2 液面懸浮控制技術原理及實現
2.1 液面懸浮控制原理
鎂合金低壓鑄造連續化生產時，澆注的零件絕大多數是中小型鑄件，每次澆注鑄件所用合金液量小。通常條件下，低壓鑄造在澆注完成后對卸壓階段的排氣速度不進行控制，澆注系統及升液管內殘留的鎂合金液會迅速回流，在升液管內產生氧化皮，并會在下一次澆注過程中被金屬液帶入鑄型，在鑄件中形成氧化夾雜等鑄造缺陷。此外，升液管內的鎂合金液無法采用氣體保護阻燃，其反復沖刷升液管，會在升液管內壁上產生許多燃點，為鑄件的連續生產埋下安全隱患。考慮上述因素，在鎂合金低壓鑄造連續化生產中采用了液面懸浮控制技術。
鎂合金液面懸浮是指在鎂合金低壓鑄造時，控制升液管內鎂合金液面高度，使鎂合金液面懸浮在升液管管口處，澆注時鎂合金液直接從升液管管口進入鑄型型腔，澆注完成后，控制坩堝內的壓力，使澆注系統中未凝固的鎂合金液緩慢回流，并使金屬液面保持在升液管口處，等待下一次的澆注。為此需要對每次澆注完成后坩堝內的壓力進行精確控制，實現鎂合金液面在升液管口處的懸浮。
鎂合金液面懸浮控制的示意如圖2所示。ho為預留的懸浮安全高度，日為澆注單件鎂合金鑄件所造成的坩堝內金屬液面的下降高度。為實現液面的精確懸浮控制，需要在低壓澆注第1件時在升液管口處放置一個觸點信號，當金屬液沿升液管上升時導通觸點信號，計算機控制系統自動記錄下觸點信號導通時坩堝內的實際壓力值Pno鎂合金低壓鑄造用坩堝為直筒型，其半徑為r，底部半球形為存渣部分。已知鑄件的質量為M澆注單件后對應坩堝內金屬液面的下降高度H為：
H＝M/ρπγ2 (1)
式中，ρ——鎂合金液密度。
根據帕斯卡原理，則低壓鑄造澆注時需要的懸浮壓力為：
根據帕斯卡原理，則低壓鑄造澆注時需要的懸浮壓力
式中：n——澆注的鑄件個數，n=1，2，3......；
ho——安全懸浮高度，通常取ho=20 mm。
由式(2)可知，只需要知道澆注鑄件質量M、澆注次數n、初始懸浮壓力值Po以及坩堝的內徑r，就可以對每次澆注后的金屬液面高度進行懸浮控制了。
圖2 液面懸浮示意圖
2.2 液面懸浮控制技術的實現
2.2.1 液面懸浮氣控系統
為實現液面懸浮控制，在常規低壓鑄造氣控系統的排氣支路上并聯了一路懸浮電磁閥排氣支路，用于液面懸浮階段的壓力調節控制，氣控系統原理如圖3所示。在低壓鑄造結晶保壓階段完成后，先用電控氣動球閥進行快速排氣，在接近懸浮壓力時，采用懸浮電磁閥進行排氣。在整個懸浮過程中，當坩堝內壓力低于設定懸浮壓力時，由數字組合閥向坩堝內補氣；當坩堝內壓力高于設定懸浮壓力時，由懸浮電磁閥向外排氣，從而保證鎂合金液面始終懸浮于升液管口處。
圖3 液面懸浮氣控系統原理圖
由于采用坩堝加壓方式，坩堝內的空間小，即使坩堝內氣體壓力調節變化很小，也會造成較大的金屬液面波動，為此在坩堝進氣管路上串聯了一個0.3 m3的儲氣罐，起到緩沖作用，并可提高壓力調節的穩定性。
2.2.2 液面懸浮控制軟件的設置
在自主開發的控制軟件中，除正常低壓鑄造工藝所需的工藝參數外，還增加了鑄件質量和鑄件數量2個工藝參數。低壓鑄造前，需要輸入所澆注的鑄件質量，控制軟件會根據式(2)將鑄件質量參數自動換算成每一澆注循環后所需的懸浮壓力增量，并根據觸點信號導通時記錄的壓力值和已完成的澆注次數，確定第一次澆注完成后所需的實際懸浮壓力值。鑄件數量參數僅用于對澆注循環次數進行記錄。
此外，在控制軟件中對澆注完成后的排氣階段增加了一個條件判斷。當坩堝內的氣體壓力與需要懸浮壓力之間差值大于3 kPa時，采用電控氣動球閥排氣，達到快速排氣的目的；當差值小于等于3 kPa時，則關閉電控氣動球閥，采用懸浮電磁閥進行排氣，以減少排氣量使金屬液緩慢下落至所需的懸浮高度。此外，還設置了液面懸浮高度微量調整選項，可根據實際情況，對液面懸浮高度進行微量調整，避免累積誤差對液面懸浮高度造成較大影響。
