0945561234張磊壓力鑄造的發(fā)展?fàn)顩r與展望匯總

1、壓力鑄造的發(fā)展?fàn)顩r與展望0945561234 張磊摘要：鑄造業(yè)有幾千年的歷史，但是壓力鑄造業(yè)的歷史并不長，。本文分析了壓鑄的特點(diǎn)以及我國壓鑄業(yè)的成績和不足，并展望了壓鑄業(yè)的前景。關(guān)鍵詞：壓力鑄造；壓鑄工藝；壓鑄合金；Al- Si 合金;壓鑄機(jī)壓力鑄造是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種先進(jìn)的鑄造方法。液態(tài)金屬在高速高壓作用下射緊鎖的模具型腔內(nèi)并保壓、結(jié)晶直至凝固，形成半成品或成品。它所獲得的鑄件尺寸精度高，機(jī)械性能好，是一種生產(chǎn)效率高的精密成形工 H-P乙【1】o1. 壓力鑄造技術(shù)的特點(diǎn)在壓力鑄造中，一般作用于原料上的壓力在 20-200 MPa 范圍，充型的初始速 度為15-70 m/ s,充

2、型時間僅為 0. 01-0. 20 s 。正是由于這種特殊充型方式及凝 固方式，導(dǎo)致壓力鑄造具有自身獨(dú)特的一些特點(diǎn)：1可以得到薄壁、形狀復(fù)雜但輪廓清晰的鑄件。2鑄件精度高、尺寸穩(wěn)定、加工余量少、表面光潔，加工余量一般在 0. 20. 5 mm 范圍，表面粗糙度在 R a3. 2 Lm 以下。3鑄件組織致密、具有較好的力學(xué)性能。4生產(chǎn)效率高。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短，一次操作的循環(huán)時間約 5 s 3 min, 這種方法適于大批量的生產(chǎn)。5壓力鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝【刃。2. 壓力鑄造工藝在壓鑄技術(shù)發(fā)展初期，一方面期望盡快掌握壓鑄工藝的基本知識，以便能在 生產(chǎn)中保證鑄件質(zhì)量，另一

3、方面則存在著熱衷于開發(fā)壓鑄新工藝的傾向。 各種壓 鑄新工藝有其不同的特點(diǎn)，只有在特定的條件下才能發(fā)揮效能。2.1 真空壓鑄真空壓鑄是利用輔助設(shè)備將壓鑄型腔內(nèi)的空氣抽出且形成真空狀態(tài)下將金屬 液壓鑄成形的方法。真空壓鑄的特點(diǎn)：6真空壓鑄可消除或減少壓鑄件內(nèi)部的氣孔，提高鑄件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量 改善鑄件的鍍覆性能。2）真空壓鑄時大大地減少了型腔的反壓力。 可使用較低的比壓及鑄造性能較差 的合金，甚至可用小機(jī)器壓鑄較大和較薄的鑄件。加氧壓鑄加氧壓鑄是在鋁合金液充填型腔前，用氧氣充填壓室和型腔而取代其中的空 氣及其它氣體。當(dāng)金屬液充填時，氧氣一方面通過排氣槽排出，另一方面由噴射 的鋁液與沒有排出的氧

4、氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氧化鋁微粒，分散在壓鑄件內(nèi)部，使壓鑄件內(nèi)不產(chǎn)生氣孔。加氧壓鑄的特點(diǎn)：1）消除或減少氣孔，提高了鑄件質(zhì)量。其中提高機(jī)械強(qiáng)度達(dá) 10%,延伸率為 1.5-2倍。因壓鑄件內(nèi)無氣孔，可經(jīng)熱處理從而使強(qiáng)度進(jìn)一步提高，屈服極限增 加，沖擊性能也顯著提高。2） 壓鑄件可在 290e-300e 的環(huán)境中工作。3） 加氧壓鑄與真空壓鑄相比，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資少。2.3 半固態(tài)壓鑄半固態(tài)壓鑄是當(dāng)液態(tài)金屬在凝固時，進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌，并在一定的冷卻速率 下獲得約 50%甚至更高的固體組分的漿料，用這種漿料進(jìn)行壓鑄。通常有兩種方 法：一種是將上述半固態(tài)的金屬漿料直接壓射到型腔里形成鑄件，稱為流變

