2 液面悬浮控制技术原理及实现
2.1 液面悬浮控制原理
镁合金低压铸造连续化生产时，浇注的零件绝大多数是中小型铸件，每次浇注铸件所用合金液量小。通常条件下，低压铸造在浇注完成后对卸压阶段的排气速度不进行控制，浇注系统及升液管内残留的镁合金液会迅速回流，在升液管内产生氧化皮，并会在下一次浇注过程中被金属液带入铸型，在铸件中形成氧化夹杂等铸造缺陷。此外，升液管内的镁合金液无法采用气体保护阻燃，其反复冲刷升液管，会在升液管内壁上产生许多燃点，为铸件的连续生产埋下安全隐患。考虑上述因素，在镁合金低压铸造连续化生产中采用了液面悬浮控制技术。
镁合金液面悬浮是指在镁合金低压铸造时，控制升液管内镁合金液面高度，使镁合金液面悬浮在升液管管口处，浇注时镁合金液直接从升液管管口进入铸型型腔，浇注完成后，控制坩埚内的压力，使浇注系统中未凝固的镁合金液缓慢回流，并使金属液面保持在升液管口处，等待下一次的浇注。为此需要对每次浇注完成后坩埚内的压力进行精确控制，实现镁合金液面在升液管口处的悬浮。
镁合金液面悬浮控制的示意如图2所示。ho为预留的悬浮安全高度，日为浇注单件镁合金铸件所造成的坩埚内金属液面的下降高度。为实现液面的精确悬浮控制，需要在低压浇注第1件时在升液管口处放置一个触点信号，当金属液沿升液管上升时导通触点信号，计算机控制系统自动记录下触点信号导通时坩埚内的实际压力值Pno镁合金低压铸造用坩埚为直筒型，其半径为r，底部半球形为存渣部分。已知铸件的质量为M浇注单件后对应坩埚内金属液面的下降高度H为：
H＝M/ρπγ2 (1)
式中，ρ——镁合金液密度。
根据帕斯卡原理，则低压铸造浇注时需要的悬浮压力为：
根据帕斯卡原理，则低压铸造浇注时需要的悬浮压力
式中：n——浇注的铸件个数，n=1，2，3......；
ho——安全悬浮高度，通常取ho=20 mm。
由式(2)可知，只需要知道浇注铸件质量M、浇注次数n、初始悬浮压力值Po以及坩埚的内径r，就可以对每次浇注后的金属液面高度进行悬浮控制了。
图2 液面悬浮示意图
2.2 液面悬浮控制技术的实现
2.2.1 液面悬浮气控系统
为实现液面悬浮控制，在常规低压铸造气控系统的排气支路上并联了一路悬浮电磁阀排气支路，用于液面悬浮阶段的压力调节控制，气控系统原理如图3所示。在低压铸造结晶保压阶段完成后，先用电控气动球阀进行快速排气，在接近悬浮压力时，采用悬浮电磁阀进行排气。在整个悬浮过程中，当坩埚内压力低于设定悬浮压力时，由数字组合阀向坩埚内补气；当坩埚内压力高于设定悬浮压力时，由悬浮电磁阀向外排气，从而保证镁合金液面始终悬浮于升液管口处。
图3 液面悬浮气控系统原理图
由于采用坩埚加压方式，坩埚内的空间小，即使坩埚内气体压力调节变化很小，也会造成较大的金属液面波动，为此在坩埚进气管路上串联了一个0.3 m3的储气罐，起到缓冲作用，并可提高压力调节的稳定性。
2.2.2 液面悬浮控制软件的设置
在自主开发的控制软件中，除正常低压铸造工艺所需的工艺参数外，还增加了铸件质量和铸件数量2个工艺参数。低压铸造前，需要输入所浇注的铸件质量，控制软件会根据式(2)将铸件质量参数自动换算成每一浇注循环后所需的悬浮压力增量，并根据触点信号导通时记录的压力值和已完成的浇注次数，确定第一次浇注完成后所需的实际悬浮压力值。铸件数量参数仅用于对浇注循环次数进行记录。
此外，在控制软件中对浇注完成后的排气阶段增加了一个条件判断。当坩埚内的气体压力与需要悬浮压力之间差值大于3 kPa时，采用电控气动球阀排气，达到快速排气的目的；当差值小于等于3 kPa时，则关闭电控气动球阀，采用悬浮电磁阀进行排气，以减少排气量使金属液缓慢下落至所需的悬浮高度。此外，还设置了液面悬浮高度微量调整选项，可根据实际情况，对液面悬浮高度进行微量调整，避免累积误差对液面悬浮高度造成较大影响。
