鎂合金壓鑄技術(shù)

1 鎂合金壓鑄技術(shù)鎂合金壓鑄技術(shù) 黎前虎 陳繼斌 本資料內(nèi)容已選編入重慶鎂業(yè)主編的 鎂合金及應(yīng)用 作作 者者 簡簡 介介 黎前虎 黎前虎 男 1965 年生 湖南人 1985 年畢業(yè)于湘潭大學(xué) 機(jī)械系 高級(jí)工程師 原力勁集團(tuán)鎂合金發(fā)展部高級(jí)經(jīng)理 清華 力勁壓鑄高新技術(shù)研究中心深圳基地主任 集團(tuán)市場推廣部經(jīng)理 現(xiàn)任伊之密精密壓鑄科技有限公司市場總監(jiān) 對(duì)鎂合金壓鑄技術(shù) 及壓鑄品生產(chǎn)關(guān)聯(lián)技術(shù)有較為深入 綜合的研究 如鎂合金壓鑄 工藝 設(shè)備 模具技術(shù)及安全作業(yè)要點(diǎn) 鎂合金的熔煉氣體保護(hù) 技術(shù) 后加工技術(shù)及制品之表面處理研究 鎂合金壓鑄生產(chǎn)線之設(shè)計(jì) 制造 安裝 調(diào)試 量產(chǎn) 工廠總體規(guī)劃建設(shè)及制造成本之研究等 在清華 力勁壓鑄高新技術(shù)研究中心深圳基 地 帶領(lǐng)所屬技術(shù)人員配合集團(tuán)開發(fā)部門研發(fā)出達(dá)到世界先進(jìn)水平的高性能鎂合金壓鑄成 套設(shè)備 該型鎂壓鑄機(jī)獲 2000 年度香港工業(yè)獎(jiǎng)及 2001 年度國家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品 并致力于 推動(dòng)鎂合金新材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用工作 帶領(lǐng)所屬技術(shù)人員已成功為中國一汽集團(tuán) 東風(fēng)汽 車集團(tuán) 重慶隆鑫集團(tuán) 長安汽車集團(tuán) 寧夏 905 集團(tuán) 以色列 OPP 公司等建設(shè)了鎂合金 壓鑄生產(chǎn)線 并完成了力勁集團(tuán)深圳鎂合金出口創(chuàng)匯基地的籌建工作 為我國之鎂合金新 材料產(chǎn)業(yè)化推廣做出了積極的貢獻(xiàn) 2 陳繼斌 陳繼斌 1997 年畢業(yè)于沈陽工業(yè)學(xué)院 高級(jí)工程師 原力勁集團(tuán)鎂合金項(xiàng)目技術(shù)支援主管 集團(tuán)市場部大客戶 部主管 現(xiàn)任伊之密精密壓鑄科技有限公司技術(shù)支援部主 管 曾先后發(fā)表多篇專業(yè)性論文 對(duì)鎂合金壓鑄機(jī) 周邊 設(shè)備 壓鑄工藝及模具具有相當(dāng)豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 目目 錄錄 1 壓鑄鎂合金材料壓鑄鎂合金材料 1 1 鎂合金化元素 1 2 鎂合金的鑄造性能 1 3 壓鑄鎂合金的實(shí)際應(yīng)用 2 鎂合金防燃技術(shù)鎂合金防燃技術(shù) 2 1 鎂合金熔體表面燃燒機(jī)制 2 2 致密度系數(shù)的影響 2 3 表面防燃技術(shù) 2 4 現(xiàn)有防燃技術(shù)的比較 3 鎂合金壓鑄機(jī)鎂合金壓鑄機(jī) 3 1 鎂合金熱室壓鑄機(jī) 3 2 鎂合金臥式冷室壓鑄機(jī) 4 鎂合金壓鑄周邊設(shè)備鎂合金壓鑄周邊設(shè)備 4 1 鎂合金熔煉爐 4 2 模溫機(jī) 4 3 取件機(jī)械手 4 4 自動(dòng)噴霧機(jī) 4 5 自動(dòng)壓送機(jī) 3 5 鎂合金壓鑄安全操作鎂合金壓鑄安全操作 6 劣質(zhì)鎂合金設(shè)備的危害劣質(zhì)鎂合金設(shè)備的危害 鎂合金壓鑄技術(shù)鎂合金壓鑄技術(shù) 黎前虎黎前虎 陳繼斌陳繼斌 前言前言 目前 世界各國對(duì)鎂合金壓鑄件的應(yīng)用前景十分看好 特別是在汽車 航空 電信 交通運(yùn)輸和機(jī)械行業(yè) 采用鎂合金鑄件取代鋁合金或鋼鐵零部件可有效地減輕機(jī)械重量 從而顯著地節(jié)省能耗 減少環(huán)境污染 如汽車若每減輕 100kg 則每公里耗油量可減少 0 4L 所以現(xiàn)在美 日 歐等發(fā)達(dá)國家開始在汽車上擴(kuò)大鎂合金鑄件的應(yīng)用 如方向盤 儀表盤 座椅骨架 曲軸箱 變速箱殼體 輪轂等 使鎂合金鑄件以每年 20 30 的速度 增長 其中 80 為壓鑄件 鎂合金壓鑄件在家電輕工和日用五金等行業(yè)的應(yīng)用同樣日益擴(kuò) 大 如手提電腦殼 錄放機(jī)箱 移動(dòng)話機(jī) 電動(dòng)工具殼 照像機(jī)殼 室內(nèi)裝飾品 割草機(jī) 殼等 這些零件采用鎂合金壓鑄件不但重量大大減輕 尺寸精確穩(wěn)定 而且表面光潔 具 有一系列突出的優(yōu)點(diǎn) 據(jù)國外統(tǒng)計(jì) 到 2006 年鎂合金壓鑄件的年產(chǎn)量將達(dá) 20 多萬噸 因 此 鎂合金壓鑄及鎂合金壓鑄機(jī)正成為當(dāng)今壓鑄行業(yè)重要發(fā)展項(xiàng)目之一 4 1 壓鑄鎂合金材料 壓鑄鎂合金材料 鎂與鋁在化學(xué) 物理性質(zhì)上存在較大的差別 主要表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)活性 金屬液表面 氧化物質(zhì)密性 凝固過程中的熱效應(yīng) 抗電化學(xué)腐蝕能力等方面 鎂具有比鋁強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性且金屬液表面不能形成如鋁合金液一樣的致密的氧化物 保護(hù)膜以阻至氧化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行 因此鎂合金易燃燒甚至爆炸 鎂合金還易溶解其它金 屬 包括嚴(yán)重降低鎂合金抗電化學(xué)腐蝕能力的鎳 銅等元素 另外 同樣體積的鋁合金及 鎂合金液在凝固過程中 鎂合金釋放的熱量顯著低于鋁合金液 1 1鎂合金化元素鎂合金化元素 純鎂的機(jī)械性能很差 不能滿足工業(yè)零件對(duì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求 通過加入合 金化元素能顯著提高鎂的機(jī)械性能 使鎂合金的強(qiáng)度重量比在各類合金中僅次于鈦合金而 名列第二 為其工業(yè)應(yīng)用開拓了廣闊前途 合金化元素的第二個(gè)作用是改善鎂合金的鑄造 性能 純鎂的熔點(diǎn)高 流動(dòng)性差 收縮量大 通過合金化能降低液相溫度 增加流動(dòng)性 提高鎂合金的鑄造性能 減小收縮傾向 針對(duì)鎂合金在 150 攝氏度以上溫度其強(qiáng)度顯著下 降的特點(diǎn) 合金化的第三個(gè)作用是增強(qiáng)鎂合金的抗蠕變性能 鎂合金常用的合金化元素是鋁和鋅 鋁的合金化能提高合金強(qiáng)度及鑄造性能 鋅也能 提高合金的鑄造性能 為保證鑄造性能壓鑄鎂合金的鋁含量 3 鋅含量 2 否則容 易產(chǎn)生裂紋 基于 Mg An Mn 系的合金 AZ91 含鋅 和 AM60B 不含鋅 是室溫使用的 主要壓鑄鎂合金 微量的稀土元素 Y Nd Sr 對(duì) AZ91 合金有明顯的細(xì)化作用 含 Sr 合金 