机电一体化对精密铸造浇筑的作用

摘要：传统的铸件浇注工艺已不能满足生产力发展的需要，而机电一体化作为一种有效的工业手段已广泛应用到各个产业结构中，对精密铸造的浇注过程及有色合金的合成起到关键的作用。

关键词：机电一体化；铸造工艺；精密铸造

近年来，我国经济发展迅速，不论是代步工具的不断变换，还是重工业各机械设备的更新换代，都离不开机械配件的铸造，铸造是获得产品毛柸的主要方法之一，是机械工艺最重要的基础工艺。为进一步了解我国铸造业的发展前景，剖析发展所存在的问题，探讨加快发展的对策措施，促进机械工业的健康快速发展，本文对机电一体化在精密铸造过程中控制的作用进行分析讨论。

1铸造浇筑工艺的发展

铸造工艺可以分为三个基本部分：即铸造金属准备、铸型准备和铸件准备。（1）铸造工艺的发展现状。①铸造技术创新能力薄弱。铸造工艺沿用传统浇筑模式，生产工程中手动操作比例较高；②先进铸造工艺应用基础需要突破：精密铸造浇筑生产技术水平相对落后，铸件质量低，材料能源消费高、经济效益差。③铸造工艺难以实现生产的需求：铸造浇筑原辅材料生产供应地社会化、专业化、商品化差距大，在种类、质量等方面不能满足新工艺、新产业的需求。④节能减排是关键：人类对环境质量要求的提高，使得铸造浇筑产业开始大力重视环境保护。在铸造尘毒治理、污水净化、废渣利用等取得显著效果。（2）铸造工艺的发展趋势。①铸造合金材料。在铸造合金器件材料选择上以强韧化、轻量化、精密化、高校化为目标，开展铸造新材料，同时研制耐磨、耐蚀、耐热等各种有色合金新材料；开发铸造合金钢新品种。②合金冶炼。开发新的合金孕育技术，推广合金包芯技术，提高铸造浇筑成功率，降低铸件废品率并提高铸件综合性能。

2铸造浇筑系统的设计原则、内容及步骤

（1）铸造浇筑系统的设计原则。①使液态合金平稳充满铸型，不冲击型壁和型芯，不产生涡流和喷溅，不卷入气体，并利于型腔内的空气和其他气体排出型外，防止金属液过度氧化产生沙眼、冷豆、气孔等铸造缺陷。②阻挡/过滤夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔及夹杂。③调节铸型及铸件各部分温差，控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收缩，减少铸件的变形和开裂倾向。④合金液流不应冲刷冷铁和芯撑，防止冷铁激冷效果的降低及表面熔化，避免芯撑过早软化和融化造成铸件壁厚变化。⑤液态合金以最短的距离，最合适的时间，充满型腔，保证有足够的压力，且金属液面在型腔内有必要的上升速度，使铸件按照设计顺序凝固，以确保铸件的质量。（2）铸造浇筑系统的设计内容及步骤。①选择浇筑系统的类型和结构。②合理的在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的引入位置和个数。③计算浇筑时间和浇筑系统中的最小断面积确定直浇道的高度。④按经验比例数据决定其他组元的断面积。⑤大批量生产时需要经过生产阶段的反复验证，如有不足之处，应调整各项设计内容，甚至修改工艺方案,直到合理并保证质量为止。

3铸造浇筑工艺控制存在的缺陷

根据浇筑工艺的系统设计原则，浇筑过程要严格控制各方面的操作条件才能生产出高质量的机械元件。因此，传统的浇筑过程人为因素的影响力较大，其次是工艺条件的人工控制。另一方面来讲，依靠人力作业，成本较高，由于合金浇筑所需的温度较高，人工操作极易发生安全事故，安全性相对较低，且效率低下；更有一部分技术工人考虑到工艺过程的安全性问题令择他业，技术工人流失严重，使得人工铸造浇筑工艺更加不成熟。随着国内铸造技术装备的不断发展，我国铸造借鉴国外经验，将新兴的机电一体化工业与传统的铸造工艺结合，因此自动造型机等铸造装备将被逐步推广，取代人工完成相应的工作，机电一体化的作用逐渐被提上日程。

4机电一体化的应用

随着科学技术的迅猛发展，机电一体化应用于各个领域。集中在机械加工方面自动化，逐渐被应用于加工设备的生产单元中。（1）机电一体化概述。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机学科为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，是技术人员将电子技术与机械制造技术结合起来，开发出的一种具有智能化应用特点的科技，机电一体化技术属于具有综合性特点的现代科技。在热加工方面，机电一体化设备主要用于自动化加热的控制，自动保温及控温，在电子信息方面，机械的自动化逐渐朝着高智能化发展，并且扩展到其他诸多领域。（2）机电一体化的优势。①系统控制作用，安全性可靠性提高，一体化产品一般都有自动监视器、报警、自动断电、自动保护等功能，在工作过程中遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能采取自动保护措施，显著提高设备的安全性和可靠性。②使用性能改善，机电一体化普遍采用程序控制和数字显示，系统可重复实现全部动作，操作性能大大提高。③生产能力和工作质量提高。机电一体化产品都具有信息自动处理和自动控制功能，可精确的保证机械的执行机构，保证最佳的工作质量和产品合格率。④调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变。（3）机电一体化在智能制造中的作用。①生产流程控制。这一技术主要是利用电子技术中所存在的人机界面控制装置、光电控制系统对整个生产流程进行控制，这样才能确保控制的全面性、系统性，最大程度上提高生产线效率和质量。②智能制造。融合先进的生产技术和智能控制，将其应用到智能制造过程中，降低生产人员的失误，减少人工成本。

