鋁合金壓鑄件的應用領域不斷擴大

發佈時間： 05 / 11 2021 作者：網站編輯訪問：12396

1990世紀49年代以來，我國壓鑄工業取得了驚人的發展，已發展成為一個新興產業。目前，鋁合金壓鑄工藝已成為汽車鋁合金成形工藝中應用最廣泛的工藝之一，佔汽車各種成形工藝方法的XNUMX%。

中國約有3,000家壓鑄企業。壓鑄件產量從266,000年的1995萬噸增加到870,000年的2005萬噸，年增長率保持在20%以上。其中，鋁合金壓鑄件佔3/4及以上。我國壓鑄產品種類多元化，包括汽車、摩托車、通訊、家電、五金製品、電動工具、IT、燈飾、扶梯台階、玩具燈等。隨著技術水平和產品開發能力的提高，壓鑄產品的種類和應用領域不斷擴大，其壓鑄設備、壓鑄模具和壓鑄工藝都發生了巨大的變化。

壓鑄鋁合金

壓鑄鋁合金自1914年投入商業生產以來，隨著汽車工業的發展和冷室壓鑄機的發明而得到迅速發展。壓鑄鋁合金按其性能可分為中低強度（如中國的Y102）和高強度（如中國的Y112）。目前工業應用的壓鑄鋁合金主要有以下系列：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn ，等等。

壓鑄鋁合金力學性能的提高往往伴隨著鑄造工藝性能的降低。由於壓鑄件高壓快速凝固的特點，這一矛盾在某些方面更為突出。因此，一般壓鑄件難以進行固溶熱處理，限制了提高壓鑄鋁合金的力學性能，儘管充氧壓鑄和真空壓鑄是提高力學性能的有效途徑。合金的特性，仍難以廣泛使用。因此，新型壓鑄鋁合金的開發和研究一直在進行。

先進的壓鑄技術

早期臥式冷室壓鑄機的壓鑄工藝只有一種速度將熔融金屬推入模具，注射速度僅為1m~2m/s。採用這種工藝，鑄件內部有很多氣孔，結構鬆散。很快將改進為兩級噴射。注射過程簡單地分為慢速和快速兩個階段，但快速只有3m/s。以緩慢和快速的速度增加壓鑄件的密度

之後又增加了一個增壓階段，變成了慢噴射、快噴射和加壓三個階段。這是經典的三級註射。 1960年代中期，這種三級註入已普遍推開，快速注入階段的速度已提高到5m/s。在接下來的40年裡，世界領先的壓鑄機製造商對注射工藝進行了研究和實驗，並開發了一些新工藝，如70年代的拋物線注射系統，80年代的無毛邊壓鑄系統，而90年代的無閃噴系統，有些是從三級噴射重新分解每一級，是對這種經典三級噴射的不斷發展的延伸。現在註射速度和壓力已經由原來的手動手輪調節控制改為電腦控制。近年來，為了解決壓鑄件的氣孔和縮孔問題，人們可以生產出各種高要求的高強度、高密度、可焊接、可熱處理、可扭轉的壓鑄件。除繼續改進真空壓鑄外，還開發了擠壓鑄造、半固態壓鑄等新技術，一般稱為“高密度壓鑄法”。

真空壓鑄技術

真空壓鑄法是將型腔內的氣體抽空或部分抽空，以降低型腔內的氣壓，以利於合金熔體中氣體的填充和排除，使合金熔體在下壓下充滿型腔。在壓力的作用下，並在壓力下固化以獲得緻密的壓鑄件。與普通壓鑄法相比，真空壓鑄法具有以下特點：

孔隙率大大降低；
真空壓鑄的鑄件硬度高，顯微組織小
真空壓鑄件的機械性能比較高。

近來真空壓鑄主要用於去除型腔內的氣體，主要有兩種形式：

直接從模具中抽氣；
將模具放入真空箱中以抽吸空氣。

使用真空壓鑄時，排氣道位置和模具排氣道面積的設計非常重要。排氣道內有一個“臨界區”，它與腔內抽出的氣體量、抽氣時間和充填時間有關。當排氣道面積大於臨界面積時，真空壓鑄效果明顯；相反，它並不明顯。真空系統的選擇也很重要。要求在關閉真空泵之前，可以保持型腔內的真空，直到填充完成。