在晶界處存在粗大的 Mg Sr 化合物及 Mg17A112 相 易于發(fā)生沿晶斷裂 而含 Y Nd 合 金由于晶體內(nèi)滑移帶及變晶的快速形成 主要發(fā)生穿晶斷裂 合金韌性進(jìn)一步得到提高 目前 AZ 及 AM 這兩種系列合金占鎂汽車結(jié)構(gòu)件的 90 但它們?cè)?150 以上時(shí)其強(qiáng)度顯 著下降 為改善合金在 150 以上的抗蠕變能力 現(xiàn)已開發(fā)了 AS41A 合金 4 3 Al 1 硅 0 35 錳 該含金的蠕變強(qiáng)度在 170 范圍內(nèi) 同時(shí)具有較好的伸長率 屈服強(qiáng)度和極限 抗拉強(qiáng)度 由于含鋁量較低 AS41A 要求較高的鑄造溫度 AS 系列鎂合金由于 Si 的引入 在組織中易形成硬的硅質(zhì)點(diǎn) 鈉和鍶能從根本上改善硅相的結(jié)構(gòu)起到很好的變質(zhì)效果 利用稀土元素對(duì) Mg Al 基合金強(qiáng)度及蠕變抗力的有利影響而開發(fā)了 Mg Al 稀土合金 5 壓鑄 AE42 合金具有比 Mg Al Si 合金更加的蠕變抗力 能在 200 250 度下長期使用 加拿 大開發(fā)了 AC 系列鎂合金 通過添加 Ca 改善了 Mg Si 合金中 Mg2Si 的相結(jié)構(gòu)并細(xì)化其晶 粒 其蠕變抗力是 AZ 和 AM 系列合金的 10 倍左右 而拉伸及抗拉強(qiáng)度相當(dāng) 且具有良好 的鑄造性能 目前得到工業(yè)應(yīng)用的壓鑄鎂合金主要有 4 個(gè)系列 即 AZ 系列 Mg Al Zn Mn AM 系列 Mg Al Mn AS 系列 Mg Al Si AE 系列 Mg Al 稀土 表 1 中給出了它們中 的常用合金的名義成分和性能 表 1 壓鑄鎂合金的成分及性能 元素組成 室溫拉伸性能合金 AlZnMnSiFeCu max Ni max Re 總量 抗拉強(qiáng)度 MPa 屈服強(qiáng)度 MPa 伸長率 AZ91D 8 3 9 70 35 1 00 15 0 500 10max0 0050 0300 002 2301603 AM60B 5 5 6 50 22max0 24 0 60 10max0 0050 0100 002 2201306 8 Am50A 4 4 5 40 22max0 24 0 60 10max0 0040 0100 0022201206 10 AE42 3 4 4 60 22max0 25 0 0050 050 0051 8 3 02251408 10 AS41B 3 5 5 00 12max0 35 0 70 5 1 50 00350 020 002 2151406 1 2 鎂合金的鑄造性能鎂合金的鑄造性能 1 2 1 高速冷卻條件下對(duì)相圖的影響 在壓鑄條件下 由于流速高 金屬型冷卻能力強(qiáng) 冷卻速度很快 二元系相圖中共晶 點(diǎn)向熱穩(wěn)定組元方向推移 對(duì) Al 合金來說是向 Si 增加的方向推移 而對(duì) Mg 合金來說則 是向 Mg 增加的方 a 向推移 這種推移可以使 Al 部分亞共晶合金成為固溶液體單相合金 使部分 Al 過共晶合金成為亞過晶合金 Mg 合金則正好相反 部分固溶體合金成為亞共晶 合金 部分亞共晶合金則成為實(shí)際上的過共晶合金 大致來說高的冷卻速度增加 Mg 合金 共晶體的含量 有利于鑄造 另外 比較純鎂和純鋁的熔點(diǎn)與共晶溫度的差值也可以表明鎂合金易于鑄造 對(duì)鎂來 說其值為 212 而鋁則是 73 1 2 2 鎂合金的物理性質(zhì)對(duì)壓鑄性能的影響 1 2 2 1 熱焓 6 從工作溫度到凝固溫度之間的熱量 決定了相同的導(dǎo)熱系數(shù)下 金屬液保持可鑄性的 時(shí)間 因此這種熱量便作為最大可能充型時(shí)間的尺度 充型時(shí)間 T 與從工作溫度至凝固溫 度的熱焓的定性公式為 Tm Ta Qm Qa 則 Tm QmTa Qa 比較 CD MgAl9Znl 與 GD AlSi12 Cu 則 Tm 130 5 275Tal 0 654Ta 即充填同一鑄型鎂合金所需時(shí)間公為鋁合金的 65 表二 鋁鎂的熱焓 材料AlMg 比熱 卡 cm3 0 620 45 融化熱 卡 cm3 245158 工作溫度 630630 推出溫度 380340 工作溫度到推出溫度熱焓 卡 cm3 400288 5 1 2 2 2 金屬液粘度與澆注速度對(duì)充型的影響 用雷諾數(shù)來表示性質(zhì) 它不僅考慮到流道的幾何形狀 而且也考慮到由于速度磨擦而產(chǎn)生 的流動(dòng)阻力 也以 GD MgAl9Znl 和 GD AlSi12 Cn 粘度作比較 定性地得出澆注速度 首 先兩者的流動(dòng)特性相同 那么作為一個(gè)準(zhǔn)則兩者的雷諾言數(shù)必須相等 Rea Rem Re WDh V 或中 Re 雷諾數(shù) W 平均澆注速度 Dh 液體流槽直徑 V 澆注溫度時(shí)的粘度 已知 Va 5 3 10 6 m2 S Vm 6 65 10 6 m2 S 代入等式得 Wm Wa 6 65 5 3 Wm 1 25Wa Wm 鋁合金平均澆注速度 Wa 鎂合金平均澆注速度 以上結(jié)論說明鎂合金充填型腔的平均速度約為鋁合金充填型腔時(shí)的 1 25 倍 7 1 2 2 3 氣體與氣孔 氣孔以各種方式存在于鑄件中 一種方式是由于冷卻過程中氣體從液體中析出 主要是 H2 另一些是由于澆注而帶入了空氣 鎂溶解氫的能力很強(qiáng) 即使鑄錠上只有極少量的一 點(diǎn)水分 也可能通過水的還原而吸收氫 然而氮地產(chǎn)生氮化物 氧產(chǎn)生氧化物 因此 大 氣的影響較小 空氣的溫度與氣體含量有關(guān) 也就是鎂塊必須進(jìn)行徹底的烘干才能投爐熔 化 1 2 2 4 粘模傾向 粘模傾向是指鑄造合金粘附在鑄型上的傾向 這種現(xiàn)象對(duì)壓鑄過程的影響很大 1 合金對(duì)鑄型材料的熔解度 鎂合金在這方面有其優(yōu)越性 一般模具鋼的主要合金元 素 除鎳外 其它如鐵 鈷 錳 鋁 鈣都不溶解或僅有微量溶解于鎂合金 因此 粘模不會(huì)產(chǎn)生 2 鑄件在脫模溫度時(shí)的強(qiáng)度 約 300 時(shí) 鎂合金的強(qiáng)度公為鋁合金的一半左右 只 要型腔表面沒有問題 推出平衡 不產(chǎn)生剪切應(yīng)力 這樣的熱強(qiáng)度足以保證鑄件出 模 3 鑄件與型腔表面之間的粘附系數(shù) 當(dāng)磨擦副之間的粗糙度為 30 um 和磨擦速度為 0 1m s 時(shí) 鋁一鋼之間的粘附系數(shù)為 0 1 而鎂 鋼之間僅為 0 05 由此可知 鎂合金有很大的優(yōu)點(diǎn) 因此鎂壓鑄件可以用最小的脫模斜度 并可獲得較高的 精度 1 3 壓鑄鎂合金的實(shí)際應(yīng)用壓鑄鎂合金的實(shí)際應(yīng)用 AZ91D 是最常用的鎂合金 具有優(yōu)良的耐蝕性 鑄造性能和良好的強(qiáng)度 主要用于汽 車 計(jì)算機(jī)零件和運(yùn)動(dòng)器具 殼 蓋 鏈 鋸 手動(dòng)工具和家用電器 AM50 AM60 合金具有突出的韌性和吸能性 同時(shí)兼有良好的強(qiáng)度和機(jī)械性能 主要 用于汽車座椅 方向盤 儀表板等 AS41 和 AE42 這些合金于 150 時(shí)有良好的抗蠕變形能 應(yīng)于零件工作溫度較高的場 