5、鑄 造法；第二種是將半固態(tài)漿料預(yù)先制成一定大小的錠塊。需要時再重新加熱到半 固態(tài)溫度，然后送入壓室進(jìn)行壓鑄，稱為攪溶鑄造法。半固態(tài)壓鑄與全液態(tài)金屬 壓鑄相比有如下優(yōu)點(diǎn)：1） 由于降低了澆注溫度，而且半固態(tài)金屬在攪拌時已有 50%的熔化潛熱散失悼，所以大大減少了對壓室、壓鑄型腔和壓鑄機(jī)組成部件的熱沖擊.2） 由于半固態(tài)金屬粘度比全液態(tài)金屬大，內(nèi)澆口處流速低，因而充填時少噴 濺，無湍流，卷入的空氣少；由于半固態(tài)收縮小，所以鑄件不易出現(xiàn)疏松、縮孔, 故提高了鑄件質(zhì)量。3）半固態(tài)金屬像軟固體一樣輸送到壓室，操作簡單方便。半固態(tài)壓鑄的出現(xiàn)，為解決黑色金屬壓鑄模壽命低的問題指出了新途徑，而且對提高鑄件質(zhì)量

6、、改善 壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)的工作條件，都有一定的作用。2.4 固態(tài)壓鑄固態(tài)壓鑄是以粉狀或粒狀的固態(tài)金屬加入壓室進(jìn)行壓鑄的。固態(tài)壓鑄壓射進(jìn)入模具型腔的同樣也是半固態(tài)漿液，但與半固態(tài)壓鑄的區(qū)別就在于加入壓室的是固 態(tài)金屬，而生成漿液的一系列工序都在壓室內(nèi)完成，直到壓射產(chǎn)生觸變而壓鑄成形為止。固態(tài)壓鑄所用的壓鑄機(jī)最大的區(qū)別和特點(diǎn)就是壓室的結(jié)構(gòu)和工作原 理。然而，這種新的工藝方法也存在不少問題和困難需要解決。2.5 精、速、密壓鑄精、速、密壓鑄（雙壓射沖頭）時采用一種由兩個套在一起的內(nèi)外壓射沖頭。 在開始壓射時，兩個壓射沖頭同時前進(jìn)；當(dāng)充填完畢，型腔達(dá)到一定壓力后，限時開關(guān)啟動，內(nèi)壓射沖頭繼續(xù)前進(jìn)，補(bǔ)充壓

7、實(shí)鑄件。這種方法的基本持征是：1） 內(nèi)澆口較厚,一般為 3mm 5mm;2） 充填速度較低,一般為 4 m / s 6m / s;3）壓鑄后用內(nèi)壓射沖頭補(bǔ)充加壓。此時比壓是 3 500 kN 100 000 kN, 內(nèi)壓 射沖頭的行程為 50mm 150mm;4）控制壓鑄件的凝固。充填時，讓液態(tài)金屬平穩(wěn)地充填型腔，使金屬液在型 腔內(nèi)由遠(yuǎn)至近地起到充實(shí)的作用。3.壓鑄合金20 世紀(jì) 50 年代初期我國即開始了壓鑄鋅合金方面的工作，不僅建立了壓鑄鋅合金體系，而且對鋅合金老化行為進(jìn)行了研究。受到當(dāng)時國際上對鋅合金老化問題研究熱的影響，我國曾用過多的精力關(guān)注鋅合金的老化行為，忽視了開發(fā)新型壓鑄鋅合金的