含氧壓鑄技術

壓鑄件氣孔中的氣體大部分是N2和H2，幾乎沒有O2。主要原因是O2與活性金屬反應生成固體氧化物，為充氧壓鑄技術提供了理論基礎。充氧壓鑄是在壓鑄前用氧氣填充型腔，以置換其中的空氣。當熔融金屬進入型腔時，一部分氧氣從排氣槽中排出，剩餘的氧氣與熔融金屬發生反應，生成分散的氧化物顆粒，在模具內形成瞬間真空，從而獲得無氣孔的壓鑄。在充氧壓鑄過程中，型腔內的真空是通過化學反應產生的。為保證安全生產，應嚴格控制充氧量，降低型腔壓力，使其與充氧壓力相匹配。結合真空壓鑄和充氧工藝，使型腔處於負壓狀態，可以獲得更好的效果。在熔融金屬填充過程中，熔融金屬應以分散噴射狀態填充。流道尺寸的大小對充氧壓鑄的效果也有很大影響。合適的流道尺寸不僅可以滿足熔融金屬以湍流的形式充滿模具，而且可以防止熔融金屬溫度下降過快。氧化物的高度分散分佈不會對鑄件產生不利影響，但可以增加鑄件的硬度，並在熱處理後細化組織。充氧壓鑄可用於與氧反應的鋁、鎂和鋅合金。目前，充氧壓鑄可生產各種鋁合金鑄件，如：液力傳動殼體、加熱器熱交換器、液力傳動閥體、電腦支架等。

對於需要熱處理或組焊、氣密性高、在較高溫度下使用的壓鑄件，充氧壓鑄具有技術經濟優勢。

半固態壓鑄技術

半固態壓鑄是在凝固過程中攪拌液態金屬，在一定的冷卻速度下得到固相成分約50%或更高的漿料，然後用該漿料進行壓鑄的技術。半固態壓鑄技術目前有兩種成型工藝：流變成型工藝和触變成型工藝。前者是將液態金屬送入專門設計的注塑機機筒，經螺桿裝置剪切冷卻成半固態漿料，然後進行壓鑄。後者是將固體金屬顆粒或邊角料送入螺旋注塑機，在加熱剪切的條件下將金屬顆粒轉化為漿料，然後進行壓鑄。半固態壓鑄成型工藝的關鍵是研發半固態合金漿料的有效製備、固液成分比的精確控制、半固態成型過程的自動化控制. 為了實現半固態成型的自動化生產，美國科學家認為需要大力發展以下技術：

具有適應性和靈活性的棒材運輸；
精密壓鑄潤滑保養；
可控鑄件冷卻系統；
等離子脫氣和處理。

擠壓壓鑄技術

擠壓壓鑄也稱為“液態金屬成型”。鑄件緻密性好，力學性能高，無澆冒口。我國部分企業已將其應用到實際生產中。擠壓壓鑄技術具有優良的技術優勢。可替代傳統壓鑄、擠壓鑄造、低壓鑄造、真空壓鑄工藝，兼容差壓鑄造、連鑄連鍛、半固態加工等流變鑄造工藝。專家認為，擠壓壓鑄技術是一項前沿新技術，跨越多個工藝領域，內涵豐富，創新性強，極具挑戰性。

電磁泵低壓鑄造

電磁泵低壓鑄造是一種新興的低壓鑄造工藝。與氣體式低壓鑄造技術相比，加壓法完全不同。它採用非接觸式電磁力直接作用於液態金屬，大大減少了壓縮空氣不純和壓縮空氣中氧氣分壓高引起的氧化和吸入問題，實現鋁液的平穩輸送. 且填充式可防止湍流造成的二次污染。此外，電磁泵系統完全採用計算機數字控制，工藝執行非常準確，重複性好，使鋁合金鑄件在成品率、力學性能、表面質量和金屬利用率等方面具有明顯優勢。隨著對這項技術的不斷深入研究，該工藝也越來越成熟。

