鋁合金管壓鑄工藝已成為汽車(chē)用鋁合金管成形工藝中應用廣泛的工藝之一
20世紀90年代以后，中國的壓鑄工業(yè)取得了令人驚嘆的發(fā)展，已發(fā)展為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。目前，鋁合金管壓鑄工藝已成為汽車(chē)用鋁合金管成形工藝中應用廣泛的工藝之一，在各種汽車(chē)成型工藝方法中占49%。中國現有壓鑄企業(yè)3000家左右，壓鑄件產(chǎn)量從1995年的26.6萬(wàn)噸上升到2005年的87萬(wàn)噸，年增長(cháng)率保持在20%以上，其中鋁合金管壓鑄件占所有壓鑄件產(chǎn)量的3/4以上。
中國壓鑄件產(chǎn)品的種類(lèi)呈多元化，包括汽車(chē)、摩托車(chē)、通訊、家電、五金制品、電動(dòng)工具、IT、照明、扶梯梯級、玩具燈等。隨著(zhù)技術(shù)水平和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力的提高，壓鑄產(chǎn)品種類(lèi)和應用領(lǐng)域不斷擴寬，其壓鑄設備、壓鑄模和壓鑄工藝都發(fā)生了巨大的變化。壓鑄鋁合金管壓鑄鋁合金管自1914年投入商業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和冷室壓鑄機的發(fā)明，得到了快速發(fā)展。壓鑄鋁合金管按性能分為中低強度(如中國的Y102)和高強度(如中國的Y112)兩種。目前工業(yè)應用的壓鑄鋁合金管主要有以下幾大系列：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn等。
壓鑄鋁合金管力學(xué)性能的提高往往伴隨著(zhù)鑄造工藝性能的降低，壓力鑄造因其高壓快速凝固的特點(diǎn)使這種矛盾在某些方面更加突出，因此一般壓鑄件難于進(jìn)行固溶熱處理，這就制約了壓鑄鋁合金管力學(xué)性能的提高，雖然充氧壓鑄、真空壓鑄等是提高合金力學(xué)性能的有效途徑，但廣泛采用仍有一定難度，所以新型壓鑄鋁合金管的開(kāi)發(fā)研制一直在進(jìn)行。先進(jìn)的壓鑄技術(shù)早期的臥式冷室壓鑄機的壓鑄過(guò)程只有一個(gè)速度壓送金屬液進(jìn)入模具，壓射速度只有1m~2m/s。采用這種工藝，鑄件內部氣孔多，組織疏松，不久便改進(jìn)為2級壓射，把壓射過(guò)程簡(jiǎn)單地分解為慢速和快速2個(gè)階段，但快速的速度也不過(guò)3m/s，后來(lái)為了增加壓鑄件的致密度，在慢速和快速之后增加了一個(gè)壓力提升的階段，成為慢壓射，快壓射和增壓3個(gè)階段，這就是經(jīng)典的3段壓射。
20世紀60年代中間，這種3級壓射已經(jīng)普遍推開(kāi)，并且快壓射階段的速度已提高到5m/s。此后的40余年期間，世界各國領(lǐng)先的壓鑄機制造商對壓射過(guò)程進(jìn)行了研究試驗，從而開(kāi)發(fā)出一些新工藝，如70年代的拋物線(xiàn)壓射系統，80年代的無(wú)飛邊壓鑄系統，90年代的無(wú)飛邊壓射系統，其中有的從3階段壓射中對每個(gè)階段加以再分解，這正是這個(gè)經(jīng)典的3階段壓射的繼續發(fā)展的延伸。現在壓射速度、壓力已由原來(lái)的人工手輪調節控制改為計算機控制。近年來(lái)，人們?yōu)榱私鉀Q壓鑄件內部存在的氣孔和縮孔問(wèn)題，能夠生產(chǎn)出高強度、高密性、可焊接可熱處理、可扭曲等各種高要求的壓鑄件，除了繼續完善真空壓鑄以外又發(fā)展了擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄等新的技術(shù)，并加以概括地稱(chēng)之為“高密度壓鑄法”。
真空壓鑄技術(shù)真空壓鑄法是將型腔中的氣體抽空或部分抽空，降低型腔中的氣壓，以利于充型和合金熔體中氣體的排除，使合金熔體在壓力的作用下充填型腔，并在壓力下凝固而獲得致密的壓鑄件。真空壓鑄法與普通壓鑄法相比具有以下特點(diǎn)：(1)氣孔率大大降低；(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高，微觀(guān)組織細小；(3)真空壓鑄件的力學(xué)性能較高。近來(lái)，真空壓鑄以抽除型腔中的氣體為主，主要有兩種形式：(1)從模具中直接抽氣；(2)置模具于真空箱中抽氣。采用真空壓鑄時(shí)，模具的排氣道位置和排氣道面積的設計至關(guān)重要。排氣道存在一個(gè)“臨界面積”，其與型腔內抽出的氣體量、抽氣時(shí)間及充填時(shí)間有關(guān)。當排氣道的面積大于臨界面積時(shí)，真空壓鑄效果明顯；反之，則不明顯。