8、工作。但自 20 世紀(jì) 70 年代末期開始，我國已開展了高鋁鋅 基合金的開發(fā)工作，并開發(fā)出了 5-6 個含鋁量在 8%-45%范圍內(nèi)的高鋁鋅基合金 牌號，它們具有價格低、密度低、強(qiáng)度高（400MPa）等優(yōu)點(diǎn)，并具有與青銅相似 的耐磨性能，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，取得了良好效果。壓鑄鋁合金在國內(nèi)受到更多的重視和關(guān)注大約是在 20 世紀(jì) 70 年代末期。 在此 之前，我國的壓鑄鋁合金主要是參照采用蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)數(shù)據(jù)和規(guī)定。僅在 1982年頒布了 JB3068-3072-82 （有色壓鑄合金技術(shù)條件）標(biāo)準(zhǔn)以后，我國的壓鑄鋁 合金才在牌號設(shè)置、標(biāo)識方法、成分與性能等方面，達(dá)到了國際水平。20 世紀(jì)90 年代初期，

9、隨著生產(chǎn)形勢的發(fā)展，在制定鋁合金國家標(biāo)準(zhǔn)時，決定把國外先 進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)中的 AISi11Cu3 （ ADC12,383） 和 AISi17Cu5Mg （ ADC14, 390） 兩種鋁合金納入我國國家標(biāo)準(zhǔn)之中壓鑄銅合金在國內(nèi)用量較少,在國家標(biāo)準(zhǔn)中（GB/ T15116-94 ） 選用了 CuZn40PbCuZn16Si4 CuZn30AI3 和 CuZn35AI2Mn2Fe 四種牌號的銅合金。把含 錳黃銅CuZn35AI2Mn2Fe 引入標(biāo)準(zhǔn),是考慮到它在汽車壓鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用。鎂合金壓鑄件產(chǎn)量較少，只選入一種鎂合金納入標(biāo)準(zhǔn)。迄今，它只有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.1 鋁合金壓力鑄造鋁合金壓力鑄造是在壓鑄機(jī)的壓室

10、內(nèi)， 澆入液態(tài)或半固態(tài)的鋁合金，使它在高 壓和高速下充填型腔，并且在高壓下成型和結(jié)晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。鋁 合金壓力鑄造的主要特點(diǎn)在于：（1）生產(chǎn)效率高。（2）鑄件精度高，性能好。（3）鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝。鑲鑄的材料可為鋼、鑄鐵、銅、絕緣材料等，制備出有特殊要求的鑄件。（4）由于充型速度快，空氣難以排出，容易被壓碎為細(xì)密的氣泡殘留在鑄件內(nèi)， 氣泡過大則鑄件不能熱處理，甚至報廢。3.2鑄造 Al- Si 合金鑄造 Al- Si 合金作為鑄造鋁合金材料的重要組成部分，因其具有容重小、強(qiáng)度 高、鑄造成形好和機(jī)械加工性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用到航空航 天、汽

11、車及其它運(yùn)載機(jī)械上。由于鑄造鋁硅合金性能與合金組織中a- Al、共晶和/或初晶 Si 等的形態(tài)、大小及分布密切相關(guān)，改善這些因素對于提高合金的使 用性能具有十分重要的作用。已有研究表明；在鑄造 A l- Si 合金成形過程中施 加壓力會影響合金的形核生長過程，從而使合金的組織得到細(xì)化，綜合性能得到4.我國壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀我國已建立了自己的壓鑄技術(shù)隊伍，培養(yǎng)出一批具有相當(dāng)水平的壓鑄技術(shù)人才已有能力在壓鑄技術(shù)與生產(chǎn)領(lǐng)域的各個方面進(jìn)行開拓性的工作。 迄今，壓鑄技術(shù) 已經(jīng)在我國形成了自己的體系，并正在穩(wěn)步發(fā)展之中。然而同國外壓力鑄造相比 我國壓力鑄造仍然存在很多不足，主要表現(xiàn)在以下方面：一國外壓射系統(tǒng)

