一种大型真空增压铸造设备气控装置及控制方法技术领域
本发明涉及一种大型真空增压铸造设备气控装置，还涉及利用这种气控装置控制
大型真空增压铸造设备的方法。
背景技术
真空增压铸造是一种在真空条件下将金属液浇入铸型并使金属液在正压环境下凝
固成形的铸造方法，该方法具有充型效果好、凝固组织致密、铸件力学性能好的特点。
近些年来，航空航天领域内的大型复杂薄壁构件采用真空增压铸造方法生产也越来越
普遍。由于大型构件真空增压铸造的浇注及凝固时间较长，该过程中的工艺参数控制
对铸件最终组织与性能有着重要的影响，如浇注完成后增压速度过快，会对铸件表面
质量产生不利的影响；增压速度过慢，不利于提高铸件内在质量及最终力学性能，使
该工艺不能充分发挥技术优势。而目前国内铸造企业对真空增压凝固过程的工艺参数
控制重视不够，在装备技术上多采用单一的气动薄膜阀或气动(电动)截止阀实现对
快速增压过程的粗略控制，不能实现精确化控制。
文献“授权公告号是CN100464899C的中国发明专利”公开了一种铝合金真空浇注
装置，该装置包括高压釜罐上部开设第一浇注窗口和第二浇注窗口，第一浇注窗口与
第二浇注窗口安装第一气缸，第一气缸的活塞杆与第一连杆连接，第一连杆与浇注窗
口盖连接，高压釜罐底部安装固定导轨和活动导轨，高压釜罐一端安装活动门，门连
杆一端与高压釜罐连接，活动门与第三气缸连接，高压釜罐一侧安装排气电动球阀。
尽管该装置通过机械设计及增加控制机构实现真空浇注过程的自动化控制，但是对于
浇注过程中压差控制上仅采用了单个电动球阀，无法实现不同增压速度的精确控制。
发明内容
为了克服现有真空浇注装置控制精度差的不足，本发明提供一种大型真空增压
铸造设备气控装置。该气控装置包括真空缓冲罐、真空泵、储气罐、空压站、PLC控
制模块、压差变送器、第一气控截止阀、第二气控截止阀、第三气控截止阀、第四气
控截止阀和第五气控截止阀。所述第五气控截止阀的一端通过真空管路与设备主体连
接，第五气控截止阀的另一端通过真空管路与真空缓冲罐连接，真空缓冲罐还连接有
真空泵。所述第一气控截止阀、第二气控截止阀、第三气控截止阀和第四气控截止阀
并联后，一端通过压缩气体管路与设备主体连接，另一端与储气罐连接，储气罐还与
空压站连接。所述压差变送器的一端通过压差信号采集管路与设备主体连接，压差变
送器的另一端与PLC控制模块电连接，由PLC控制模块根据设定的工艺参数完成对
不同气控截止阀的打开与关闭，实现对真空增压铸造设备内压差的精确控制。
本发明还提供利用这种气控装置控制大型真空增压铸造设备的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型真空增压铸造设备气控
装置，其特点是：包括真空缓冲罐1、真空泵2、储气罐3、空压站4、PLC控制模块
5、压差变送器6、第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控截止阀9、第四气
控截止阀10和第五气控截止阀11。所述第五气控截止阀11的一端通过真空管路与设
备主体12连接，第五气控截止阀11的另一端通过真空管路与真空缓冲罐1连接，真
空缓冲罐1还连接有真空泵2。所述第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控
截止阀9和第四气控截止阀10并联后，一端通过压缩气体管路与设备主体12连接，
另一端与储气罐3连接，储气罐3还与空压站4连接。所述压差变送器6通过压力信
号采集管路与设备主体12连接，压差变送器6的输出信号线与PLC控制模块5电连
接。
还包括第六气控截止阀13，所述第六气控截止阀13一端与设备主体12连接，另
一端与大气相通。
所述第一气控截止阀7的管径是DN15或者DN50任一种。
所述第二气控截止阀8的管径是DN25或者DN40任一种。
所述第三气控截止阀9的管径是DN40或者DN25任一种。
所述第四气控截止阀10的管径是DN50或者DN20任一种。
一种利用上述气控装置控制大型真空增压铸造设备的方法，其特点是包括以下
步骤：
对金属液除气精炼完后处理，将金属液放入设备主体12的旋转浇包内，然后将烘
焙好后的铸型送入设备主体12内，并密封锁紧设备主体12。启动PLC控制模块5，
输入工艺参数：浇注真空度0.002～0.003MPa、浇注时间30～45秒，破真空时间5～