合 如汽缸體 曲軸箱 制動(dòng)件等 2 鎂合金防燃技術(shù) 鎂合金防燃技術(shù) 2 1 鎂合金熔體表面燃燒機(jī)制鎂合金熔體表面燃燒機(jī)制 和氧及氧化物的反應(yīng) 8 燃燒 氧化 2Mg O2 2MgO2 液體鎂合金中的水分迅速汽化 Mg 液 H2O 液 H2O Mg 小顆粒 和水反應(yīng) 氫氣爆炸 Mg H2O MgO H2O 2H2O O2 2H2O 和氧化硅的反應(yīng) 2Mg SiO2 2MgO Si 2 2 致密度系數(shù)的影響致密度系數(shù)的影響 金屬液抗氧化能力的強(qiáng)弱由其表現(xiàn)膜阻礙反應(yīng)物質(zhì)通過的難易來反應(yīng) G V1 V2 V1 金屬氧化物體積 V2 金屬體積 G 致密度系數(shù) Mg 的致密度系數(shù)是 0 79 Al 的致密度系數(shù)是 1 28 Al 液的表面是一層致密的氧化物保 護(hù)膜 隔絕了金屬與空氣的接觸 而鎂液表面則是多孔性的疏松組織 應(yīng)力狀態(tài)呈張應(yīng)力 鎂易于蒸發(fā) 并且與空氣接觸氧化燃燒 起始合金液表面只有菜花狀的氧化物 散發(fā)出紅 色江芒 隨氧化反應(yīng)的加劇 釋放出大量的熱量 溫度最高可達(dá) 3000 度 最終導(dǎo)致散發(fā)出 耀眼的亮光 并出現(xiàn)鎂蒸氣燃燒產(chǎn)生的白煙 原料成廢渣 鎂合金防燃的方法有兩個(gè)途徑 一是改善合金液表面的致密度系數(shù) 二是采用覆蓋劑 或惰性氣體阻礙反應(yīng)的進(jìn)行 具體的方法大致如下 以鹽類溶劑覆蓋于融體上 以惰性氣體下處理溶體 以抑制元素添加在溶體上作為覆蓋層 在反應(yīng)性氣分下處理溶體 再其上行成薄的保護(hù)層 2 3 表面防燃技術(shù)表面防燃技術(shù) 2 3 1 鹽類熔劑 鹽類溶劑以 400 的溫度 在熔融狀態(tài)下覆蓋于鎂熔體表面 切斷鎂液與空氣接觸 阻礙 鎂氧化反應(yīng)的發(fā)生 鹽類以光鹵石為基礎(chǔ) 加上由 MgCl2 KCl 所組成的低熔點(diǎn)共晶混合 9 物 添加高融點(diǎn)瑩石粉 CaF2 約 20 除可作為覆蓋物外 還可以對(duì)熔體起凈化作用 覆蓋鹽所起的防護(hù)作用可以維持在 800 以上 鹽類熔劑的缺點(diǎn)是在與潮濕的空氣接觸時(shí)產(chǎn)生腐蝕性的氯化物以及形成鹽酸性氣體 對(duì)機(jī) 器設(shè)備和工作環(huán)境有很大的不利影響 另外 鹽類熔劑很容易在鑄件中形成夾雜 損害鑄 件質(zhì)量 2 3 2 惰性氣體 目前在工業(yè)上大量應(yīng)用的氮?dú)夂蜌鍤舛伎梢杂脕碜麈V熔體保護(hù) 目的是斷絕氧氣的來源 氮?dú)饽茏柚谷紵?與 Mg 緩慢反應(yīng) 產(chǎn)生粉末狀 Mg3N2 膜 其所提供的防護(hù)溫度在 650 以下 Ar 氣不會(huì)與 Mg 發(fā)生反應(yīng) 但同樣存在 Mg 蒸發(fā)問題 2 3 3 抑制性元素 起抑制性作用的元素有 Be Ca Zn Be 在熔體鎂中有高的擴(kuò)散速度 所產(chǎn)生的 BeO 有高的熱力學(xué)穩(wěn)定性 且揮發(fā)傾向性小 BeO 在熔體表面形成壓應(yīng)力 在熔體上覆蓋有足夠 BeO 致密度系數(shù)處于 1 68 起到甚佳 的防護(hù)作用 Zn 也可以做為合金元素在鎂熔體上構(gòu)成致密的覆蓋層 取 Zn 的上限成分約 1 5 否則鑄 件傾向 不量 Ca 小于 0 1 可以延緩鎂的燃燒反應(yīng) 但超過 0 8 的 Ca 時(shí)有強(qiáng)烈的熱裂及粘膜 傾向 2 3 4 反應(yīng)性氣氛 SO2 與 SF6 都可以作為反應(yīng)性氣體用于鎂熔體防護(hù) 使用溫度最高可達(dá) 740 SO2 的消 耗量在大氣下只占到總體積的確良 在鑄造車間作為防護(hù)性氣體成本最低 但有如下缺 點(diǎn) 在與空氣接觸時(shí)反應(yīng)生成 H2SO4 形成氣體狀的 SO3 對(duì)機(jī)器及周邊設(shè)備起到促進(jìn)腐 蝕作用 所有設(shè)備附件及管道都要采用優(yōu)質(zhì)的鋼材 SO2 及 SO3 存在毒性及刺激性氣味 對(duì)人體健康有害 SO2 及 SO3 一樣 在很低的濃度下 也有良好的防護(hù)效果 并且 SF6 無毒 SF6 與鎂熔體 接觸時(shí)共同構(gòu)成一種 MgF2 的致密的防護(hù)層 2 4 現(xiàn)有防燃技術(shù)的對(duì)比現(xiàn)有防燃技術(shù)的對(duì)比 1 鹽類熔劑 金屬熔體中帶有氯化物造成的污染以及鹽類蒸氣對(duì)周圍環(huán)境造成的 10 破壞作用 不適合現(xiàn)代化大量生產(chǎn)的壓鑄作業(yè) 2 對(duì)于改善氧化狀態(tài)而言 加入 Be Ca Zn 等元素 能改變鎂合金的鑄造性能 對(duì)力學(xué)性能也有一定的影響 3 個(gè)元素中以 Be 的效果最好 不影響材料的切 削加工性能 3 當(dāng)前 SF6 是基本的 不可缺的防護(hù)氣體 但應(yīng)在密閉爐上加入效果好 唯一 的缺點(diǎn)是 SF6 氣體產(chǎn)生溫室效應(yīng) 4 以 SO2 作防護(hù)氣體 簡單實(shí)用 可與 SF6 混合使用 5 惰性氣體 Ar He N2 等單獨(dú)使用在大氣下并不能抑制 Mg 的蒸發(fā) 但是在全 封閉功能的爐型中 還是能發(fā)揮其主導(dǎo)作用 3 鎂合金壓鑄設(shè)備 鎂合金壓鑄設(shè)備 在鎂合金的成形技術(shù)中 其中很大部份是以壓鑄法成型 所以壓鑄設(shè)備對(duì)于鎂合金 產(chǎn)業(yè)有著重要的意義 由于國內(nèi)的鎂合金壓鑄產(chǎn)業(yè)的滯后 很多企業(yè)仍用普通的壓鑄機(jī)來 從事鎂合金壓鑄 不但生產(chǎn)的壓鑄件品質(zhì)存在問題 還極易誘發(fā)事故 香港力勁集團(tuán)率先 研制并生產(chǎn)了鎂合金專用壓鑄機(jī) 推動(dòng)了國內(nèi)鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 11 3 13 1 鎂合金熱室壓鑄機(jī) 鎂合金熱室壓鑄機(jī) 如圖所示為力勁機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的 DC160M 鎂合金熱室壓鑄機(jī) 由于鎂合金是從液面以下經(jīng)封閉的鵝 頸噴嘴等直接進(jìn)入壓鑄型 模 的型腔中 澆注過程無氧化和浮渣 溫度損失少 因此熱室壓鑄機(jī)更 適于薄壁復(fù)雜件的壓鑄 最小壁厚可達(dá) 0 5mm 又由于其生產(chǎn)率高 易于自動(dòng)化 也便于鎂合金液的 防護(hù) 所以被廣泛用于家電 計(jì)算機(jī) 通信 日用五金和許多載荷不特別大的鎂壓鑄件的生產(chǎn) 一般 的中小型鎂合金壓鑄件特別是壁薄而外觀要求較高的零件 大都采用熱室壓鑄機(jī)生產(chǎn) 鎂合金熱室壓鑄機(jī)與普通熱室機(jī)的不同 主要在于前者具有更高的壓射速度 一般空壓射速度要求大于 6m s 并要求壓射終止時(shí)液壓沖擊小 保溫坩堝爐的工作溫度高 且要求溫度控制較嚴(yán)格 保溫坩堝 爐應(yīng)考慮合金液氧化保護(hù) 