12、始終在不斷地改進(jìn)，平均 5a 8a 就有一次重大改進(jìn)。而我國壓射部分的所有壓射參數(shù)的調(diào)節(jié)均為人工手動，無參數(shù)顯示系統(tǒng)配套，給壓鑄工藝規(guī)范的實(shí)施造成困難，因而壓鑄件的質(zhì)量無法保證，也難以實(shí)現(xiàn)自動化。二合模部分一般采用曲軸機(jī)械擴(kuò)力結(jié)構(gòu)，其擴(kuò)力系數(shù)只有 18 左右，而國外 高達(dá)20 多，這在合型力相同時，合型油缸比國外壓鑄機(jī)大四分之一以上，增加 了能量的消耗，也增加了原材料和加工成本。而且合型部分的一些關(guān)鍵零部件至 今未完全過關(guān)，直接影響到機(jī)器的正常工作。三液壓系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)壓鑄機(jī)的自動控制。而國外有名的壓鑄機(jī)公司在這方 面早已普遍應(yīng)用。四生產(chǎn)率低。五我國在壓鑄模的設(shè)計和制造方面，進(jìn)展較為緩慢。在壓鑄

13、模設(shè)計中，目 前仍主要依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn) 。5.1 我國鑄造發(fā)展需采取的措施加入 WTO 以后,我國的壓鑄業(yè)面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇和強(qiáng)有力的國際競爭。 面 對這樣的形勢，我國壓鑄業(yè)別無選擇，只有在現(xiàn)有基礎(chǔ)上努力提高技術(shù)水平，確保壓鑄件質(zhì)量、擴(kuò)展壓鑄件品種才能在競爭中獲得發(fā)展。為此應(yīng)考慮在下述幾個方面開展工作。提高壓鑄件質(zhì)量，增加壓鑄件品種，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，增加壓鑄件產(chǎn)量。開展大型鋁合金壓鑄件全套生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)，包括大型壓鑄型的設(shè)計和 制造、壓鑄工藝、質(zhì)量控制、壓鑄件后處理及自動化等。加強(qiáng)壓鑄件質(zhì)量檢測技術(shù)的開發(fā)。開展壓鑄基礎(chǔ)工藝研究，對壓鑄過程中金屬液流向和傳熱問題進(jìn)行探討。消化吸收引進(jìn)技術(shù)，首先

14、從壓鑄設(shè)備入手，穩(wěn)定小型壓鑄機(jī)的質(zhì)量，提高 大型壓鑄機(jī)的性能和輔機(jī)配套問題。對壓鑄用脫型劑、潤滑劑、鑄型用材、型溫控制裝置、壓鑄機(jī)不燃油等，開 展邊緣技術(shù)的研究。在壓鑄技術(shù)中應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)。5. 展望完善壓鑄標(biāo)準(zhǔn)化工作，在完成壓鑄合金、壓鑄件、壓鑄機(jī)及壓鑄型基本構(gòu) 件的國家標(biāo)準(zhǔn)制定工作后，制定與之配套的其他項目的國家標(biāo)準(zhǔn)。9）建立國家級的壓鑄試驗(yàn)研究工程中心、信息中心與培訓(xùn)中心。10） 加強(qiáng)行業(yè)活動,擴(kuò)大國際交流與合作。此外,在我國于 2001 年 12 月成 為 WT成員后，我國的壓鑄行業(yè)與其他行業(yè)一樣，面臨著與國際接軌的問題，需 要從觀念上去適應(yīng)國際競爭的通用規(guī)則。我國壓力鑄造的研發(fā)方向面