10秒，常压下保持时间3～5秒，增压凝固速度0.02～0.025MPa/s，增压压力0.5～
0.6MPa，保压时间900～5400秒。PLC控制模块5根据设定的工艺参数输出控制信号
对不同气控截止阀打开与关闭，实现对设备主体12内的压差实时控制。浇注开始时，
打开第五气控截止阀11，真空泵2通过真空缓冲罐1对设备主体12快速抽取真空，
使设备主体12的真空度达到0.002～0.003MPa，倾转旋转浇包进行浇注，浇注时间为
30～45秒。浇注结束后，PLC控制模块5关闭第五气控截止阀11，并按照设定的工艺
参数曲线和压差变送器6反馈回来的压差信号进行计算，输出控制信号打开与关闭压
缩气体管路上并联的第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控截止阀9和第四
气控截止阀10，实现对设备主体12内压差建立速度的精确控制；使得设备主体12内
压差在5～10秒内由负压变为常压，并保持常压压力3～5秒，然后采用增压凝固速度
0.02～0.025MPa/s，使设备主体内的压差增至0.5～0.6MPa，保压时间维持900～5400
秒，保压阶段完成后，打开气控截止阀13泄压，完成铸件浇注及凝固过程。
本发明的有益效果是：该气控装置包括真空缓冲罐、真空泵、储气罐、空压站、
PLC控制模块、压差变送器、第一气控截止阀、第二气控截止阀、第三气控截止阀、
第四气控截止阀和第五气控截止阀。所述第五气控截止阀的一端通过真空管路与设备
主体连接，第五气控截止阀的另一端通过真空管路与真空缓冲罐连接，真空缓冲罐还
连接有真空泵。所述第一气控截止阀、第二气控截止阀、第三气控截止阀和第四气控
截止阀并联后，一端通过压缩气体管路与设备主体连接，另一端与储气罐连接，储气
罐还与空压站连接。所述压差变送器的一端通过压差信号采集管路与设备主体连接，
压差变送器的另一端与PLC控制模块电连接，由PLC控制模块根据设定的工艺参数
完成对不同气控截止阀的打开与关闭，实现对真空增压铸造设备内压差的精确控制。
由于采用四个不同口径气控截止阀并联组合控制，与单一阀门控制相比，提高了压
差控制精度；可满足大型复杂薄壁构件真空增压凝固成形过程对工艺参数如增压速
度、保压时间等的控制要求；在可控工艺参数下实现对金属凝固过程的动态控制，
增强了铸件凝固补缩能力、减少铸造缺陷，提高了铸件的致密度及力学性能；本发
明装置提供的方法适合于铝合金、镁合金、铜合金以及其它常见金属材料构件的真
空增压铸造成形，铸型材料可选用砂型、石膏型、石墨型、精铸模壳、金属型等。
以下结合附图和实施例详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明大型真空增压铸造设备气控装置的示意图。
图2是本发明方法实施例2某大型构件真空增压铸造时的压差控制曲线。
图中，1-真空缓冲罐，2-真空泵，3-储气罐，4-空压站，5-PLC控制模块，6-压差
变送器，7-第一气控截止阀，8-第二气控截止阀，9-第三气控截止阀，10-第四气控截
止阀，11-第五气控截止阀，12-设备主体，13-第六气控截止阀。
具体实施方式
以下实施例参照图1－2。
实施例1。本发明大型真空增压铸造设备气控装置包括真空缓冲罐1、真空泵2、
储气罐3、空压站4、PLC控制模块5、压差变送器6、第一气控截止阀7、第二气控
截止阀8、第三气控截止阀9、第四气控截止阀10和第五气控截止阀11。所述第五气
控截止阀11的一端通过真空管路与设备主体12连接，第五气控截止阀11的另一端通
过真空管路与真空缓冲罐1连接，真空缓冲罐1还连接有真空泵2。所述第一气控截
止阀7、第二气控截止阀8、第三气控截止阀9和第四气控截止阀10并联后，一端通
过压缩气体管路与设备主体12连接，另一端与储气罐3连接，储气罐3还与空压站4
连接。所述压差变送器6通过压力信号采集线与设备主体12连接，压差变送器6的输
出信号线与PLC控制模块5电连接。第六气控截止阀13一端与设备主体12连接，另
一端与大气相通。所述第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控截止阀9和第
四气控截止阀10的管径分别为DN20、DN25、DN32、DN40，或者分别为DN50、DN40、
DN25、DN20。这四个并联阀门的不同打开与关闭状态组合，可提供16种不同流量，
