状析出物，这种析出物的存在就会使塑性变坏。

虽然氧能与许多材料发生强烈反应，但在压铸时先用这种气体吹洗型腔，然后再注入金属液时还是安全的。因为在密闭空间内需要快速增压才能***，但是，当金属液进入吹氧的型腔时，氧和流进的金属液前端快速反应，实际上减少了型腔压力而形成局部真空。这也有助于金属液流向型腔凹部和狭窄区域。由于这个机理，充氧压铸也能用于压铸薄壁件。

实现过程

图3所示为一套充氧压铸过程的示意图，当压铸模具14闭合时，形成与压铸室12相连的模具型腔5，金属液13通过敞开的注液口9加入压铸室，活塞杆10推动活塞11将金属液压入模具型腔中，金属液充满型腔后，在压铸模内冷却凝固成型。

1.模具预热

为防止热冲击和提高生产率，生产前，压铸模具应先预热到150～200℃

2.抽真空

模具型腔通过真空管3与真空泵4连接，在对模具型腔进行抽真空时，真空管有带进空气和水蒸气的可能，因此在起模杆1和其套管之间以及压铸模的凹、凸模之间均装有密封件2，与起模杆相连的注液口也被活塞所关闭，这样就避免了空气和水蒸气通过注液口进入压铸室。抽真空时间通常保持1～2s，注液口就被活塞关闭，与传统真空压铸相比，充氧压铸前的抽真空时间稍长，真空压铸的抽真空时间一般不到1s，这样长时间的抽真空，使模具型腔内的压力低于10kPa，就能将型腔中原始的水蒸气和蒸发后附着在压铸模内表面的水蒸气更有效地抽走。当抽气速率达到50～80kPa/s时，甚至连复杂结构模具型腔中狭窄部位的残留气体也能被抽走。

模具型腔先抽真空比简单的直接充氧，能更有效地驱除模具型腔中的水蒸气。如果模具型腔的真空度达不到10kPa左右，大量的剩余气体仍会留在模具型腔内，如未被氧气所取代，***终将进入铸件之中。