壓鑄工藝新發(fā)展

1、壓鑄工藝新發(fā)展方向班級(jí):模具091 姓名:焦慶超 學(xué)號(hào):091009102壓力鑄造自本世紀(jì)40年代問世以來，作為一種金屬零件接近最后形狀尺寸的精 密加工工藝，其發(fā)展方興未艾。在壓鑄設(shè)備及其控制、壓鑄工藝及壓鑄合金等方面不斷 取得新的進(jìn)展。同時(shí)市場(chǎng)需要大量生產(chǎn)復(fù)雜薄壁和美觀的金屬零件，滿足當(dāng)今汽車工業(yè)、 電子通訊和家用電器、玩具等產(chǎn)業(yè)對(duì)壓鑄件越來越高的要求。但由于壓鑄件一些固有的 問題未得到徹底解決，合金的潛能未得到充分發(fā)揮。壓鑄業(yè)還面臨進(jìn)一步提高技術(shù)和管 理水平以保證鑄件的高質(zhì)量和低成本的任務(wù)。當(dāng)前廣東省乃至全國的壓鑄業(yè)，離國際先進(jìn)水平尚有很大差距。自改革開放以來， 從香港遷入廣東的與壓鑄有關(guān)

2、的企業(yè)有幾百家。所以，近十多年來，廣東壓鑄業(yè)得到飛 速的發(fā)展1。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全省有一定規(guī)模的壓鑄廠家超過600家，年產(chǎn)壓鑄件3 0005 000 t的廠家有8家以上，1 0003 000 t的廠家有10多家，5001 000 t的 有幾十家。年產(chǎn)鋅合金壓鑄件接近10萬t，鋁合金壓鑄件約4萬t。全省擁有壓鑄機(jī)約 2 000多臺(tái)，最大的是21 000 kN合模力的意大利壓鑄機(jī)。全省有壓鑄機(jī)制造廠7家， 壓鑄周邊設(shè)備生產(chǎn)廠有10多家。年產(chǎn)壓鑄機(jī)約600臺(tái)，絕大部分為熱室機(jī)。主要存在 下述幾個(gè)問題：壓鑄設(shè)備以小型為主，控制系統(tǒng)都比較落后；壓鑄件以鋅合金為主，多 為家電、玩具等非受力零件，汽車、摩托車

3、等零件比重還比較少；模具制造是個(gè)薄弱環(huán) 節(jié)，模具廠家不少，但多是小規(guī)模的，設(shè)備比較落后，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，只有個(gè)別模具廠開 始實(shí)施CAD/CAM技術(shù)。要使我國的壓鑄行業(yè)達(dá)到世界先進(jìn)水平，還有一段相當(dāng)長(zhǎng)的路 要走。必須推行壓鑄技術(shù)創(chuàng)新工程；開發(fā)新的壓射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；提高壓鑄件的內(nèi)在 質(zhì)量；發(fā)展新的壓鑄技術(shù)；研究新的壓鑄合金材料；實(shí)行現(xiàn)代化管理發(fā)展.一、新的壓鑄技術(shù)1、真空壓鑄對(duì)于真空壓鑄其基本原理是在液態(tài)金屬充型之前將型腔的氣體抽空或部分。低型腔 中的氣壓，以利于充型和金屬液中氣體的排除，使金屬夜作在壓力的作用下充填型腔。 這種壓鑄方法可以大大降低氣孔率提高鑄件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量，改善壓鑄件的鍍覆

4、 性能。而且硬度高，微觀組織細(xì)小。真空壓鑄時(shí)大大減小了型腔的反壓力。但其也有一 定的缺點(diǎn)，制造及安裝困難，成本較高，而且難以控制。其技術(shù)的關(guān)鍵在于能保證壓鑄 模型腔內(nèi)的真空度，因此必須先設(shè)計(jì)好抽真空系統(tǒng)。2、充氧壓鑄由于壓鑄件中的氣孔主要是氮?dú)夂蜌錃猓瑤缀鯖]有氧氣，主要是氧氣于活性金屬 發(fā)生反應(yīng)，生成了固體氧化物，這也是充氧壓鑄的理論基礎(chǔ)。所以充氧壓鑄前是將氧氣 充入模具型腔，取代其中的空氣。當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔時(shí)，一部分氧氣從排氣槽排出，殘 留的氧氣與金屬液發(fā)生反應(yīng)，生成彌散狀的氧化物顆粒，在鑄型內(nèi)形成瞬間真空，從而 形成無氣孔的壓鑄件。它的特點(diǎn)是消除和減少氣孔，提高壓鑄件質(zhì)量，可以在高溫環(huán)境