力勁機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的鎂合金熱室壓鑄機(jī)基本參數(shù)見表 3 1 表 3 1 鎂合金熱室壓鑄機(jī)基本參數(shù) 12 DC160M 鎂合金熱室壓鑄機(jī) 3 23 2 鎂合金臥式冷室壓鑄機(jī) 鎂合金臥式冷室壓鑄機(jī) 1 鎂合金臥式冷室壓鑄機(jī)應(yīng)具備的條件 大多數(shù)大型受力和有特殊要求的鎂合金壓鑄件是用冷室壓鑄機(jī)來 生產(chǎn)的 如許多重要的汽車零件等 但普通冷室壓鑄機(jī)必須對(duì)壓射部分進(jìn)行如下改進(jìn)才能適應(yīng)鎂合金 壓鑄生產(chǎn)的需要 1 快壓射速度由 4 5m s 提高到 6 10m s 2 減少增壓建壓時(shí)間 3 提高壓射速度和壓射力的控制程度 4 配置有保護(hù)氣體裝置的專用熔爐 2 力勁機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的 DCC630M 臥式冷室壓鑄機(jī)的特性 如圖所示為力勁機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的 DCC630M 臥式冷室壓鑄機(jī) 此機(jī)器既可用于鎂合金壓鑄 也適用于鋁合金的壓鑄 其主要工作特性如 下 1 壓射系統(tǒng)的性能 空壓射速度可達(dá) 9m s 以上 鑄造壓力可達(dá) 150MPa 以上 建壓時(shí)間 16ms 2 壓射系統(tǒng)通過壓力傳感器 流量控制閥 比例邏輯閥 實(shí)現(xiàn)三級(jí)壓連續(xù)可調(diào) 適合不同型 模 具 完成精密壓鑄生產(chǎn) 3 容模量為 350 900mm 拉杠內(nèi)尺寸為 750mm 750mm 液壓自動(dòng)調(diào)型 模 4 中央潤滑系統(tǒng)及遠(yuǎn)端欠壓保護(hù)裝置 確保機(jī)器潤滑效果良好 5 配備 4 組抽芯裝置 多種抽芯模式供選擇 6 可調(diào)壓及緩沖式氣動(dòng)門安全聯(lián)鎖裝置 確保安全可靠 運(yùn)行速度平穩(wěn) 7 采用優(yōu)質(zhì) PLC 控制機(jī)器的整個(gè)動(dòng)作程序 8 具有屏幕報(bào)警內(nèi)容顯示功能 可快速排除故障 9 超大型 模 具記憶功能 可存儲(chǔ)多達(dá) 32 組型 模 具參數(shù) 10 對(duì)重要參數(shù)提供密碼層面 確保生產(chǎn)和數(shù)據(jù)的安全性 全機(jī)符合 CE 要求 13 11 屏幕顯示數(shù)據(jù) 方便操作 12 采用電器 液壓安全鎖 確保機(jī)器和操作者安全 13 配置油位 油溫 入油過濾器及油壓超壓保護(hù)裝置 14 開機(jī)時(shí)蓄能器自動(dòng)充油至設(shè)定壓力 停機(jī)時(shí)會(huì)自動(dòng)放油保證安全 15 配備自動(dòng)給湯 澆注 取件 噴霧 噴脫模劑 機(jī)械手 任選 提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量 力勁 DCC630M 臥式冷室鎂合金壓鑄機(jī) 14 力勁機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的鎂合金臥式冷室壓鑄機(jī)基本參數(shù)見表 3 2 IMPRESS M 系列技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目單位 DCC400DCC630DCC800DCC1000DCC1250DCC1600DCC2000 鎖模力 KN40006300800010000125001600020000 鎖模行程 mm550650760880100012001400 模具厚度 最小 最大 mm300 750350 900400 950450 1150450 1180500 1400650 1600 模板尺寸 水平 垂直 mm970 9601200 12001400 13951620 16201730 17402010 19602150 2150 哥林柱內(nèi)距 mm620 620750 750910 9101030 10301100 11001180 11801350 1350 哥林柱直徑 mm130160180200230250280 壓射力 增壓 KN405610665865107512851500 射料行程 mm500600760800880930960 沖頭直徑 mm60 70 8070 80 9080 90 10090 100 110 120100 140110 150130 170 射料量 Mg KY1 9 2 55 3 352 9 3 7 4 84 9 6 3 7 86 8 8 4 10 2 12 29 3 18 211 9 22 117 1 29 4 鑄造壓力 增壓 Mpa144 4 106 1 81 2158 7 121 5 96 132 8 104 9 85136 110 91 76 570 13773 13766 113 鑄造大面積 cm275 375 490395 515 655600 760 940730 905 1095 1305910 17851165 21901769 3030 最大鑄造面積 40MPa cm21000157520002500312540005000 壓射位置 mm0 1750 2500 2500 300 160 320 175 350 175 350 沖頭推出距離 mm200250297300320360400 壓室法蘭直徑 mm130165200240240260260 壓室法蘭出定板高度 mm12152020252530 頂出力 KN180315315500570570650 頂出行程 mm125150180200200250300 系統(tǒng)工作壓力 Mpa14141416141416 電機(jī)功率 KW223737452 372 452 55 油箱容積 L800100012001500250026002800 15 機(jī)器重量 KY1600031500430007000090000105000135000 機(jī)器尺寸 長 寬 高 mm 6820 1650 28108200 1900 28809000 2170 317010560 3500 380010800 3250 4200 11500 4000 4200 12710 4370 4380 4 4 鎂合金壓鑄周邊設(shè)備 鎂合金壓鑄周邊設(shè)備 鎂合金壓鑄由于在一些方面不同于鋁合金壓鑄 除了壓鑄主機(jī)在一些方面有所特殊要求 外 在周邊設(shè)備上也有一些不同 比如鎂合金的熔爐和普通的鋁合金熔爐不同 鎂合金壓 鑄在大多數(shù)情況下要使用模溫機(jī) 等等 取件機(jī)械手 噴霧機(jī)械手的配套和使用 可以降 低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 改善工作環(huán)境 提高工作效率 周邊設(shè)備的使用 也為壓鑄的自動(dòng) 化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了條件 可以提高壓鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)水平 降低人為因素對(duì)壓鑄工 