真空壓鑄是當前高質量鋁壓鑄件的必要生產條件，像缸體、自動變速箱殼體、閥體等。特別是汽車結構件，需要做T6熱處理和焊接，鑄件的含氣量要控制在0.5cc/100g以內，這對整個充型過程中的高真空度有嚴格的要求（真空度在50毫巴以下），要在充滿挑戰的壓鑄生產環境下穩定地實現更不容易。這些大型而且形狀越趨復雜的壓鑄件，要保證模腔能達到高真空狀態，除了要模具密封性好之外，壓室也要密封；還需要很好的整體沖頭系統（包括沖頭、料管、潤滑、分流錐）才能保證壓射速度的穩定性、快速的生產周期和最低的氣體產生量。當然還要優化的壓射工藝和澆道系統來避免卷氣，高效的模具溫度熱平衡控制來減少噴涂量和局部過熱，鋁液除氣除渣來減少含氣含渣量等。此外，還要避免在壓射過程中讓鋁液和殘留的潤滑油產生氣體進入鑄件。

    含氣量是影響鑄件焊接性的重要因素。脫模劑的有機物殘留直接粘污鑄件表面，此外，和鋁液的接觸使脫模劑在高溫下熱分解出氫氣并溶入鋁液，在鑄件凝固時又析出成為微氣泡。同樣有害的是過多的沖頭潤滑油，因為壓室的潤滑油更會直接和鋁液接觸，產生氣體。太多的殘留會堵塞排氣通道和影響閥芯滑動，也導致毛刺出現，損壞密封條。

    在生產過程中，標準沖頭和壓室之間的空隙增大慢慢降低了整體系統的密封性，普通的噴霧器和沖頭潤滑系統容易過度使用劑量，令型腔氣體含量增加，都不利于高真空壓鑄。間隙太大在抽真空時，會令鋁料過早被吸進型腔，造成真空閥的堵塞。以上所講的都是真空壓鑄的難點。

沖頭料管相關的生產問題

    要實現高真空壓鑄的連續生產，首先要面對在壓鑄生產時，經常碰到的沖頭問題，包括：

    沖頭和壓室間隙的控制，壓室的變形，機器模具的對中，沖頭的潤滑，都會導致生產不暢順，像沖頭料管壽命短，速度不穩定，沖頭頂出鑄件時卡錘等。特別是大型壓鑄件，情況會較嚴重。發生的背后原因很多，主要原因離不開模具/料管/沖頭的間隙公差，沖頭潤滑，沖頭/料管的溫度控制等問題。壓室受熱不均而變形，壓室、模具和沖頭的間隙公差控制，鋁料跑進壓室堆積，壓室/沖頭潤滑出現問題等。 

溫度不均，壓室變形

    導致壓室變形的因素，包括給湯量、填充比率、合金溫度、周期時間，壓室的設計也會影響變形，好像料管壁厚、長度、湯口大小等。壓室在生產周期中被倒入的鋁液加熱，又在增壓和鑄件冷卻階段受到料餅在頂出端的加熱，因此局部位置出現過熱；特別是壓室的頂出端和鋁料倒入位置，溫度很高。譬如料管底部溫度達300℃，上部是150℃，如果伸出長度是400mm，那上下的長度差別就有0.8mm，成香蕉形。再看模具孔和料管的尺寸：溫度升高使模具孔變小如果四個方向的模具溫度不同，內圓變成橢圓。如果沒有適當的溫度控制，會造成很多生產問題，如間隙過小造成磨擦，令速度不穩或阻力太大等。  

沖頭料管間隙控制

    鋁液流動性好，在高壓狀態下，空隙要在0.1mm以內，才能避免鋁料跑進料管，以免造成磨損。特別是料管在高溫膨脹下，料管/模具、料管/機板之間的公差會間接影響料管內部間隙的變化，因此料管的公差控制很重要。尤其是大直徑的料管，140mm的料管比70mm的膨脹要大一倍，如果沖頭的冷卻正常，那間隙會加大一倍，更容易跑料。請咨詢我司有關生產公差要求。  

  頭潤滑不均勻

    由于沖頭油一般添加在加料口或沖頭上，壓室如果太長，在模具端容易卡錘。

    要應付以上沖頭密封性和生產連貫的問題，這里我們介紹歐洲Alrotec公司生產的密封環沖頭，沖頭潤滑系統和溫控料管的配套技術，來實現高真空壓鑄生產。

Alrotec沖頭系統

    標準的沖頭材料除了H13模具鋼外，還可以用耐磨的鈹銅沖頭；對沖頭行程長、料管充滿度高的大型壓鑄件生產有很大的好處。鈹銅合金有很高的導熱性和潤滑性，沖頭的冷卻很快，磨擦系數低，確保沖頭溫度不會過高，運行時不會卡錘，是很好的沖頭材料。銅合金沖頭可以選用不同的材質，含鎳鉻硅的銅合金硬度較低(HB180-220)，價格較便宜。含鈹(<1%)的鎳鈷銅合金硬度較高(HB220-280)，價格較高。而含鈹(>1%)高的鎳鈷銅合金的硬度最高(HB>300)，但價格最高。都是常用的沖頭材料。