5、中工作，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，投資少。由于充氧壓鑄需要附加充氧控制裝置，且耗氧量大，增大壓鑄循環(huán)時(shí)間，導(dǎo)致其 成本提高，但其具有優(yōu)越的性能指標(biāo)，對(duì)于那些需要熱處理或組焊，要求氣密性高和在 就較高溫度下使用的鑄件，充氧壓鑄具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，是一種有發(fā)展前途的壓 鑄工藝方法。但是在充氧壓鑄的過程中，型腔內(nèi)的真空是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，為保證其 安全性，應(yīng)嚴(yán)格控制充氧量，降低型腔壓力，使其與充氧壓力相匹配。3、精速密壓鑄精密速壓鑄其實(shí)是精密，密匙快速壓鑄的總稱，又稱雙壓射沖頭鑄件。在開始?jí)荷鋾r(shí)， 兩個(gè)壓射沖頭同時(shí)俱進(jìn)，當(dāng)充填完畢，型腔達(dá)到一定壓力后，限時(shí)開關(guān)啟動(dòng)，內(nèi)壓射沖 頭繼續(xù)前進(jìn)，補(bǔ)充壓實(shí)鑄

6、件。其特點(diǎn)如下，內(nèi)澆口較厚，一般與壓鑄件厚度相當(dāng)，充填 速度較低，可以消除金屬液在流動(dòng)中產(chǎn)生的渦流和噴濺現(xiàn)象，保證以層流形式充填型腔。4、半固態(tài)壓鑄半固態(tài)合金同全液態(tài)和全固態(tài)合金相比，其物理性能有兩個(gè)特點(diǎn)。一是這種半固態(tài) 合金的固態(tài)組分超過50%之后，隨著固態(tài)組分的增加，其粘度急劇增加。而對(duì)未經(jīng)攪拌 的合金來說，固態(tài)組分超過15%左右之后，其粘度就隨固態(tài)組分的增加而急劇增加。二 是這種受激烈攪拌的合金具有攪溶性。正是由于這種受激烈攪拌的半固態(tài)合金具有這種特殊的物理性能，所以它的鑄造性 能優(yōu)良，在固態(tài)組分比較高的情況下，它的流動(dòng)性還相當(dāng)好，比起全液態(tài)合金并沒有嚴(yán) 重下降。另外，補(bǔ)縮性能也比較好，

7、一方面其本身收縮量已減少，另一方面還可通過液 -固兩相同時(shí)流動(dòng)而補(bǔ)縮。又由于這種合金具有攪溶性，因此用于成型時(shí)受到很大剪切 作用的壓鑄和擠壓工藝是比較合適的。比起全液態(tài)合金，半固態(tài)壓鑄更有其獨(dú)特之處。5、新的噴涂技術(shù)脫模劑的噴涂與壓鑄件質(zhì)量關(guān)系很大。脫模劑從噴射裝置噴出時(shí)如果是非霧化的或 非均勻分散的，凝聚的液體要求更長(zhǎng)時(shí)間的汽化，當(dāng)這一過程未完成就合模并強(qiáng)行將金 屬液壓入，將加速潤(rùn)滑劑的汽化和形成更高的蒸氣壓，這往往是造成鑄件疏松的根源。水基涂料對(duì)工藝要求很高。對(duì)模溫有嚴(yán)格要求，有一個(gè)“潤(rùn)濕溫度”。模溫低于此限， 涂料才能成膜。成分不同，“潤(rùn)濕溫度”不同。涂料膜的厚度也要嚴(yán)格控制，太厚時(shí)冷卻

8、 慢，容易形成氣孔，鑄件表面也易起皺；太薄時(shí)易裂，鑄件表面起痕跡。水基涂料噴涂 時(shí)冒煙，不利于環(huán)保。二、發(fā)展新的壓鑄合金材料1、金屬基復(fù)合材料(MMCs)鋅鋁合金基復(fù)合材料用于耐磨減摩材料有很好的前景10。以ZA-27合金為基體， 在熔融狀態(tài)下與石墨復(fù)合成均勻漿料，經(jīng)擠壓鑄造成型。微觀結(jié)構(gòu)表明，金屬-石墨界 面結(jié)合良好，石墨分布均勻。這種材料在石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%時(shí)的承載能力比青銅 ZQSn6-6-3的高。線膨脹系數(shù)下降10%以上。減摩性、耐磨性和相對(duì)抗咬合性都遠(yuǎn)比 基體合金ZA-27的好。2、壓鑄鎂合金鎂合金被譽(yù)為90年代以后的金屬11, 12,近年來發(fā)展很快。預(yù)計(jì)到2006年北 美產(chǎn)量將增