藝的影響 4 1 鎂合金熔煉爐鎂合金熔煉爐 由于鎂合金的熔煉過程中不但要防止氧化 還要具備避免燃燒 爆炸等安全措施 鎂 合金的熔煉必須在保護(hù)的氣氛下進(jìn)行 因此 鎂合金壓鑄需要配備特殊的熔爐 熔煉也是 鎂合金壓鑄中的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 對(duì)于熱室機(jī)來說 除了要滿足比鋅合金溫度高的要求外 還要 具備輸入保護(hù)氣體的通道以及熔爐的密封機(jī)構(gòu) 冷室機(jī)要具備定量供料系統(tǒng) 熱室壓鑄機(jī)用鎂合金熔爐 冷室壓鑄機(jī)用鎂合金熔爐 4 1 1 氣體保護(hù)裝置 16 如前所述 鎂合金的熔煉防燃技術(shù)有鹽類熔劑 抑制性元素 惰性氣體等 但現(xiàn)代壓鑄 主要是以反應(yīng)性氣氛為主 這也是鎂合金壓鑄的主流和發(fā)展方向 4 1 2 氣體保護(hù)機(jī)理 鎂化學(xué)性質(zhì)極其活潑 在空氣中很容易被氧化 表面生成 MgO 其致密度系數(shù)為 0 79 這種疏松的氧化膜不能阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 當(dāng)溫度超過熔點(diǎn) 650 時(shí) 氧化迅速轉(zhuǎn)變 為燃燒 并放出大量的熱 所以鎂合金的保護(hù)要點(diǎn)就是隔離鎂與氧氣的接觸 純凈的 N2 及 Ar Ne 等氣體雖然能對(duì)鎂熔體起到一定的阻燃燒作用 但均不能完成隔絕鎂液與周圍 環(huán)境的接觸 所以起不到良好的保護(hù)效果 N2 與鎂發(fā)生如下反應(yīng) 3Mg N2 Mg3N2 生成的 Mg3N2 系粉狀化合物 結(jié)構(gòu)疏松 不能進(jìn)行反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 Ar Ne 等惰性氣 體雖然不與鎂液反應(yīng) 但不能阻止鎂的蒸發(fā) 形成一定蒸汽壓的鎂遇到冷壁會(huì)發(fā)生反應(yīng) 所以也不是理想的保護(hù)氣體 生產(chǎn)中 常用的是 CO2 SO2 SF6 三種氣體均能起到良好的保護(hù)效果 而尤以 SF6 與其他氣體按一定比例混合保護(hù)效果最佳 CO2 與鎂在高溫下發(fā)生如下反應(yīng) Mg 1 2CO2 MgO 1 2C 無定型 鎂液在干燥 純凈的 CO2 中 其氧化速度很低 這與表面膜中出現(xiàn)了無定型碳密切有 關(guān) 這種無定型碳存在于氧化膜的空隙處 提高了鎂表面膜的致密度系數(shù) 使 1 03 1 15 帶正電荷的無定型碳 還能強(qiáng)烈地抑制鎂離子透過表面膜的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 故也 能抑制鎂的氧化 鎂與 SO2 的反應(yīng)如下 3Mg SO2 2MgO MgS 在鎂熔體表面生成很薄較致密的帶有金屬光澤的 MgS MgO 復(fù)合表面膜 可抑制鎂 的氧化 鎂與含 SF6 的混合氣體發(fā)生如下反應(yīng) 2Mg L O2 2MgO S 2Mg L O2 SF6 2MgF2 S SO2F2 S 2MgO S SF6 2MgF2 S SO2F2 其中主要產(chǎn)物是 MgO 也含有少量 MgF2 MgF2 的致密系數(shù)為 1 6 由 MgO MgF2 17 組成的混合膜變?yōu)檫B續(xù) 致密的膜 因而含 SF6 的氣氛有防止鎂合金熔體氧化燃燒的作用 綜上所述 保護(hù)氣體的阻燃機(jī)理主要是氣體與鎂液反應(yīng) 在熔體表面生成不同防護(hù)作 用的表面膜 這些膜致密度大 能夠阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 也能夠阻止鎂液的蒸發(fā) 其次 這些氣體密度大于空氣 在一定程度上隔絕鎂與氧的反應(yīng) 如下圖所示 4 1 3 混氣裝置 在實(shí)際生產(chǎn)中 SF6 常和其他氣體混合在一起通入到熔爐 常用的混合方式有 air SF6 SF6 N2 air CO2 SF6 混氣裝置的作用就是將這些氣體精確地按一定比例混合后 送入熔爐 SF6 是一種無色 無味 無毒氣體 比空氣重 4 倍 具有化學(xué)惰性結(jié)構(gòu) 在常溫下極 穩(wěn)定 通常將 SF6 氣體加高壓后變成液態(tài) 貯存于專用的高壓鋼瓶中 實(shí)驗(yàn)表明 0 01 的 SF6 濃度即可有效保護(hù)鎂液 但實(shí)際采用的濃度要大 這主要是 因?yàn)?SF6 會(huì)與鎂液反應(yīng)和泄漏損失 隨著輸入濃度含量的增加 液面上方 SF6 濃度也增加 但與輸入濃度相比 消耗量呈增大趨勢(shì) 所以鎂合金熔爐裝置必須有效密封 這樣 SF6 控 制到一定濃度才成為可能 一般 SF6 濃度不宜超過 1 這時(shí)不僅抗氧化效果下降 而且 氣氛對(duì)設(shè)備具有嚴(yán)重腐蝕作用 所以保護(hù)氣體的供應(yīng)優(yōu)化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作時(shí)的重要任務(wù) 混氣裝置應(yīng)能精確配比和混合氣體成分 保護(hù)氣體的濃度和數(shù)量必須適應(yīng)熔液表面條件 達(dá)到耗氣量少 同時(shí)做到環(huán)保 安全 經(jīng)濟(jì) 下圖為 Rauch 公司鎂合金熔爐保護(hù)氣混氣 供氣示意圖 18 SF6 和 N2 通過減壓閥和一個(gè)流量控制閥 即混合在一起 混合氣通過一個(gè)流量計(jì)分 別獨(dú)立地供應(yīng)泵室和熔室 泵室和熔室的氣體流量可以分別獨(dú)立調(diào)節(jié) 還可以通過 PLC 對(duì) 泵室的流量在各個(gè)階段進(jìn)行控制 比如在注料階段可加大氣體流量 從而更經(jīng)濟(jì) 安全地 保證氣體供應(yīng) 保護(hù)氣體在進(jìn)入熔爐時(shí)采用多管道多出口分配 盡量接近液面且分配均勻 現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中 這種供氣已較為成熟 且 SF6 耗量也較低 下面為 Rauch 的幾種熔爐的保護(hù) 氣耗量 定量爐N2 耗量約 Nl h SF6 耗量約 Vol 耗量 克 噸鎂液 MDO 704000 16 0 2522 MDO 2507000 16 0 2518 MDO 5008000 16 0 2512 MDO 70010000 16 0 259 4 1 4 存在問題 SF6 在鎂合金壓鑄生產(chǎn)中應(yīng)用較為普遍 但也存在著一些問題 比如安全 環(huán)保等方 面 如何解決這些問題 也是鎂合金產(chǎn)業(yè)面臨著的一個(gè)課題 19 保護(hù)氣體可能與設(shè)備發(fā)生反應(yīng) 如 SF6 與坩鍋反應(yīng)形成孔狀 FeF3 和 Fe2O3 SF6 濃度 過高會(huì)使坩堝起皮增加 起皮會(huì)進(jìn)一步與鎂液發(fā)生劇烈反應(yīng) 3Mg Fe2O3 3MgO 2Fe 3Mg 2FeF3 3MgF2 2Fe 此外 反應(yīng)還可能生成 SO2 和 SO2F2 它們會(huì)與水蒸氣發(fā)生反應(yīng) 然后被起皮吸收 進(jìn)一步腐蝕坩堝 溫度升高和 SF6 濃度增加會(huì)使腐蝕加劇 因而應(yīng)避免純凈的 SF6 氣體通 入坩堝 SF6 氣體雖然無毒 但密度大 如果在車間沉積過多 有可能引起缺氧 產(chǎn)生窒息 所以車間必須注意通風(fēng) SF6 具有很強(qiáng)的吸收長波能力 而且在空氣中的滯留時(shí)間長 其溫室效應(yīng)較為顯著 SO2 氣體的使用由于其特性 毒性氣體 而受到限制 國外在使用 SF6 已開發(fā)出一種回收 設(shè)備 但由于成本昂貴 推廣受到一定了限制 因此 開發(fā)一種替代 SF6 的保護(hù)氣體也是 鎂合金產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題 4 2 熔化裝置熔化裝置 鎂合金的熔爐一般采用不含鎳 或鎳含量很低 的不銹鋼焊接或整體鑄出 因?yàn)殒嚾?