15、對目前和將來的形勢，我國壓鑄業(yè)別無選擇，只有在現(xiàn)有基礎(chǔ)上努力提高 技術(shù)水平，加快技術(shù)進(jìn)步，培養(yǎng)核心競爭實(shí)力，確保壓鑄件質(zhì)量，擴(kuò)展壓鑄件 品種,追求高效率和高效益，才能在競爭中獲得發(fā)展。深化壓鑄基礎(chǔ)工藝的研究影響壓鑄件質(zhì)量的因素是多方面的，其中最為主要的是充型條件，鑄件中的 氣孔、尺寸精度及表面質(zhì)量等，均與充型條件有密切關(guān)系。充型過程中可變因素 復(fù)雜多樣，從總體上可以劃分為靜態(tài)的、人為的和動態(tài)的 3 個類別。靜態(tài)方面包 括：壓鑄機(jī)本身的性能、鑄件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、儲能器壓力及增壓壓力。屬于人 為的有：閥、定時開關(guān)、行程開關(guān)、金屬液的溫度及液壓油的粘度等。動態(tài)方面 的可變因素眾多，也是最難以控制的，

16、壓室中的金屬量、沖頭運(yùn)行時所受的阻 力、模具溫度以及采用真空壓鑄時的負(fù)壓曲線等，都會對施加于金屬液上的壓力 和沖頭的速度產(chǎn)生巨大的影響，而這兩方面又是影響充型條件最為重要的參數(shù)。影響壓鑄件質(zhì)量的因素還有壓鑄模，壓鑄模是直接影響所生產(chǎn)的壓鑄件質(zhì)量 的不可缺少的壓鑄工藝裝備。消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備就目前而言，我國壓鑄產(chǎn)業(yè)整體水平比國外先進(jìn)水平確實(shí)還有一段差距，現(xiàn)在是改革與開放的時代，我們應(yīng)取人所長，大膽研究和引進(jìn)國外的新型壓鑄機(jī)。 如美國螺旋擠壓壓鑄機(jī)（為壓鑄鎂合金推出的新型壓鑄機(jī)）。該機(jī)的突出特點(diǎn)是 直接使用冷金屬粒，金屬粒進(jìn)入型腔前經(jīng)過壓鑄機(jī)機(jī)內(nèi)的加熱環(huán)升溫，加熱環(huán)溫度為 1 000 e

17、,鎂合金粒度有兩種,螺旋桿的作用是使金屬粒 1）球化;2）產(chǎn) 生切變應(yīng)力；3）升溫；同時低速擠壓。這種工藝過程是以半固態(tài)壓鑄法的原理 為基礎(chǔ)的，所生產(chǎn)的壓鑄件氣孔少。國外采用能輸出 25 MPa 液壓油的儲能器作 為壓射和增壓系統(tǒng)的動力，使合金液在每個階段都能按設(shè)定的充型速度填充型 腔。由于高的能量足以克服充型過程產(chǎn)生的局部阻力，所以具備高能充型系統(tǒng)的 壓鑄機(jī)可以生產(chǎn)復(fù)雜程度更高、壁更薄且綜合性能更好的零件。研究高新技術(shù)特別是計算機(jī)技術(shù)在壓鑄中的應(yīng)用壓鑄件的質(zhì)量在很大程度上取決于壓鑄機(jī)壓射性能的優(yōu)劣?，F(xiàn)代化的壓鑄機(jī)在壓射控制方面對沖頭速度和壓力曲線能夠做到精確編程，但是每一次壓射過程都會與事先

18、所設(shè)定的曲線產(chǎn)生無法避免的偏差，在壓射過程中及時去修正這些 偏差，糾正壓射中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，并在極為短暫的時間內(nèi)將其轉(zhuǎn)換成修正后的數(shù) 據(jù)，回到原來所設(shè)定的最小偏差范圍之內(nèi)，這就是實(shí)時壓射控制。要嚴(yán)格地掌握 壓射中參數(shù)變化的規(guī)律，使其始終處于恒定狀態(tài)，必須研究計算機(jī)在壓鑄中的 應(yīng)用。我國壓鑄應(yīng)模擬研究充填過程，從而分析出射出速度、高速切換位置、射 出壓力、模具溫度等因素的影響，這些研究結(jié)論對壓鑄生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意 義。模擬研究充填過程必須研究計算機(jī)在壓鑄中的應(yīng)用。模擬技術(shù)是確定和優(yōu)化充型工藝的有效方法，從而達(dá)到充型平穩(wěn)，保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量的目的。模擬技術(shù) 也是計算機(jī)在壓鑄中的應(yīng)用。利用 CAD 進(jìn)行

