铝合金压铸件的应用领域不断扩大

发布时间： 05 / 11 2021 作者：网站编辑访问：12665

1990世纪49年代以来，我国压铸工业取得了惊人的发展，已发展成为一个新兴产业。目前，铝合金压铸工艺已成为汽车铝合金成形工艺中应用最广泛的工艺之一，占汽车各种成形工艺方法的XNUMX%。

中国约有3,000家压铸企业。压铸件产量从266,000年的1995万吨增加到870,000年的2005万吨，年增长率保持在20%以上。其中，铝合金压铸件占3/4及以上。我国压铸产品种类多元化，包括汽车、摩托车、通讯、家电、五金制品、电动工具、IT、灯饰、扶梯台阶、玩具灯等。随着技术水平和产品开发能力的提高，压铸产品的种类和应用领域不断扩大，其压铸设备、压铸模具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年投入商业生产以来，随着汽车工业的发展和冷室压铸机的发明而得到迅速发展。压铸铝合金按其性能可分为中低强度（如中国的Y102）和高强度（如中国的Y112）。目前工业应用的压铸铝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。

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。由于压铸件高压快速凝固的特点，这一矛盾在某些方面更为突出。因此，一般压铸件难以进行固溶热处理，限制了提高压铸铝合金的力学性能，尽管充氧压铸和真空压铸是提高力学性能的有效途径。合金的特性，仍难以广泛使用。因此，新型压铸铝合金的开发和研究一直在进行。

先进的压铸技术

早期卧式冷室压铸机的压铸工艺只有一种速度将熔融金属推入模具，注射速度仅为1m~2m/s。用这个过程，铸件内部有很多气孔，结构松散。很快将改进为两级喷射。注射过程简单地分解为慢速和快速两个阶段，但最快的速度只有3m/s。以缓慢和快速的速度增加压铸件的密度

之后又增加了一个增压阶段，变成了慢喷射、快喷射和加压三个阶段。这是经典的三级注射。 1960年代中期，这种三级注入已普遍推开，快速注入阶段的速度已提高到5m/s。在接下来的 40 年里，世界领先的压铸机制造商对注射工艺进行了研究和试验，并开发了一些新工艺，如 70 年代的抛物线注射系统，80 年代的无毛边压铸系统，而90年代的无闪蒸喷射系统，有的从三级喷射重新分解了每一级，是对这种经典三级喷射的不断发展的延伸。现在注射速度和压力已经由原来的手动手轮调节控制改为电脑控制。近年来，为了解决压铸件的气孔和缩孔问题，人们可以生产出各种高要求的高强度、高密度、可焊接、可热处理、可扭转的压铸件。除了继续改进真空压铸外，还开发了挤压铸造、半固态压铸等新技术，一般称为“高密度压铸法”。

真空压铸技术

真空压铸法是将型腔内的气体抽空或部分抽空，以降低型腔内的气压，以利于合金熔体中气体的填充和排除，使合金熔体在下压下充满型腔。在压力的作用下，并在压力下固化以获得致密的压铸件。与普通压铸法相比，真空压铸法具有以下特点：

孔隙率大大降低；
真空压铸的铸件硬度高，显微组织小
真空压铸件的机械性能比较高。

近来真空压铸主要用于去除型腔内的气体，主要有两种形式：

直接从模具中抽气；
将模具放入真空箱中以抽吸空气。

使用真空压铸时，排气道的位置和模具的排气道面积的设计非常重要。排气道内有一个“临界区”，它与腔内抽出的气体量、抽气时间和充填时间有关。当排气道面积大于临界面积时，真空压铸效果明显；相反，它并不明显。真空系统的选择也很重要。要求在关闭真空泵之前，可以保持型腔内的真空，直到填充完成。

含氧压铸技术

压铸件气孔中的气体大部分是N2和H2，几乎没有O2。主要原因是O2与活性金属反应生成固体氧化物，为充氧压铸技术提供了理论基础。充氧压铸是在压铸前用氧气填充型腔，以置换其中的空气。当熔融金属进入型腔时，一部分氧气从排气槽中排出，剩余的氧气与熔融金属发生反应，生成分散的氧化物颗粒，在模具内形成瞬间真空，从而获得无气孔的压铸。在充氧压铸过程中，型腔内的真空是通过化学反应产生的。为确保安全生产，应严格控制充氧量，降低型腔压力，使其与充氧压力相匹配。结合真空压铸和充氧工艺，使型腔处于负压状态，可以获得更好的效果。在熔融金属填充过程中，熔融金属应以分散喷射状态填充。流道尺寸的大小对充氧压铸的效果也有很大影响。合适的流道尺寸不仅可以满足熔融金属以湍流形式充满模具，而且可以防止熔融金属温度下降过快。氧化物的高度分散分布不会对铸件产生不利影响，但可以增加铸件的硬度，并在热处理后细化组织。充氧压铸可用于与氧反应的铝、镁和锌合金。目前，充氧压铸可生产各种铝合金铸件，如：液力传动壳体、加热器热交换器、液力传动阀体、电脑支架等。