满足不同增压速度调节的要求。
实施例2。某大型构件采用石膏型精密铸造方法成形，在完成金属液除气精炼处
理后，将金属液放入设备主体12的旋转浇包内，然后将烘焙好后的大型石膏铸型送入
设备主体12内，并密封锁紧设备主体12。启动PLC控制模块5，输入工艺参数：浇
注真空度0.002MPa、浇注时间30秒，破真空时间5秒，常压下保持时间3秒，增压
凝固速度0.02MPa/s，增压压力0.5MPa，保压时间900秒。PLC控制模块5根据设定
的工艺参数输出控制信号对不同气控截止阀打开与关闭，实现对设备主体12内的压差
实时控制。浇注开始时，打开第五气控截止阀11，真空泵2通过真空缓冲罐1对设备
主体12快速抽取真空，使设备主体12的真空度达到0.002Mpa，倾转旋转浇包进行浇
注，浇注时间为30秒。浇注结束后，PLC控制模块5关闭第五气控截止阀11，并按
照设定的工艺参数曲线和压差变送器6反馈回来的压差信号进行计算，输出控制信号
打开与关闭压缩气体管路上并联的第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控截
止阀9和第四气控截止阀10，实现对设备主体12内压差建立速度的精确控制；使得
设备主体12内压差在5秒内由负压变为常压，并保持常压压力3秒，然后采用增压凝
固速度0.02MPa/s，使设备主体内的压差增至0.5MPa，保压时间维持900秒，保压阶
段完成后，打开气控截止阀13泄压，完成铸件浇注及凝固过程。
实施例3。某大型构件采用石膏型精密铸造方法成形，在完成金属液除气精炼处
理后，将金属液放入设备主体12的旋转浇包内，然后将烘焙好后的大型石膏铸型送入
设备主体12内，并密封锁紧设备主体12。启动PLC控制模块5，输入工艺参数：浇
注真空度0.002MPa、浇注时间35秒，破真空时间8秒，常压下保持时间4秒，增压
凝固速度0.025MPa/s，增压压力0.5MPa，保压时间3000秒。PLC控制模块5根据设
定的工艺参数输出控制信号对不同气控截止阀打开与关闭，实现对设备主体12内的压
差实时控制。浇注开始时，打开第五气控截止阀11，真空泵2通过真空缓冲罐1对设
备主体12快速抽取真空，使设备主体12的真空度达到0.002Mpa，倾转旋转浇包进行
浇注，浇注时间为35秒。浇注结束后，PLC控制模块5关闭第五气控截止阀11，并
按照设定的工艺参数曲线和压差变送器6反馈回来的压差信号进行计算，输出控制信
号打开与关闭压缩气体管路上并联的第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控
截止阀9和第四气控截止阀10，实现对设备主体12内压差建立速度的精确控制；使
得设备主体12内压差在8秒内由负压变为常压，并保持常压压力4秒，然后采用增压
凝固速度0.025MPa/s，使设备主体内的压差增至0.5MPa，保压时间维持3000秒，保
压阶段完成后，打开气控截止阀13泄压，完成铸件浇注及凝固过程。
实施例4。某大型构件采用石膏型精密铸造方法成形，在完成金属液除气精炼处
理后，将金属液放入设备主体12的旋转浇包内，然后将烘焙好后的大型石膏铸型送入
设备主体12内，并密封锁紧设备主体12。启动PLC控制模块5，输入工艺参数：浇
注真空度0.003MPa、浇注时间45秒，破真空时间10秒，常压下保持时间5秒，增压
凝固速度0.025MPa/s，增压压力0.6MPa，保压时间5400秒。PLC控制模块5根据设
定的工艺参数输出控制信号对不同气控截止阀打开与关闭，实现对设备主体12内的压
差实时控制。浇注开始时，打开第五气控截止阀11，真空泵2通过真空缓冲罐1对设
备主体12快速抽取真空，使设备主体12的真空度达到0.002Mpa，倾转旋转浇包进行
浇注，浇注时间为45秒。浇注结束后，PLC控制模块5关闭第五气控截止阀11，并
按照设定的工艺参数曲线和压差变送器6反馈回来的压差信号进行计算，输出控制信
号打开与关闭压缩气体管路上并联的第一气控截止阀7、第二气控截止阀8、第三气控
截止阀9和第四气控截止阀10，实现对设备主体12内压差建立速度的精确控制；使
得设备主体12内压差在10秒内由负压变为常压，并保持常压压力5秒，然后采用增
压凝固速度0.025MPa/s，使设备主体内的压差增至0.6MPa，保压时间维持5400秒，
保压阶段完成后，打开气控截止阀13泄压，完成铸件浇注及凝固过程。