摘要：超高强铝合金在我国航天工业制造技术中被普遍应用，伴随着经济和技术不断发展，国家已经陆续研发出了更高性能的超高强铝合金，有效推动了我国航天工业产业的发展。本文以超高强铝合金铸技术及装备控制系统为主要内容，研究该项技术的发展现状及应用优势。
关键词：超高强铝合金；铸造技术；装备控制系统
引言：
超高强铝合金是航天工业铸造过程中常见的一种原材料，在实际应用中具有韧性高、密度低、热加工性能好等优势，因此，近几年在铸造产业当中应用广泛。但随着技术不断更新，超高箱铝合金铸造技术被改造为铸造装备和控制系统，通过对合金组成结构的优化设计，研发出了更新型的超高强铝合金。这种新型的材料不仅能够保持较强的耐腐蚀性和硬度，且成本相对较低，代替了很多价格高昂的钛合金，也逐渐成为我国材料开发的热点之一。而超高强铝合金本身其化学成分较为复杂，生产铸造过程也极难成型。我国在一段时期内生产的7050厚板所需要的扁锭材料以进口为主，再价格上也相对成本较高；同时，航天工业领域保密性较强，国内针对这一专题的研究和报道也比较少，本文研究也是为了分析超高强铝合金铸造技术以及装备控制系统在国内外的发展现状以及未来展望，希望能填补这一领域的空白。
一、超高强铝合金铸造技术
（一）立式半连续铸造
立式半连续铸造技术是根据材料流变学原理，主要应用于半固态加工用坯料生产制造环节，其本质为进入结晶器的金属为固液共存混合物。同时，部分固相具非枝晶特征，在铸造过程中需要注意三大工艺参数，即浇注温度铸造速度和冷却水流量，确保不同的规格、牌号及铸造环境存在不同程度的匹配关系。
（二）气滑铸造
气滑铸造是近几年发明的技术，以铝合金半连铸先进技术理论为依据，在浇筑过程中通过压缩空气和石墨环，使得石墨环内壁能够形成一层油气膜，金属液体则能够在油气膜的约束下，其外部逐渐凝结成固体壳状结晶器，经喷水后可二次冷却，最终形成铸锭。这种技术应用优势就在于生产速度快，缺点在于只能够改变锭坯的表面光滑程度，但对于材料的内部组织结构改进效果不理想，且市场上大部分孔石墨结晶器的成本较高，影响企业的效益，因而这项技术实际应用并不广泛。实际上，美国华盛顿某公司研发出了更新型的气滑铸模，气铸的晶粒比一些普通的热顶铸造还要精细；同时，采用更先进的“Turbo CRT”技术系统，还能够改变铸锭二次冷却的水流速度及冷却能力，可以说，这一技术也得到了一定幅度的改进[1]。
（三）电磁铸造
电磁铸造（EMC）即利用电磁力来支撑熔体，最终直接冷却形成铸锭。这一技术的工作原理在于变电流经过感应线圈，在铸锭液穴中产生感应电流，两条电流在同一磁场当中产生液柱外周，由内力助推形成支撑力，这也就是所谓的“电磁推力”。这一技术的主要优点就是在应用过程中可以改造铸锭的组织结构和化学成分，且熔体可以在不与结晶器接触的情况下形成凝固状态，因而不容易出现表面结晶等铸造缺陷，铸造成品率也会有效提升。这一技术目前在欧美以及日本等发达国家的大型铝业制造公司都已经被引进和应用，且投入了大规模的生产当中。但电磁铸造技术也具备一定的缺点，例如：引进成本较高、设备投资巨大、电能内耗较多、工序较为复杂等。虽然我国部分西南地区的铝业铸造公司也引进了该项技术，但由于铸造所需要的设备控制力尚且无法满足技术要求，因此还未能投入批量生产当中，但这对于国内很多科研单位对超高强铝合金电磁铸造技术的研究提供了应用前景。
二、高强铝合金铸造装备及其控制系统
（一）高强铝合金铸造结晶器
从高强铝合金铸造装备技术发展历史来看，直冷铸造技术出现的时间相对较早，其采用的结晶器也比较简单，通常由结晶器外套和内套构成，且外套和内套之间仅存在一个冷却水通道。扁锭结晶器窄面开有缺口，主要用于高强合金和超高强铝合金结晶器铸造，为了防止侧面裂纹，可以将扁锭的宽、高比例控制在4厘米左右。