5机电一体化在精密铸造浇筑技术的控制应用

铸造技术被广泛应用于我国的制造产业，我们以低压抽真空铸造技术和铝铁复合制动盘铸造装置为例，来分析机电一体化对精密铸造控制的作用。

5.1低压抽真空铸造技术

由于传统的低压铸造工艺生产产品易出现气孔、氧化夹渣、缩松等问题，低压抽真空铸造技术将低压制造工艺与真空铸造技术相结合可有效地降低铸件气孔、缩松报废。真空铸造是使用通风铸模的工艺，使融化的金属依靠空气压力流入铸模，然后抽取空气形成真空，这种铸造方法主要用于具有精巧细节的小零件或珠宝。（1）使用机电一体化技术下的新型工艺。铝液充型阶段模具型腔内气体更快速的排除，同时使铝液保温炉与模低压抽真空铸造是在低压铸造的基础上，结合真空铸造，可以使模具所处空间形成较大的压力差，从而减少铸件气孔、氧化夹渣、缩松报废。（2）具体实施方案。整个过程分为充型、保压、泄压三个过程冲压：电磁阀④打开，③空压站③向①内冲入干燥压缩空气，同时打开⑧电（⑦处于关闭状态），⑥与⑨真空罐连通，其内气压快速下降，完成抽真空。同时铝液由①通过②升液管进入⑤模具型腔，开始充型。保压：由于模具充型冷却需要一定时间，所以要进行保压处理，保证模型的精准度。待充型完毕后关闭⑧，打开⑩，此时真空泵工作将⑨真空罐再次抽真空。此阶段④处于开启状态，保证①内炉膛压力处于稳定状态，直至铸件凝固完成。泄压：装置里的压力泄尽，才能继续下一步的铸造技术。铸造凝固完成后，④电磁阀1关闭，①保温炉自行泄压，⑦电磁阀2打开，⑥模具罩与大气相通，其内气压恢复至大气压力，②升液管中铝液因重力作用回流至①保温炉。待自然冷却结束后即可开模取件。一个铸造周期完成。

5.2新结构铝铁复合制动盘

为降低整车油秏，提升车辆性能，车辆上越来越多的采用铝铁复合制动盘。当前汽车制动板多采用铸铁材质。以铸铁ht250为代表铸造工艺生产。由于受材质和优异铸造工艺的局限，铸铁制动器制动鼓重量较重，而且位于簧下，增大了汽车油耗，影响加速性能。且铸铁材质导热系数低，在高速制动或连续制动中，短时间会产生大量的热,从而引发制动盘热衰退，影响刹车效果及使用寿命。（1）使用机电一体化技术下的新型工艺。①新结构铝铁复合制动盘单个重量相比于铸铁制动盘最大减重25%，尾气排放CO下降4.5%，HC下降2.5%，Nox下降8.8%；燃油率提升3.85%，加速性能提升8%，制动距离下降5%，底盘耐久性提升1.7倍，转向性能提升6%。②铝合金导热系数达到121-151W/(m•k)，导热能力是铸铁制动盘的2-3倍，可将刹车热量及时散发，保证了制动系统的可靠性。（2）铝铁复合刹车盘技术的实施。①首先用灰铸铁铸造刹车盘摩擦环。②为保障灰铸铁摩擦环和铝合金刹车锅更好的结合，将桥接部位残留的切削液、异物、毛刺去除。③将灰铸铁摩擦环放入400度以上的预热炉，随着缓慢的转动后按顺序下转。④将预热完成的灰铸铁摩擦环安放到模具中，进行铸造生产。⑤刹车锅部位由铝合金铸造完成，并与灰铸铁摩擦环的桥接部位相结）合。（铝合金的热膨胀系数为灰铸铁的约2倍，温度变化约1.7倍，这样由于两种材质的收缩量差异，在结合部位产生强大的结合力。⑥铸造完成后进入冷却台，冷却完成后进入切削机，将浇冒口切掉。⑦通过X光检测铝合金和灰铸铁是否很好的结合。⑧为增加铝合金强度，进行T5热处理。⑨使用数控车床根据制动盘图纸要求加工至成品。

6结束语

综上所述，机电一体化在精密铸造浇注过程中控制使得整个铸造的过程更加自化、智能化，精密化，技术化，同时在一定程度上提高了浇注合金的成功率和标准化，保证了生产经济效益，提高了产品质量，促进了我国工业水平的提高。

参考文献

[1]丁壑.铸造工艺发展现状及趋势分析.[J]信息科技论谈.2020.000.(005):P.59.

作者：尤伟华 范桂山 单位：保定立中东安轻合金部件制造有限公司