壓鑄設備的發展

通過近幾年的發展，我國壓鑄機的設計水平、技術參數、性能指標、機械結構和製造質量都有不同程度的提高，特別是冷室壓鑄機，從過去的原全液壓合閘機構為肘節式合閘機構，並增加自動上料、自動噴塗、自動取料、自動切邊等，電器也由普通動力控制改為電腦控制，控制水平有了得到了很大的提升，有的已經達到或接近國際水平，正在朝著規模化、自動化、模塊化的方向邁進。在此期間，國內新的壓鑄機企業層出不窮。香港力金公司就是一個典型代表。公司開發了多款國內領先的壓鑄機型。例如臥式冷室壓鑄機的最大注氣速度為6m。 /s（1997）和8m/s（2000年初），鎂合金熱室壓鑄機（2000年初），等速射出系統（2002年），最大空氣射出速度10m/s和多級壓鑄系統（2004年））2004月）、注射系統的實時控制（30000年2004月）和合模力為8kN的大型壓鑄機（10000年2005月）等近年上海壓鑄機廠、灌南壓鑄機工廠等重點企業開發出最大注氣速度10000m/s以上臥式冷室壓鑄機和合模力30000kN以上大型壓鑄機； XNUMX年廣東順威億利精密沖壓技術有限公司投產將生產XNUMXkN~XNUMXkN大型壓鑄機。可見，中國正在形成強大的具有自主知識產權的壓鑄機製造產業。

我國壓鑄機總數為12,000台，其中國產壓鑄機約佔85%，進口壓鑄機約佔15%。近兩年，我國壓鑄機年銷量已超過1,800台，其中10000kN及以上壓鑄機佔2%，8000kN~9000kN壓鑄機佔5%， 5000kN~7000kN壓鑄機佔13%，3500kN~4000kN壓鑄機佔20%，3000kN及以下壓鑄機佔60%。在3000kN以下的壓鑄機中，熱室壓鑄機約佔30%。中小型壓鑄機仍以國產設備為主。國產壓鑄機與國外先進壓鑄設備的差距主要表現在以下幾個方面：

整體結構設計落後；
漏油嚴重；
可靠性差：這是國產壓鑄機最突出的缺陷。據了解，國產壓鑄機平均故障間隔時間不到3000小時，甚至達不到國外1950年代、1960年代的水平。而國外普遍超過20,000小時；
品種規格不足，配套能力差：臥式冷室壓鑄機雖然已經基本成系列，但仍有部分斷檔。比如16000kN到28000kN之間就沒有產品。熱室壓鑄機也缺乏4000kN以上的產品。

壓鑄模具的發展

最早的壓鑄模芯材料採用45%鋼、鑄鋼和鍛鋼等，由於其耐高溫抗衝擊性能較差，所以當時使用壽命較短。隨著科學技術的發展，壓鑄芯材料發生了重大變化。如今，以高溫、高強度3Cr2N8VH13熱鍛鋼為芯材。近年來採用進口8407材料，大大提高了模具的使用壽命。 ,
尤其是近年來，國內大部分工廠都採用了計算機設計和模擬填充技術，大大提高了壓鑄模具的生產質量，大大縮短了生產週期。中國模具工業發展迅速。 1996年至2004年，模具產量年均增長率為14%。 2003年壓鑄模具產值3.8億元。

目前，我國國產模具對市場的滿意率只有80%左右。其中以中低端模具為主。大型複雜精密模具在生產技術、模具質量和壽命、生產能力等方面都不能適應國民經濟的發展。需要。

研發方向

汽摩工業和汽車配件的消費和配套產品的需求為壓鑄件生產提供了廣闊的市場。壓鑄鋁合金在汽車上的應用也將不斷擴大。在未來壓鑄技術的研發中，深化鋁合金壓鑄仍將是壓鑄技術發展的主要方向。為適應市場需求，今後應進一步解決以下問題：

推廣應用新型高強度、高耐磨壓鑄合金，研究可著色壓鑄合金和用於有特殊安全要求的鑄件的新型壓鑄合金；
開發性能穩定、成分易控制的壓鑄鋁合金；
簡化合金成分，降低合金牌號，為實現綠色生產提供基礎；
進一步完善新型壓鑄工藝（真空壓鑄、充氧壓鑄、半固態壓鑄、擠壓鑄造等）；
提高快速響應市場的能力，實施並行工程（CE）和快速原型製造（RPM）；
開展CAD/CAM/CAE系統的研發；
開發和應用更多的壓鑄鋁合金汽車零部件。

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