    不過沖頭使用時間長了會被料管磨損；此外如果沖頭和壓室之間的空隙大，在高壓的射料過程中，鋁料會跑進空隙和殘留在內壁上。長時間運行再加上料槽內的潤滑性不均，造成沖頭和料管進一步磨損和卡錘。為了解決空隙變化的問題，我們有了密封環沖頭的設計，即在沖頭前端加上密封銅環。經過不斷的優化，發展為雙密封的鋼環+銅套的ATS-RS鋼沖頭設計，提高了耐用性和性價比。 

密封環沖頭工作原理

    Alrotec的密封環沖頭是組合式設計，包括前端的開口鋼環、鋼沖頭、銅套和本體。開口的鋼環直徑比壓室的額定內徑稍大，使鋼環能緊貼壓室。在壓射過程中，前端的開口鋼環和鋼沖頭受到鋁液的正面沖擊，由于鋼環和鋼沖頭之間有空隙，鋁料在壓射時會在A位置跑進空隙，把鋼環進一步撐開，使鋼環和壓室更緊密，因此密封性很高，不會在壓室內壁形成毛刺。  

    銅套是高強度有彈性的銅合金材料，也是開口的設計，它除了提高沖頭密封性外，也提高沖頭和壓室之間的潤滑性。附圖顯示使用密封環沖頭的料餅，可以看見毛刺不會在外圍出現，而是在內圈出現。 

    沖頭的設計要有足夠強度來抵抗正面的高壓沖擊，也要考慮沖頭的冷卻，因為溫度太高會縮短沖頭壽命，而且也拖長了料餅的冷卻時間。Alrotec的鋼沖頭經過優化的設計，冷卻效果好，在正常生產情況下沖頭表面溫度保持在70C以下。保證沖頭的使用壽命。壽命可達5-6萬。 

    密封環沖頭的另一好處是鋼環更換容易，利用專用鉗子，不需拆下沖頭也能快速更換鋼環。在合適條件和正常使用下，D120mm以上的鋼環壽命超過1.5萬模次。

壓室設計和溫度控制

    要解決料管的密封性，溫度控制至管重要，和模具/機板的公差控制。當壓室不同位置的溫差超過50C，壓室會變形，太大的變形度令沖頭的移動不暢順，也令沖頭和壓室的壽命降低。特別是大型壓鑄機的沖頭行程長，鋁液填充比率高，壓室容易變形。最好能在壓室設置冷卻管道來控制溫度。如果料管溫度是以冷水控制，需要打冷模來預熱，同時要在壓室安裝熱電偶和溫控器連接。相對來說，用熱油模溫機來控制料管溫度會更理想，運作成本雖然比較高，但使用簡單。熱油可以預熱料管，和調節平衡整體溫度，使整體壓室的溫差低于50C，壓室的壽命可以延長3-5倍。壓射的穩定性提高了，沖頭和鋼環的壽命也提高。冷啟動的報廢率也降低。

    料管的設計是整個壓射套件的核心部分。要使用密封環沖頭，最好是用一體化料管。優點是壽命長，工藝穩定性高，料管/機器/模具的對中容易，還有公差和內置管道溫度控制。成功的料管設計對使用密封環沖頭非常重要。 

壓室設計要考慮的因素還有熱膨脹、強度、對中。

A: 料管近模具位置的溫度高，要避免和澆口套一體化設計，影響變形。

B: 使用一進一出的油管加工布置，管道分布在料管的下半部，分布面積要考慮鋁液的填充比率，才能有效冷卻受熱位置。

C: 放置中心環，使生產時料管容易對齊。

D: 料管和模具/機板之間要有足夠間隙，允許料管能向外熱膨脹。如果間隙太小，壓室受熱無法向外膨脹，會反向內膨脹，使內徑變小，沖頭和壓室的摩擦增加，大大縮短壽命。

E：壓室厚度需要為沖頭直徑的1/3，保持壓室強度。

分流錐隨型冷卻

    要減少脫模劑噴涂，和縮短生產周期，分流錐的冷卻很重要，因為這部分是明顯的熱節。要盡快冷卻，只能是在這位置大量噴涂，但這樣會提高鑄件含氣風險。另一個方法是在分流錐做隨性冷卻管道。這種設計的特點是管道形狀不受傳統機加工的限制，而是根據分流錐的復雜外形來設計的。隨性冷卻管道布置能接近模具表面，而且熱交換面積大，大大提高了鑲塊的冷卻速度，無需過多的噴涂。這種技術對即使形狀復雜的模具也能做到平衡的熱場分布，避免了整體噴涂過多、縮孔、粘鋁、模具壽命短的問題。

