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  20世纪90年代以后,中国的压铸工业取得了令人惊叹的发展,已发展为一个新兴产业。目前,铝合金压铸工艺已成为汽车用铝合金成形工艺中应用广泛的工艺之一,在各种汽车成型工艺方法中占49%。

“铝合金压铸技术和发展里程”/

铝合金压铸技术和发展里程

  中国现有压铸企业3000家左右,压铸件产量从1995年的26.6万吨上升到2005年的87万吨,年增长率保持在20%以上,其中铝合金压铸件占所有压铸件产量的3/4以上。中国压铸件产品的种类呈多元化,包括汽车、摩托车、通讯、家电、五金制品、电动工具、IT、照明、扶梯梯级、玩具灯等。

  随着技术水平和产品开发能力的提高,压铸产品种类和应用领域不断扩宽,其压铸设备、压铸模和压铸工艺都发生了巨大的变化。压铸铝合金压铸铝合金自1914年投入商业化生产以来,随着汽车工业的发展和冷室压铸机的发明,得到了快速发展。

  压铸铝合金按性能分为中低强度(如中国的Y102)和高强度(如中国的Y112)两种。目前工业应用的压铸铝合金主要有以下几大系列:Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn等。压铸铝合金力学性能的提高往往伴随着铸造工艺性能的降低,压力铸造因其高压快速凝固的特点使这种矛盾在某些方面更加突出,因此一般压铸件难于进行固溶热处理,这就制约了压铸铝合金力学性能的提高,虽然充氧压铸、真空压铸等是提高合金力学性能的有效途径,但广泛采用仍有一定难度,所以新型压铸铝合金的开发研制一直在进行。先进的压铸技术早期的卧式冷室压铸机的压铸过程只有一个速度压送金属液进入模具,压射速度只有1m~2m/s。采用这种工艺,铸件内部气孔多,组织疏松,不久便改进为2级压射,把压射过程简单地分解为慢速和快速2个阶段,但快速的速度也不过3m/s,后来为了增加压铸件的致密度,在慢速和快速之后增加了一个压力提升的阶段,成为慢压射,快压射和增压3个阶段,这就是经典的3段压射。

  真空压铸法与普通压铸法相比具有以下特点:

  (1) 气孔率大大降低;

  (2) 真空压铸的铸件的硬度高,微观组织细小;

  (3) 真空压铸件的力学性能较高。

  近来,真空压铸以抽除型腔中的气体为主,主要有两种形式:

  (1) 从模具中直接抽气;

  (2)置模具于真空箱中抽气。采用真空压铸时,模具的排气道位置和排气道面积的设计至关重要。排气道存在一个“临界面积”,其与型腔内抽出的气体量、抽气时间及充填时间有关。

  在金属液充型过程中,应使金属液以弥散喷射状态充型。浇道尺寸的大小也对充氧压铸的效果有较大影响,适当的浇道尺寸既可以满足金属液以紊流形式充满铸型,又可以避免金属液温度下降得过快。氧化物的高度弥散分布不会对铸件产生不利影响,反而可提高铸件的硬度,并使热处理后的组织细化。充氧压铸可用于与氧反应的Al、Mg及Zn合金。目前,采用充氧压铸可生产各种铝合金铸件,如:液压变速器壳体、加热器用热交换器、液压传动阀体、计算机用托架等对于需热处理或组焊、要求气密性高和在较高温度下使用的压铸件,充氧压铸具有技术和经济上的优势。半固态压铸技术半固态压铸是在液态金属凝固时进行搅拌,在一定的冷却速度下获得约50%甚至更高固相组分的浆料,然后用浆料进行压铸的技术。半固态压铸技术目前有两种成形工艺:流变成形工艺和触变成形工艺。前者是将液态金属送入特殊设计的压射成形机筒中,由螺旋装置施加剪切使其冷却成半固态浆料,然后进行压铸。后者是将固态金属粒或碎屑送入螺旋压射成形机中,在加热和受剪切的条件下使金属颗粒变成浆料后压铸成形。半固态压铸成形工艺的关键是有效制取半固态合金浆料、精准控制固液组分的比例及半固态成形过程自动化控制的研究开发。

  为实现半固态成形的自动化生产,美国科学家认为需要大力发展以下几种技术:

  (1) 具有自适性、灵活性的棒料运输;

  (2) 精密的压铸润滑及维护;

  (3) 可控的铸件冷却系统;

  (4) 等离子除气及处理。

  电磁泵低压铸造电磁泵低压铸造是一种新崛起的低压铸造工艺,与气体式低压铸造技术相比,在加压方式方面是完全不同的。其采用非接触式的电磁力直接作用于液态金属,大大降低了由于压缩空气不纯及压缩空气中氧的分压过高所带来的氧化和吸气等问题,实现了铝液的平稳输送和充型,可防止由于紊流造成的二次污染。另外电磁泵系统完全采用计算机数字控制,工艺执行非常准确、重复性好,使铝合金铸件在成品率、力学性能、表面质量和金属利用率等方面都具有明显的优势。这项技术随着研究的不断深入,工艺也愈来愈成熟。

  压铸设备的发展通过近几年的发展,中国压铸机的设计水平、技术参数、性能指标、机械结构和制造质量等都有不同程度的提高,特别是冷室压铸机,由原来的全液压合型机构改为曲肘式合型机构,同时还增加了自动装料,自动喷涂,自动取件,自动切料边等,电器也由普通电源控制改为计算机控制,操控水平大大提高。

2018年06月26日

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