普通型的热顶铸造技术于20世纪70年代出现，与直冷铸造技术相比较仅仅是其所采用的结晶器多了一个热顶套，可以短时间内保证内部的温度，这一技术提高了铸锭的浇筑性能[2]。美国一个公司在热顶铸造的结晶器上面又添加了一个润滑油自动供给系统，利用油压翻立盖板这一技术对普通的热顶铸造技术进行了更新，使得铸锭内部结构也更加稳定。在此基础上，近几年又创新为气滑热顶铸造结晶器，即增加了一个石墨环，用于油气自动渗出，使得润滑效果也得到了提升。
电磁铸造则主要以电磁推力来代替结晶器支撑熔体，是一种新型的可以连续铸造的方法。它所使用的结晶器上又增加了电磁感应圈和电磁屏蔽系统，可以说，其技术又得到了一个幅度的提升。
（二）高强铝合金半连续铸造机
半连续铸造机结构较为复杂，包括基础的铸造平台、升降台、铸锭底座、传感装置以及自动水冷系统等。在铝合金生产过程中所涉及到的半连续铸造机又包括：液压式铸造机、钢丝绳铸造机、丝杠转动朱造价等。其中，四缸铸造机具有悬臂转动和支撑结构的优势，但只适用于单根铸锭。按照铸锭技术，立式半连续铸造机结晶器中所引申出的牵引力又可以分析丝钢绳式及液压油式，通常情况下，超高强铝合金扁锭铸造就需要丝钢绳和液压油这两种类型的半连续铸造机。前者铸造机的结构较为简单，但存在丝钢绳磨损快，称重压力降低等问题，使得平台牵引力和生产速度也随之下降，甚至会影响到铸锭的质量；后者与前者相比较，又具备承载力量大、控制精度高、生产运行平滑等优势。在使用液压油式的铸造机时，可以依据生产需求对牵引绳设置不同运行速度，更精准地控制铸造速度；但由于液压系统与电控系统对外部设备要求较高，因而，其铸造速度也比其他普通的铸造机速度更快，因而，国外大部分铝业公司都以液压油铸造机为主要铸造工具，并采用PLC进行系统控制，保证炉内的温度可以实现铝液温度与冷却水温度等参数的最佳匹配状态，实现工厂自动化加工铸造[3]。
（三）铸造设备控制系统
连续铸造设备控制系统能否有高效运行，将会直接关系到铸造坯的质量好快，而新型的连续铸造机则可以实现全铸造过程自动化生产，且能够确保生产过程低内耗、低成本、高质量，确保生产铸造业务的社会效益和经济效益。
早期的连续铸造设备一般只需要简单的装备设置就能控制系统，例如：结晶器液面控制系统、牵引装置控制系统等。尤其在近几年因电子科技技术的发展，部分铝业公司已经引进了大型的连续铸造设备，实现了全线自动化生产。例如：部分欧美国家的公司已经使用了新型热顶铸造技术设备，且逐步推出了有色金连续铸造设备，节省了大量的劳动力和耗能。该家公司的新型热顶铸造设备控制系统包括冷却水控制系统、铸锭监测系统、液压控制系统等。在控制系统的运作过程中，将操作平台与监测系统进行端口对接，则可以及时接收到系统运行数据，发挥远程监控功能，减少实操错误，极大地增强铸锭的质量及效率。
三、结语
综上所述，伴随着航天工业技术的迅猛发展，现代高强铝合金铸造技术也会得到质的飞跃，无论是热顶铸造技术还是电磁铸造技术都会逐步向高效率、高质量、智能化的发展，促进国内外航天工业产业的繁荣兴盛。
参考文献：
[1]王德. 对我国超高强铝合金铸造技术及装备控制系统现状与发展的分析[J]. 海峡科技与产业, 2018, 000(004):57-59.
[2]雷晓燕, 王娟. 高强度铝合金铸造及热处理工艺分析[J]. 南方农机, 2019, 050(006):4,7.
[3]田文龙, 张寿明. 铝合金半连续铸造速度液压控制方案的设计与研究[J]. 电子测量技术, 2019(19).