    壓鑄用的隨型冷卻鑲塊可以用三維積層制造(3D Additive Manufacture)，或金屬熔接技術(Metal Fusion Bonding)生產，視乎鑲件大小、形狀和生產成本。分流錐的冷卻管道不太復雜，可以用金屬熔接技術生產，成本較低。由于冷卻分布均勻，大大減低鑲件的內應力，壽命比傳統的分流錐長很多，超過十多萬模次。此技術也可用于冷卻復雜的型腔。有需要可向我司咨詢。 

  沖頭潤滑系統

    沖頭的運行順暢，才能保持壓射速度穩定，因此沖頭潤滑很重要。有了良好的沖頭潤滑系統就能保證沖頭料管的壽命。必須做好以下的工作：

    -投放在適當的位置，如施放在鋼環，直接潤滑整個沖頭。這適合較短的行程。普遍用在<500T壓鑄機。

    -使用質量好、粘度合適的潤滑油。雜質多質量差的沖頭油，在和鋁液接觸會產生過多氣體和有機揮發物。如果揮發時間長，特別是在合模情況下還有氣體產生，很容易會沾污排氣通道和令鑄件含氣量增加。

    -最少的潤滑油使用量，能減少機器和環境的污染。霧化的潤滑油噴涂是個好方法。

對于沖頭行程較長的情況，一般會把沖頭油或沖頭珠滴在料槽里，受熱后流體化揮發充滿料槽內壁，來潤滑沖頭。但對整段行程的潤滑不夠均勻（前端潤滑較好，末端較差），需要用偏高量的潤滑油，因此不利于高真空壓鑄。

    為配合鋼環沖頭的順暢使用，鋼環的潤滑很重要。特別是長料管，末端潤滑不足會增大摩擦或卡沖頭；潤滑油多了又沾污鑄件，更差的是潤滑油和鋁液直接接觸而燃燒氣化，增加了鑄件含氣量。最理想的是只用少量的潤滑油也能應付長料管的潤滑，辦法是在料管全程均勻噴上霧化的潤滑油。我們建議在沖頭后部的連桿位置安裝噴霧頭，使用分段噴油霧，這樣整個壓室都能均勻潤滑，不會出現沖頭在壓室前端容易卡，而且只需少量噴霧?？刂葡到y可以根據壓室的直徑和長度，輸入噴霧的時間和間隔時段，并精確調節潤滑油劑量（精度在0.2毫升以內），提供最小量所需的潤滑油。以直徑120mm，長800mm的壓室為例，每周期的潤滑油總量只需約1毫升。

  真空閥的配合

    在真空壓鑄的過程中，要保證型腔和料管保持在高真空狀態，鋁料才能填滿盲孔位置和減少含氣量，因此在多滑塊的模具（容易漏氣）使用高效的真空閥（大抽氣面積）是非常重要的。一般高效的真空機械閥有很多移動部件，需要經常保養清理才能保證生產暢順，使用很不方便。雖然以平面搓衣板抽真空在使用上很方便，但抽氣面積小，真空度不夠，還需要配合密封條防漏氣。建議使用澳洲開斯特三維搓衣板，它的抽氣面積和機械閥相近，在使用上又無需像機械閥般經常清理，生產效率得到保證，是很好的選擇。

 總結

    生產薄壁結構件時，型腔內的真空度需要控制在<50毫巴氣壓，需要以下條件配合：

- 沖頭壓室的密封性要高，減少漏氣。

- 不能噴過多的脫模劑，避免水分殘留型腔。

- 噴涂器霧化要好，最好是微量噴頭。

- 脫模劑噴量要少，避免堆積殘留在排氣道，影響真空閥的動作或降低排氣道面積。

- 使用少臘、高純度精煉脫模劑。避免過多殘留在模面，導致毛刺出現，損壞密封條，影響生產。

- 生產薄壁件的壓射速度高，需良好的沖頭潤滑性 。

- 避免沖頭油直接放入壓室，影響鑄件含氣量。應使用連桿脈沖式噴霧方式。

- 沖頭必須長時間冷卻，要保證水壓和流量。

- 料管的公差控制和溫度控制非常關鍵，需要小心計算和做好溫控。 

    要達至以上的效果，沖頭的密封、料管的設計、沖頭潤滑、真空閥等必須同時配合處理。Alrotec公司的密封環沖頭系統是創新的技術，并提供全方位的解決方案，使真空壓鑄生產更穩定和減少廢品；提高機器使用率，從而減低成本；而且壓鑄機油污減少，令車間環境更清潔。是汽車結構件真空壓鑄生產的必然選擇。