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高真空压铸件辅助系统的设计与验证 摘要：真空压铸是生产高质量铝合金零件的最佳方法。目前，对真空压铸模理论和设备设计的系统研究还很少。本文在现有的真空压铸机抽运的现有理论和排气系统的基础上，建立了一种简化的模型。该模型具有一个总的单位组成的“真空泵+缓冲罐”和一个圆筒形容器（包括镜头套筒，腔和排气通道）。在不同体积模型下的抽油时间与抽运时间进行了理论分析。在此基础上，设计了一种用于高真空压铸的辅助系统。该系统由一台真空控制机和一个新的真空截止阀组成。该机具有“可编程逻辑控制器+触摸屏”人机控制模式，具有缓冲罐和模腔真空度的实时监测功能。“压缩气体+活塞杆+迷宫槽”结构的真空截止阀可以实现全过程真空泄放功能。新的系统显示出巨大的优势，在真空腔以更快的速度在一个现有的压铸模具和一个250吨的压铸机上试验。在实验过程中，0.8年代内的模腔压力小于10，铸件的气孔率可以大大降低。对真空压铸理论和设备的系统研究，对高真空压铸模铸造具有重要的指导意义，也可用于其它高真空成型的相关理论和实践研究。 关键词：真空压铸，抽真空，高真空，真空截止阀，辅助系统 1介绍 高真空压铸工艺是一种特殊的压铸工艺，压铸过程中模腔压力小于10 kPa。这项技术可以减少或消除铸件的气孔，空气中夹带的含量仅为每100克1~3毫升。所获得的铸件可用于进一步处理，如热处理和焊接等。高真空压铸机的关键技术是设计一个高灵敏的高真空泵送系统。困难在于建立一个抽水过程模型。一些学者对这一方面的理论模型和实际应用进行了研究。 BAR-MEIR等人研究了压铸件的空气排气和真空泵送过程的物理模型。他们认为在压铸过程中有一个关键的通风孔区域。当排气阀的有效喷口面积小于临界区时，排气过程是不充分的，因此大量的气体都涉及到金属液中。当有效通风面积大时，液态金属很容易溢出。NOURI-BORUJE- RDI等人建立了注塑过程中模腔中残留空气质量的瞬态模型。它们考虑了熔融金属的粘度、温度、注入速度和摩擦因数等因素的影响，从而提高了从而提高了这一领域的数值模拟计算方法。HERNANDEZ等人改进了bar-meir等人的模型，并考虑了摩擦和在真空抽气流量变化等不稳定因素。这种改进的物理模型是适用于传统的压铸和真空压铸。在国际关于压铸排气和真空压铸泵有许多其他的研究，，但他们中的大部分都停留在理论水平，大多是数值模拟的排气过程。 清华大学的胡主席等人对真空泵抽真空压力下降的理论计算和实验研究进行了研究。他们比较了压力在空腔中的理论曲线与实测曲线。发现只有当抽真空时间超过2.5秒时，才可以获得较理想的小于10kPa腔真空压力。来自中国华中科技大学的万先生等人自主研制了基于最小填充时间的高真空模铸造相关关键技术（MFT）的方法。他们设计了一个带有缓冲罐的辅助系统，该系统可以通过液态金属流动的冲击而关闭机械阀。该系统可以在1s时间内降低腔压力到10kPa。在现有文献的基础上，对一个缓冲罐的真空压铸模铸造系统的研究提供了理论上的合理的分析和实用的声音设计。本文是对一个缓冲罐的高真空泵送系统模型进行理论研究和计算分析，研究了模腔压力与抽油时间的关系，研制出一种能满足高真空实验要求的高真空压铸辅助系统。 2 缓冲罐抽油系统的理论模型 带有缓冲罐的真空泵送方案如图1所示。一个大的缓冲罐被添加到真空泵和模具之间，作为真空源不断提取 真空泵和模具之间的空气。缓冲罐中的气体不断地被真空泵抽出来。 图1。一种缓冲罐的真空泵送系统方案 图2是基于上述方案的高真空泄放的理论计算给出的一个简化图。Min 是在管道入口的马赫数，Mout是在管道出口的马赫数，而m（t）是模具型腔中气体的摩尔数。 图2。排气通风的理论计算模型 在这个模型中，未填充的镜头套筒，流道和模腔组合视为一个圆柱形容器（称为气缸）。气体通过管道进入缓冲罐。在管道中的气体流量的主要阻力。对该模型理论计算进行了以下假设： （1）所有气体均为理想气体。 （2）通风周期很短，气体温度为300，而且不考虑气体的热传输。 （3）忽略的气体泄漏对排气过程的影响。 （4）真空阀管的体积远比燃气管小，因此可以忽略不计。 根据高真空压铸过程中所建立的排气过程模型，建立了在腔中气体压力与抽油时间关系的计算公式。在管道的入口和出口的Min和Mout可以通过求解方程（1）-（3）得到。方程（1）-（3）如下： 在时间间隔Δt内，从气缸通过排气孔流向外部的空气质量Δm可以通过方程（4）求得。方程（4）如下： 型腔压力P0（t）和PV（t）可以通过方程（5），（6）得到，方程如下： 在上述方程中4f L/D是管道中的阻力系数，方程（3）~（7）中，PV（t）是管道出口处的压力，P0（t）是模腔中的压力，k是空气比热容比，