解于鎂合金液中 將導(dǎo)致鎂合金鑄件的抗腐蝕能力大幅降低 坩堝最好有雙室設(shè)計(jì) 把熔 室和泵室分開 以免鎂液的溫度有大的波動(dòng) 影響產(chǎn)品質(zhì)量 設(shè)計(jì)熔爐時(shí) 要使鎂液表面 和與體積比最小 坩堝和蓋子之間要很好的配合與密封 4 3 定量澆注系統(tǒng)定量澆注系統(tǒng) 由于鎂合金的熔煉是在密閉的條件進(jìn)行 對(duì)于熱室機(jī)來說 料壺和打料系統(tǒng)也是浸在 鎂液中 可以實(shí)現(xiàn)供料及打料的自動(dòng)化 對(duì)于冷室機(jī)來說 則需要定量澆注系統(tǒng)從熔爐中 向壓鑄機(jī)壓室澆注 目前 已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用的鎂合金定量澆注系統(tǒng)有葉輪式 氣壓式 活塞 式等幾種 4 3 1 葉輪式 通過葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提升鎂液 通過輸料管定量澆注到壓鑄機(jī)壓室 可以改變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)速 及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)澆注量的改變 這種鎂液泵的定量精度可以達(dá)到 2 生產(chǎn)中 還應(yīng)控 制鎂液面的穩(wěn)定 以免引起供料量的波動(dòng) 這種泵結(jié)構(gòu)簡潔實(shí)用 操作 保養(yǎng)也比較容易 故障率也較低 奧地利勞和公司的鎂合金熔爐即采用此種定量泵 20 4 3 2 活塞式 活塞式定量泵的原理如下圖所示 鎂液的注料量可以通過調(diào)節(jié)活塞的行程來調(diào)節(jié) 這 種泵在理論上可以達(dá)到較高的精度 但是由于浸在鎂液中的部分過多 長期在高溫鎂液的 浸泡下 維修保養(yǎng)不很方便 圖 1 啟動(dòng) 圖 2 吸入準(zhǔn)備 圖 3 吸入 圖 4 射料準(zhǔn)備 圖 5 射料 4 3 3 電磁泵 上圖為電磁泵的工作原理圖 電磁泵是利用導(dǎo)電流體中的電流和磁場的作用 把電磁 推動(dòng)力直接作用在金屬液體上 使之發(fā)生定向移動(dòng) 其運(yùn)動(dòng)符合左手定則 電磁泵的流量 大小與升液電流 磁感應(yīng)強(qiáng)度等有關(guān) 電磁泵的特點(diǎn)是沒有機(jī)械磨損 控制也較為方便 4 3 4 氣壓泵 21 氣壓泵原理如上圖所示 主要結(jié)構(gòu)為一密封泵室 注料時(shí)加壓的氬氣通過一管子進(jìn)入 泵室 泵室下方和熔爐連通的單向閥關(guān)閉 氣體排開同樣體積的鎂液進(jìn)行注料 這種泵的 特點(diǎn)是沒有機(jī)械磨損 故障率低 清理維護(hù)簡單 在澆注量較大時(shí)定量精度較好 4 4 其他其他 三維定位 喂料系統(tǒng) 料壺 三維定位 喂料系統(tǒng) 料壺 鎂合金熔爐為了便于和壓鑄機(jī)連接方式便于生產(chǎn) 還需要一些其他裝置 比如用于冷 室壓鑄機(jī)的熔爐的三維定位裝置 可以實(shí)現(xiàn)熔爐的旋轉(zhuǎn) 平移 升降 以方便與壓鑄機(jī)的 配套與日常維護(hù) 保養(yǎng) 另外對(duì)于鎂合金熱室壓鑄機(jī) 料壺 鋼呤等熱作件也是重要的一點(diǎn) 鎂合金熱室壓鑄 溫度一般在 630 650 之間 溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋅合金 熱作件工作在高溫的鎂合金液中 不但要具有良好的高溫強(qiáng)度 而且要有耐鎂合金液的腐蝕性能 由于工作條件非常惡劣 對(duì)所用材料有特殊的要求 鎂合金本身化學(xué)性質(zhì)活潑 對(duì)熱作件材料有腐蝕作用 在生產(chǎn) 中又有保護(hù)氣體的腐蝕 另外其工作溫度高 壓射速度快等 對(duì)熱作件材料的高溫性能有 更高的要求 壓鑄鎂合金熔爐熱作件材料的研究成為影響壓鑄鎂合金發(fā)展的重要因素之一 之前我國鎂合金用熱作件材料全部依賴進(jìn)口 價(jià)格昂貴 而且國外廠商對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行嚴(yán) 密封鎖 目前 已由清華 力勁壓鑄高新技術(shù)研究中心成功開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐熱 耐蝕熱作鋼 具有優(yōu)異的高溫耐磨性 經(jīng)過實(shí)用 顯示出很好的使用性能 性能和壽命達(dá) 到并超過國外同類產(chǎn)品的水平 價(jià)格遠(yuǎn)低于國外同類產(chǎn)品 使我國的鎂合金用熱作件材料 生產(chǎn)立足于國內(nèi) 對(duì)我國鎂合金產(chǎn)品的發(fā)展有著重要意義 鎂錠在加入熔爐以前 一定要預(yù)熱到 150 以上 以去除鎂錠中的水氣 以免加入熔 爐時(shí)引起爆炸的危險(xiǎn) 鎂錠預(yù)熱以后加入還可以避免引起鎂液溫度大的波動(dòng) 增加熔化爐 的熔化效率 因此 鎂合金熔爐要配置保溫爐式自動(dòng)預(yù)熱裝置 還可以連接自動(dòng)喂料裝置 將預(yù)熱后的鎂錠自動(dòng)加入熔爐中 22 4 2 模溫機(jī)模溫機(jī) 在壓鑄生產(chǎn)中維持模具溫度的穩(wěn)定有利于生產(chǎn)節(jié)奏的恒定和獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件 也有利 于延長模具壽命 和鋁合金相比 鎂合金的熱容較小 所以和鋁合金壓鑄中大多數(shù)壓鑄模 常常需要水冷不同 鎂合金的模具常常需要加熱才能滿足正常生產(chǎn) 特別是在生產(chǎn)一些薄 壁件時(shí) 為了加熱模具 有的壓鑄廠常用火槍加熱的辦法 這種方法對(duì)鎂合金是不太適用 的 因?yàn)檫@樣很難使模具的溫度均勻 模具的壽命與會(huì)因?yàn)槭艿竭^冷過熱的沖擊而容易產(chǎn) 生裂紋 而且由于鎂合金的潛熱低 在生產(chǎn)薄壁件時(shí) 為了保持好的充填條件和穩(wěn)定生產(chǎn) 通常要對(duì)模具持續(xù)地加熱以維持模具溫度的平衡 在鎂合金的壓鑄中 最理想的加熱方式 是用模溫機(jī)來對(duì)模具進(jìn)行加熱 