真空系統的選擇也非常重要，要求在真空泵關(guān)閉之前，型腔內的真空度可保持到充型完畢。充氧壓鑄技術(shù)壓鑄件氣孔中的氣體絕大部分為N2和H2，幾乎沒(méi)有O2，主要原因是O2與活性金屬發(fā)生反應生成了固體氧化物，這為充氧壓鑄技術(shù)提供了理論基礎。充氧壓鑄是在壓鑄前將氧氣充入型腔，取代其中的空氣。
當金屬液進(jìn)入型腔時(shí)，一部分氧氣從排氣槽排出，殘留的氧與金屬液發(fā)生反應，生成彌散狀的氧化物微粒，在鑄型內形成瞬間真空，從而獲得無(wú)氣孔的壓鑄件。充氧壓鑄過(guò)程中，型腔內的真空是由化學(xué)反應產(chǎn)生的。
生產(chǎn)中為保證安全性，應嚴格控制充氧量，降低型腔壓力，使其與充氧壓力相匹配。
將真空壓鑄與充氧過(guò)程結合起來(lái)，使型腔處于負壓狀態(tài)，可獲得更好的效果。在金屬液充型過(guò)程中，應使金屬液以彌散噴射狀態(tài)充型。澆道尺寸的大小也對充氧壓鑄的效果有較大影響，適當的澆道尺寸既可以滿(mǎn)足金屬液以紊流形式充滿(mǎn)鑄型，又可以避免金屬液溫度下降得過(guò)快。
氧化物的高度彌散分布不會(huì )對鑄件產(chǎn)生不利影響，反而可提高鑄件的硬度，并使熱處理后的組織細化。充氧壓鑄可用于與氧反應的Al、Mg及Zn合金。目前，采用充氧壓鑄可生產(chǎn)各種鋁合金管鑄件，如：液壓變速器殼體、加熱器用熱交換器、液壓傳動(dòng)閥體、計算機用托架等對于需熱處理或組焊、要求氣密性高和在較高溫度下使用的壓鑄件，充氧壓鑄具有技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢。半固態(tài)壓鑄技術(shù)半固態(tài)壓鑄是在液態(tài)金屬凝固時(shí)進(jìn)行攪拌，在一定的冷卻速度下獲得約50%甚至更高固相組分的漿料，然后用漿料進(jìn)行壓鑄的技術(shù)。半固態(tài)壓鑄技術(shù)目前有兩種成形工藝：流變成形工藝和觸變成形工藝。
前者是將液態(tài)金屬送入特殊設計的壓射成形機筒中，由螺旋裝置施加剪切使其冷卻成半固態(tài)漿料，然后進(jìn)行壓鑄。后者是將固態(tài)金屬粒或碎屑送入螺旋壓射成形機中，在加熱和受剪切的條件下使金屬顆粒變成漿料后壓鑄成形。半固態(tài)壓鑄成形工藝的關(guān)鍵是有效制取半固態(tài)合金漿料、精確控制固液組分的比例及半固態(tài)成形過(guò)程自動(dòng)化控制的研究開(kāi)發(fā)。為實(shí)現半固態(tài)成形的自動(dòng)化生產(chǎn)，美國科學(xué)家認為需要大力發(fā)展以下幾種技術(shù)：(1)具有自適性、靈活性的棒料運輸；(2)精密的壓鑄潤滑及維護；(3)可控的鑄件冷卻系統；(4)等離子除氣及處理。擠壓壓鑄技術(shù)擠壓壓鑄又稱(chēng)“液態(tài)金屬模壓”。其鑄件致密性好，力學(xué)性能高，且無(wú)澆冒口。我國的一些企業(yè)已將其應用于實(shí)際生產(chǎn)中。擠壓壓鑄技術(shù)具有極好的工藝優(yōu)勢，它能替代傳統壓鑄、擠壓鑄造、低壓鑄造、真空壓鑄工藝，以及對差壓鑄造、連鑄連鍛、半固態(tài)加工的流變鑄造工藝進(jìn)行兼容。
專(zhuān)家認為，擠壓壓鑄技術(shù)是一項前沿性的新技術(shù)，橫跨多個(gè)工藝領(lǐng)域，內涵豐富，創(chuàng )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崛起的低壓鑄造工藝，與氣體式低壓鑄造技術(shù)相比，在加壓方式方面是完全不同的。
其采用非接觸式的電磁力直接作用于液態(tài)金屬，大大降低了由于壓縮空氣不純及壓縮空氣中氧的分壓過(guò)高所帶來(lái)的氧化和吸氣等問(wèn)題，實(shí)現了鋁液的平穩輸送和充型，可防止由于紊流造成的二次污染。
另外電磁泵系統完全采用計算機數字控制，工藝執行非常準確、重復性好，使鋁合金管鑄件在成品率、力學(xué)性能、表面質(zhì)量和金屬利用率等方面都具有明顯的優(yōu)勢。這項技術(shù)隨著(zhù)研究的不斷深入，工藝也愈來(lái)愈成熟。壓鑄設備的發(fā)展通過(guò)近幾年的發(fā)展，中國壓鑄機的設計水平、技術(shù)參數、性能指標、機械結構和制造質(zhì)量等都有不同程度的提高，特別是冷室壓鑄機，由原來(lái)的全液壓合型機構改為曲肘式合型機構，同時(shí)還增加了自動(dòng)裝料，自動(dòng)噴涂，自動(dòng)取件，自動(dòng)切料邊等，電器也由普通電源控制改為計算機控制，操控水平大大提高，有的已經(jīng)達到或接近國際水平，正在向大型化、自動(dòng)化和單元化進(jìn)軍。