19、壓鑄工藝設(shè)計，也是計算機(jī)在壓鑄上 的重要應(yīng)用之一，它可以提高設(shè)計速度和設(shè)計精度。由此可見，計算機(jī)在壓鑄中 的應(yīng)用無疑是提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家所生產(chǎn)的許多壓鑄機(jī)好多都實(shí)現(xiàn)了 CNC 化，在我國，雖 然成型設(shè)備機(jī)電一體化的步伐也越來越快，已遍及成型設(shè)備的各個門類，而且開 始重視對FMS 的研究和開發(fā)，但發(fā)展速度還相對落后，研究水平也比較差一些，我國應(yīng)充分重視高新技術(shù)特別是計算機(jī)技術(shù)在壓鑄產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。加強(qiáng)對壓鑄用模具、脫型劑、潤滑劑等的研究脫型劑不僅關(guān)系到鑄件能否從型腔中順利脫出，而且對生產(chǎn)節(jié)奏、鑄件表面與 內(nèi)部質(zhì)量皆有很大影響。美國在 20 世紀(jì) 60 年代初開展了水基脫

20、型劑的研究，很 快就引起全世界壓鑄同行的關(guān)注。中國的壓鑄工作者也于 20 世紀(jì) 70 年代開始注 意到壓鑄脫型劑的問題，并在 80 年代初開始了水基脫型劑的研制工作。壓鑄模具設(shè)計制造是衡量壓鑄技術(shù)水平的標(biāo)志之一，這方面一直是我國壓鑄 業(yè)的弱項。重視對鎂合金的研究開發(fā)壓力鑄造是鎂合金最主要的成形工藝，而壓鑄機(jī)作為壓鑄生產(chǎn)過程中提供能 源的最基本設(shè)備，則是實(shí)現(xiàn)高壓、高速的壓鑄特點(diǎn)并獲得優(yōu)良壓鑄件的前提和基 礎(chǔ)。隨著鎂合金壓鑄生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對壓鑄機(jī)的要求也不斷提高?，F(xiàn)代壓鑄機(jī) 的發(fā)展十分迅速，大型、實(shí)時壓射、閉環(huán)回路系統(tǒng)、新工藝裝置（如真空裝置、 充氧裝置）、柔性系統(tǒng)以及全自動化的壓鑄機(jī)相繼問世和

21、定型生產(chǎn)。 綜合考慮鎂 合金的壓鑄特性和壓鑄件的具體結(jié)構(gòu)，科學(xué)、合理地選用適用的壓鑄機(jī)，對于最 終獲得高質(zhì)量的鎂合金壓鑄件至關(guān)重要。6.結(jié)束語目前我國壓鑄產(chǎn)業(yè)正處于一個非常關(guān)鍵的時期，如果我們能夠認(rèn)清形勢，把 握機(jī)遇，加大國內(nèi)外技術(shù)的合作與交流，促進(jìn)鑄造行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、提高鑄造產(chǎn)品 質(zhì)量，就一定會趕上國外先進(jìn)水平，在競爭中獲得巨大發(fā)展。參考文獻(xiàn)c3050-Numbered_e070f6f2-243c-4720-8608-798cce25d41d-Numb 周健波，田福祥，我國壓力鑄造技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展青島理工大學(xué)，山東青島 266033c3050-Numbered_e070f6f2-243c-47

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