模溫機(jī)利用高導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱媒質(zhì) 可以在很短的時(shí)間內(nèi)將熱量傳遞給模具 常用的模 溫機(jī)有兩類 一類為熱水模溫機(jī) 一類為熱油模溫機(jī) 由于水的沸點(diǎn)所限 在密封加熱的 情況下 熱水模溫機(jī)的加熱溫度最高使用溫度也只能達(dá)到 140 160 之間 由于鎂液遇 水會(huì)發(fā)生激烈的反應(yīng)引起爆炸 高壓冷卻水在模具內(nèi)泄漏有引起爆炸的危險(xiǎn) 而且鎂合金 壓鑄時(shí)模具的溫度通常要保持在 180 280 之間 因此 熱水模溫機(jī)在鎂合金壓鑄中很 少采用 鎂合金壓鑄時(shí)常用的是熱油模溫機(jī) 導(dǎo)熱油的沸點(diǎn)較高 使用溫度也遠(yuǎn)高于水 對(duì)模具的加熱也更均勻恒定 熱油模溫機(jī)的使用溫度可以達(dá)到 300 以上 23 4 3 取件機(jī)械手取件機(jī)械手 取件機(jī)械手又稱自動(dòng)取出機(jī) 當(dāng)壓鑄機(jī)壓鑄完成 開模到位后 通過取件機(jī)械手進(jìn)行 鑄件的自動(dòng)化取出并放置在規(guī)定的位置上 通過取件機(jī)械手與壓鑄機(jī)的聯(lián)機(jī) 可以實(shí)現(xiàn)壓 鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化 減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 減少輔助時(shí)間 維持生產(chǎn)節(jié)拍的穩(wěn)定 并可以 與切邊機(jī)等組合 直接將取出壓鑄件放置在切邊機(jī)上 進(jìn)行切邊等作業(yè) 大大提高生產(chǎn)效 率 取件機(jī)械手常用的有兩種形式 一種是可以稱為工業(yè)機(jī)器人 如下圖所示 這種機(jī)械手的特點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)靈活 活動(dòng)范圍大 可以通過編程來控制機(jī)械手的動(dòng)作 可 以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的動(dòng)作 并可以實(shí)現(xiàn)冷卻 切邊等復(fù)雜動(dòng)作 定位精度高 重復(fù)性好 在 一些機(jī)型上可以實(shí)現(xiàn)取件 噴霧機(jī)械手合而為一 簡化操作 節(jié)省時(shí)間 但價(jià)格也較貴 另外一種機(jī)械手如下圖所示 24 這種取件機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 有如下特點(diǎn) 1 特殊驅(qū)動(dòng)機(jī)械 手臂動(dòng)作平衡 快速 2 手臂旋回 90 機(jī)械體固定于座板側(cè)面 不影響裝拆模具空間 3 夾臂特殊構(gòu)造 取出位置點(diǎn)準(zhǔn)確 夾徑直徑可隨鑄件實(shí)際大小調(diào)整 三點(diǎn)夾爪夾 持穩(wěn)定可靠 經(jīng)久耐用 4 具有防水 防塵 防噴濺設(shè)計(jì) 使用壽命長 5 采用空氣驅(qū)動(dòng) 可作高速運(yùn)轉(zhuǎn) 保養(yǎng)簡便 6 制品取出確認(rèn)檢知數(shù) 可用開關(guān)選擇設(shè)定 4 4 自動(dòng)噴霧機(jī)自動(dòng)噴霧機(jī) 自動(dòng)噴霧機(jī)是借助于壓縮空氣將離型劑 又稱脫模劑 以霧狀方式噴射至壓鑄模型腔的裝置 下 圖為兩種自動(dòng)噴霧機(jī)的外觀圖 它具體有如下特點(diǎn) 1 噴霧量由時(shí)間和流量閥控制 霧化均勻 調(diào)整容易 2 壓鑄型 模 動(dòng)模噴霧量可個(gè)別調(diào)整 3 銅管式設(shè)計(jì) 可自由設(shè)定方向 任何復(fù)雜型 模 具均可使用 4 銅管座更換容易 銅管數(shù)量可隨意增減 5 設(shè)有單獨(dú)吹氣銅管 可吹干殘留離型劑 6 旋回角度為 90o 7 當(dāng)空氣源停止時(shí) 上升限位置可自動(dòng)鎖定 25 尚富工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的自動(dòng)噴霧機(jī)采用的是水性離型劑 使用更安全 自動(dòng)噴霧機(jī)外觀圖 自動(dòng)噴霧機(jī)外觀圖 自動(dòng)噴霧機(jī) SS 系列規(guī)格表 4 54 5 自動(dòng)壓送機(jī)自動(dòng)壓送機(jī) 自動(dòng)壓送機(jī)具有將離型 脫模 劑快速稀釋后自動(dòng)壓送到一臺(tái)或多臺(tái)噴霧機(jī)的功能 其稀釋倍率和壓送 壓力可在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定 如圖所示為尚富工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的自動(dòng)壓送機(jī)外觀圖 它具體有如下 特點(diǎn) 1 全自動(dòng)操作 節(jié)省人力 2 稀釋快速 壓送量大 壓力平穩(wěn) 26 3 稀釋倍率容易設(shè)定 4 壓送壓力 2 5 x105Pa 可自由設(shè)定 5 壓力達(dá)到后立即停機(jī) 節(jié)省能源 壽命長 6 本體采用不銹鋼容器 永不生銹 7 內(nèi)部加裝漏電斷路器 防止漏電危險(xiǎn) 8 離型劑補(bǔ)充警示燈 避免空打 尚富工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的自動(dòng)壓送機(jī)主要規(guī)格如下表所示 自動(dòng)壓送機(jī) 尚富工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的自動(dòng)壓送機(jī)主要規(guī)格 27 5 設(shè)備安全操作 設(shè)備安全操作 5 1 鎂合金壓鑄過程中的安全涉及個(gè)人防護(hù) 熔煉安全 壓鑄安全 作業(yè)者的個(gè)人防 護(hù)是從事鎂合金壓鑄的基本條件 一般情況下 下面的防護(hù)裝備是鎂合金壓鑄人員的基本 保護(hù)用品 1 工作服 2 安全帽 3 防護(hù)面罩 4 隔熱石棉手套 5 防火衣褲 耐熱 700 以上 6 安全鞋 操作人員在進(jìn)行作業(yè)以前 一定要按上述要求穿戴防護(hù)用品 未穿戴防護(hù)用品的人員 不要靠近作業(yè)區(qū)域 不能進(jìn)行操作 5 2 鎂合金的熔煉是生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié) 也是鎂合金壓鑄中安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 爐體最 好有雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 當(dāng)內(nèi)層坩鍋破裂時(shí) 鎂液可流到內(nèi)外層之間的夾層中 同時(shí)報(bào)警停 止加熱 使熔化的鎂液不至流到外面造成危險(xiǎn) 