在此期間，國內新的壓鑄機企業(yè)陸續嶄露頭角，其中香港力勁公司是典型的代表，該公司開(kāi)發(fā)了多項國內領(lǐng)先的壓鑄機型，例如，臥式冷室壓鑄機大空壓射速度6m/s(1997年)和8m/s(2000年初)，鎂合金熱室壓鑄機(2000年初)勻加速壓射系統(2002年)，大空壓射速度10m/s及多段壓鑄系統(2004年6月)，實(shí)時(shí)控制壓射系統(2004年8月)和鎖模力30000kN的大型壓鑄機(2004年7月)等。近年來(lái)，上海壓鑄機廠(chǎng)，灌南壓鑄機廠(chǎng)等骨干企業(yè)都開(kāi)發(fā)了大空壓射速度為8m/s以上的臥式冷室壓鑄機和鎖模力在10000kN以上的大型壓鑄機；2005年投產(chǎn)的廣東順威伊力精壓科技有限公司將生產(chǎn)10000kN~30000kN大型壓鑄機。可見(jiàn)中國正在形成一個(gè)有實(shí)力的、具有自主知識產(chǎn)權的壓鑄機制造業(yè)。中國現有壓鑄機總數1.2萬(wàn)臺，其中國產(chǎn)壓鑄機約占85%，進(jìn)口壓鑄機約占15%。近兩年中國壓鑄機的年銷(xiāo)售量均在1800臺以上，其中10000kN及以上壓鑄機占2%，8000kN~9000kN壓鑄機占5%，5000kN~7000kN壓鑄機占13%，3500kN~4000kN壓鑄機占20%，3000kN及以下壓鑄機占60%。在3000kN以下壓鑄機中，熱室壓鑄機約占30%。中小型壓鑄機仍以國產(chǎn)設備為主。
國產(chǎn)壓鑄機與國外先進(jìn)的壓鑄設備的差距主要表現在以下幾方面：(1)總體結構設計落后；(2)漏油嚴重；(3)可靠性差：這是國產(chǎn)壓鑄機突出的缺陷，據了解，國產(chǎn)壓鑄機的平均無(wú)故障運行時(shí)間不到3000小時(shí)，甚至達不到國外50和60年代的水平。
而國外一般超過(guò)20000小時(shí)；(4)品種規格不全，配套能力差：雖然在臥式冷室壓鑄機方面已基本成系列，但仍有個(gè)別斷檔，如從16000kN到28000kN間就無(wú)產(chǎn)品。熱室壓鑄機也缺少4000kN以上的產(chǎn)品。壓鑄模具的發(fā)展早的壓鑄模模芯材料選用的是45﹟鋼、鑄鋼和鍛鋼等，由于其耐高溫沖擊性差，所以當時(shí)使用壽命也較短。隨著(zhù)科技的發(fā)展，壓鑄模芯材料也發(fā)生了重大變化，現都采用高溫、高強度的3Cr2N8VH13熱鍛鋼作為模芯材料，近年來(lái)又采用了進(jìn)口的8407材料，使模具的使用壽命大大提高，特別是近年國內大部分廠(chǎng)都采用了計算機設計及模擬充填技術(shù)，使壓鑄模生產(chǎn)質(zhì)量大大提高，生產(chǎn)期大大縮短。中國模具行業(yè)發(fā)展迅猛，1996年至2004模具產(chǎn)量年平均增長(cháng)率14%，2003年壓鑄模當年產(chǎn)值為38億元。目前，中國國內模具對市場(chǎng)的滿(mǎn)足率僅為80%左右，其中以中低檔模具為主，大型、復雜的精密模具，在生產(chǎn)技術(shù)、模具質(zhì)量和壽命以及生產(chǎn)能力方面均不能滿(mǎn)足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。研究及發(fā)展方向汽車(chē)、摩托車(chē)工業(yè)以及汽車(chē)附件的消耗和配套產(chǎn)品的需求，為壓鑄件生產(chǎn)提供了一個(gè)廣闊的市場(chǎng)，壓鑄鋁合金管在汽車(chē)上的應用也將不斷擴大。在今后的壓鑄技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)中，鋁合金管壓鑄的深化依然會(huì )是壓鑄技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。
| 
English
German
Spanish
French
Italian
Portuguese
Japanese
Korean
Arabic
Russian
Indonesian
Vietnamese