9、加3倍。汽車工業(yè)是鎂壓鑄件的最大用戶，市場(chǎng)占有率為80%左右。目標(biāo) 是進(jìn)一步減輕汽車重量。美國通用汽車公司用壓鑄生產(chǎn)鎂合金汽車輪轂。日本輕金屬（株） 用充氧壓鑄生產(chǎn)的鎂合金輪轂比鋁輪轂輕15%。估計(jì)到2000年，象缸體、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、 車頂板、門框、后艙蓋板、車輪等都將用鎂合金來壓鑄。3、高鋁鋅基合金（ZA） 13高鋁鋅基合金的抗拉強(qiáng)度比鋁合金380約高20%35%，比鎂合金AZ91高50% 70%。壓鑄 ZA-8 的抗拉強(qiáng)度約為 394 MPa,ZA12 為 422 MPa,ZA27 為 450 MPa。 最新研究表明，薄壁壓鑄件的強(qiáng)度值比上述的還要高。所以ZA27壓鑄件的比強(qiáng)度接 近380合金

10、。在汽車工業(yè)有很大競(jìng)爭(zhēng)力。ZA合金特別是ZA27具有很高的耐磨性能，優(yōu)于傳統(tǒng)的耐磨合金材料錫青銅和 鋁青銅。其壓鑄件可以用于越野車絞盤的傳動(dòng)裝置和其他零件。三、新的技術(shù)1、快速原型制造技術(shù)所謂快速原型制造技術(shù)，簡(jiǎn)單地說就是將要制作的零件的三維CAD數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī) 上作出水平環(huán)切的數(shù)據(jù)資料，用激光按這些數(shù)據(jù)資料對(duì)模型材料（如光硬化性樹脂）進(jìn)行 逐層掃描和固化，掃描完了，層疊起來的最終產(chǎn)物就是所要求的模型?？焖僭椭圃旆ǎ缌Ⅲw印刷（Stereolitho graphy）和分層實(shí)體制造（LaminatedObject Manufacturing）已應(yīng)用于很多產(chǎn)品。過去，多半用于設(shè)計(jì)制造檢驗(yàn)工具，現(xiàn)在

11、的 發(fā)展是為制造工模具鋪路。這使開發(fā)新產(chǎn)品更為迅速。2、開展CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的研究與開發(fā)90年代出現(xiàn)了第三代液壓驅(qū)動(dòng)的壓鑄機(jī)，具有更大的功率和速度，有更高的精度 和可靠性，盡管如此，生產(chǎn)高質(zhì)量無孔的薄壁壓鑄件仍然十分困難。原因是還缺乏準(zhǔn)確 地預(yù)測(cè)熔融金屬在型腔中的行為。隨著計(jì)算機(jī)在壓鑄過程中應(yīng)用的深度和廣度的不斷增加，壓鑄中出現(xiàn)的問題應(yīng)該可 以得到逐步解決。計(jì)算機(jī)在壓鑄過程中的應(yīng)用，歷史不長(zhǎng)，但進(jìn)展很快。起初只能進(jìn)行壓鑄工藝參數(shù) 的選擇，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。后來可以對(duì)壓鑄件進(jìn)行凝固模擬，顯示鑄型的溫度分布，預(yù) 測(cè)縮孔的位置和應(yīng)力分布等。不久又發(fā)展到充填模擬，預(yù)測(cè)澆不到、冷隔和其他與充填

12、有關(guān)的缺陷。由于計(jì)算機(jī)模型的改進(jìn)和計(jì)算機(jī)硬件性能的提高，使得充填和凝固模擬更 為精確和快捷。不但可以設(shè)計(jì)壓鑄模，并能形成圖形和指令，輸出到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行模具 加工，初步建立了 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。3、推行計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）實(shí)施CIMS工程就是借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫集成各部門產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用現(xiàn) 代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全過程中有關(guān)人、技術(shù)、 設(shè)備及經(jīng)營(yíng)、管理四要素及其信息流、物質(zhì)流有機(jī)地集成，并實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體優(yōu)化，解決 企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)所面臨的一系列問題，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、上市快，使企業(yè) 在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。CIMS是贏得競(jìng)爭(zhēng)的手段。

13、參考文獻(xiàn)1吳春苗.粵港兩地壓鑄行業(yè)的合作與發(fā)展.特種鑄造及有色合金，1998（增刊）：4648Jorgen Hedenhag G.壓射端實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng).特種鑄造及有色合金，1998(2)： 5557Roland Find. New Cold Chamber Die Casting Machine Concepts Realize Optimal Production Results. Die Casting Engineer, 1997,41(2)： 4649Stephen Midson P. 2nd Generation Real Time Control Die Casting Machines. Die Casting Engineer, 1997,41(2)： 404