要經(jīng)常檢查爐子有無銹蝕 如有銹蝕應(yīng)及 時(shí)清理 坩鍋使用前必須經(jīng)過煤油滲透及 X 射線檢驗(yàn) 證明沒有缺陷才能使用 坩鍋每半 年至少要吊出爐外全面檢查一次 當(dāng)壁厚為原來一半時(shí) 停止使用 小的孔洞及銹蝕可以 清理后補(bǔ)焊使用 不過一定要經(jīng)過檢查 鎂壓鑄時(shí)熔爐鎂液面隨加料周期少量升降 液面 與坩鍋壁面的交界上方受到高溫鎂液和 SF6 保護(hù)氣體的輪番浸蝕腐蝕 易于發(fā)生腐蝕斑坑 應(yīng)注意定期檢查并及時(shí)清理補(bǔ)焊 操作中還要注意控制好 SF6 的濃度 濃度過高會(huì)使坩鍋 迅速腐蝕 鎂錠在投入熔爐前 一定要預(yù)熱到 150 以上 以便去除濕氣 使用的料勺等工 具 也要預(yù)熱到 150 以上 熔爐旁要備一有蓋的裝渣箱 從熔爐里面舀出來的料渣 要 放到容器內(nèi) 并馬上蓋上密封 熔化現(xiàn)場一般要始終保持有一瓶混和保護(hù)氣 以備突然停 電或其它突發(fā)事件時(shí)急用 5 3 鎂合金壓鑄生產(chǎn)過程中 最重要的是保持現(xiàn)場的干燥 干凈 每次開機(jī)前應(yīng)將模 具預(yù)熱到 150 以上 噴涂時(shí)不要噴涂過多的涂料 以免型腔內(nèi)積水 引起危險(xiǎn) 另外沖 28 頭及模具的冷卻盡量不要用水冷 沖頭的冷卻可用風(fēng)冷 模具的加熱及冷卻一般用耐高溫 油 鎂合金壓鑄沖頭速度也比鋁合金壓鑄的高 為避免飛料傷人 有時(shí)在模具上分型面部 位加裝飛料擋板 壓鑄時(shí)前后安全門一定要關(guān)閉 操作者嚴(yán)禁站在分型面上 生產(chǎn)現(xiàn)場的 廢料必須及時(shí)清理 可以裝在干燥的不燃容器內(nèi) 飛料及粉塵也要及時(shí)清理 從各國鎂壓 鑄工廠以往實(shí)際所發(fā)生的起火事故來看 50 以上均由鎂粉塵 廢料的處理如清理和存放問 題所導(dǎo)致 部分發(fā)生在加工環(huán)節(jié) 在熔煉環(huán)節(jié)產(chǎn)生的事故約占 10 左右 5 4 鎂合金壓鑄車間除和普通壓鑄車間一樣要求通風(fēng)良好外 還對(duì)防火 防水有更嚴(yán)格的 要求 車間建筑要用不可燃材料建成 地板的材料也要不吸水 耐熱 屋頂抽風(fēng)機(jī)不要設(shè) 置在熔化爐的上方附近 以防漏雨 壓鑄現(xiàn)場必須清潔 不允許有任何積水 油污存在 并有良好的通風(fēng) 排氣條件 鎂合金錠要存放在陰涼 干燥 通風(fēng)的庫房中 熔煉現(xiàn)場不 宜存放過多的鎂錠 鎂合金的水口料 廢料也應(yīng)放在不燃的容器內(nèi)單獨(dú)存放 壓鑄機(jī)主機(jī) 及熔爐的電力 燃料 冷卻水 氣體等供給應(yīng)有遠(yuǎn)端控制 以備意外發(fā)生時(shí)可以關(guān)掉 如 果打磨區(qū)設(shè)置在車間內(nèi) 一般要配置濕式吸塵器 車間應(yīng)劃出緊急通道并隨時(shí)保證暢通 用于鎂合金的滅火劑有干沙 覆蓋劑 D 級(jí)滅火器 這些滅火器材應(yīng)放置在醒目的地 方且便于現(xiàn)場緊急使用 干沙及覆蓋劑要存放在容器內(nèi)預(yù)防潮濕 并要經(jīng)常檢查 鎂合金 由于在燃燒時(shí)有耀眼的白光 以及有煙產(chǎn)生 看似可怕 其實(shí)鎂合金的燃燒熱只有汽油的 一半 如果是現(xiàn)場有少量的鎂燃燒 可迅速鏟起 放入集渣箱內(nèi)蓋起 或者轉(zhuǎn)移至空曠地 方 如果鎂液流散或無法鏟起 則迅速灑干沙或覆蓋劑覆蓋 要均勻地灑在燃燒的鎂上 當(dāng)發(fā)現(xiàn)鎂合金爐內(nèi)有白煙時(shí) 可加大保護(hù)氣體 SF6的流量 清理液面的氧化渣 如果仍不 能制止 可投入幾錠預(yù)熱過的鎂錠 以迅速降低鎂液溫度 當(dāng)發(fā)現(xiàn)鎂液面燃燒時(shí) 要迅速 關(guān)閉加熱系統(tǒng) 同時(shí)加大保護(hù)氣體 SF6的流量 并在鎂液表面灑入覆蓋劑 D 級(jí)滅火器非 在必要時(shí)盡量不用 因?yàn)槠鋬r(jià)格昂貴且加壓的氣體容易把火吹散 爐外的鎂合金滅火大多 采用干砂覆蓋撲滅較好 鎂壓鑄時(shí)熔爐坩鍋的腐蝕銹蝕是難以完全避免的 萬一發(fā)生坩鍋破裂泄漏的時(shí)處理方 法如下 當(dāng)發(fā)現(xiàn)坩鍋泄漏時(shí) 要沉著 首先要迅速切斷電源 然后穿戴防護(hù)用具 由泄湯 口的流量判斷泄漏程度 作出不同的處理 如果泄湯口沒有鎂液流出 可立即將覆蓋劑大 量丟入爐中及盛湯皿中 然后用干燥的勺子從爐中舀出一些鎂液 接著放入幾錠預(yù)熱過的 鎂錠 使坩鍋內(nèi)的鎂液盡快凝固 如果流出的鎂液不多 則立即將覆蓋劑大量丟入爐中及 盛湯皿中 在盛湯皿尚未滿之前盡快用勺子將爐內(nèi)的鎂液舀出一部份 然后連續(xù)丟入鎂錠 29 使鎂液快速凝固 如果流出的鎂量大 這時(shí)要立刻打開爐蓋丟入大量覆蓋劑及鎂錠 同時(shí) 盛湯皿中也要放入大量覆蓋劑 接著離開現(xiàn)場 從遠(yuǎn)處觀察動(dòng)靜 不過象這樣的事故很少 發(fā)生 關(guān)鍵是要平時(shí)按規(guī)定做好熔爐的定期的檢查及維護(hù) 確保防患于未然 鎂合金壓鑄比鋅 鋁合金潛在的危險(xiǎn)大些 但只要按照正確的操作規(guī)范作業(yè) 安全問 題就不是影響鎂合金壓鑄發(fā)展的關(guān)鍵 鎂合金壓鑄生產(chǎn)中的安全要點(diǎn)是保持現(xiàn)場的干燥 干凈 嚴(yán)格按照正確的操作規(guī)范作業(yè)并妥善處理壓鑄及后加工產(chǎn)生的粉塵 切屑 廢料等 使現(xiàn)場作業(yè)人員受到良好安全作業(yè)訓(xùn)練 并切記不可用水及普通滅火器來撲滅鎂合金起火 7 7 劣質(zhì)鎂合金壓鑄設(shè)備危害劣質(zhì)鎂合金壓鑄設(shè)備危害 鎂合金壓鑄由于鎂合金的性質(zhì)活潑 易燃易爆 對(duì)設(shè)備的要求也較高 劣質(zhì)的設(shè)備存在 著潛在的危險(xiǎn) 壓鑄作業(yè)需將熔化的鎂液以 70 100 米 秒的速度 澆口處 射入模腔成型 由于熔化 的鎂液易燃易爆 遇氧氣劇烈燃燒 遇水爆炸 遇鐵銹 含水份的混凝士 含硅的耐火材 料等均會(huì)起劇烈的反應(yīng) 且火災(zāi)時(shí)難以撲滅 火災(zāi)一大不能撲救 故對(duì)其壓鑄成套裝備的 性能 可靠性 安全性要求極高 劣質(zhì)的設(shè)備是極易造成災(zāi)害事故的 在摸索應(yīng)用的過程 中 國內(nèi)外均發(fā)生過很多因設(shè)備問題造成的重大安全事故 舉例如下 1998 年 12 月 日本兵庫縣一壓鑄工場發(fā)生鎂熔爐坩堝破裂泄漏事故 大量鎂液流出 到機(jī)器床身和地面 繼而發(fā)生大火 工場全部燒毀 多人傷亡 1999 年 3 月 日本三重縣一工場發(fā)生熔融鎂液泄漏起火事故 鎂液由坩堝腐蝕孔中流 出 與爐內(nèi)隔熱耐火材料反應(yīng)起火 車間燒毀 1996 年至 2001 年間 陜西西北林機(jī)廠采用老式普通冷室壓鑄機(jī)和土法簡易熔爐生產(chǎn) 鎂合金殼體 多次發(fā)生重大安全事故 一次高溫鎂液射入模腔時(shí)突發(fā)爆炸 炸開鎖模機(jī)構(gòu) 火球沖出 使當(dāng)時(shí)正在現(xiàn)場的該廠總工藝師等人受傷