对于需要热处理或组焊、气密性高、在较高温度下使用的压铸件，充氧压铸具有技术经济优势。

半固态压铸技术

半固态压铸是在凝固过程中搅拌液态金属，在一定的冷却速度下得到固相成分约50%或更高的浆料，然后用该浆料进行压铸的技术。半固态压铸技术目前有两种成型工艺：流变成型工艺和触变成型工艺。前者是将液态金属送入专门设计的注塑机机筒，经螺杆装置剪切，使其冷却成半固态浆料，然后进行压铸。后者是将固体金属颗粒或边角料送入螺旋注塑机，在加热剪切的条件下将金属颗粒转化为浆料，然后进行压铸。半固态压铸成型工艺的关键在于研发半固态合金浆料的有效制备、固液成分比的精确控制、半固态成型工艺的自动化控制. 为了实现半固态成型的自动化生产，美国科学家认为需要大力发展以下技术：

具有适应性和灵活性的棒材运输；
精密压铸润滑保养；
可控铸件冷却系统；
等离子脱气和处理。

挤压压铸技术

挤压压铸也称为“液态金属成型”。铸件致密性好，力学性能高，无浇冒口。我国部分企业已将其应用到实际生产中。挤压压铸技术具有优良的技术优势。可替代传统压铸、挤压铸造、低压铸造、真空压铸工艺，兼容差压铸造、连铸连锻、半固态加工等流变铸造工艺。专家认为，挤压压铸技术是一项前沿新技术，跨越多个工艺领域，内涵丰富，创新性强，极具挑战性。

电磁泵低压铸造

电磁泵低压铸造是一种新兴的低压铸造工艺。与气体式低压铸造技术相比，加压法完全不同。它采用非接触式电磁力直接作用于液态金属，大大减少了压缩空气不纯和压缩空气中氧气分压高引起的氧化和吸入问题，实现铝液的平稳输送. 并且填充式可以防止湍流造成的二次污染。此外，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具有明显优势。随着对这项技术的不断深入研究，该工艺也越来越成熟。

压铸设备的发展

通过近几年的发展，我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都有不同程度的提高，特别是冷室压铸机，从过去的原全液压合闸机构为肘节式合闸机构，并增加自动上料、自动喷涂、自动取料、自动切边等，电器也由普通动力控制改为电脑控制，控制水平有了得到了很大的提升，有的已经达到或接近国际水平，正在朝着规模化、自动化、模块化的方向迈进。在此期间，国内新的压铸机企业层出不穷。香港力金公司就是一个典型代表。公司开发了多款国内领先的压铸机型。例如卧式冷室压铸机的最大注气速度为6m。 /s（1997）和8m/s（2000年初），镁合金热室压铸机（2000年初），等速射出系统（2002年），最大空气射出速度10m/s和多级压铸系统（2004年））2004月）、注射系统的实时控制（30000年2004月）和合模力8kN的大型压铸机（10000年2005月）等近年上海压铸机厂、灌南压铸机工厂等重点企业开发出最大注气速度10000m/s以上卧式冷室压铸机和合模力30000kN以上大型压铸机； XNUMX年广东顺威亿利精密压力机科技有限公司投产将生产XNUMXkN~XNUMXkN大型压铸机。可见，中国正在形成强大的具有自主知识产权的压铸制造产业机制。

我国压铸机总数为12,000台，其中国产压铸机约占85%，进口压铸机约占15%。近两年，我国压铸机年销量已超过1,800台，其中10000kN及以上压铸机占2%，8000kN~9000kN压铸机占5%， 5000kN~7000kN压铸机占13%，3500kN~4000kN压铸机占20%，3000kN及以下压铸机占60%。在3000kN以下的压铸机中，热室压铸机约占30%。中小型压铸机仍以国产设备为主。国产压铸机与国外先进压铸设备的差距主要表现在以下几个方面：

整体结构设计落后；
漏油严重；
可靠性差：这是国产压铸机最突出的缺陷。据了解，国产压铸机平均故障间隔时间不到3000小时，甚至达不到国外1950年代、1960年代的水平。而国外普遍超过20,000小时；
品种规格不足，配套能力差：卧式冷室压铸机虽然已经基本成系列，但仍有部分断档。比如16000kN到28000kN之间就没有产品。热室压铸机也缺乏4000kN以上的产品。

压铸模具的发展

最早的压铸模芯材料采用45%钢、铸钢和锻钢等，由于其耐高温抗冲击性能较差，所以当时使用寿命较短。随着科学技术的发展，压铸芯材料发生了重大变化。如今，以高温、高强度3Cr2N8VH13热锻钢为芯材。近年来采用进口8407材料，大大提高了模具的使用寿命。 ,
尤其是近年来，国内大部分工厂都采用了计算机设计和模拟填充技术，大大提高了压铸模具的生产质量，大大缩短了生产周期。中国模具工业发展迅速。 1996年至2004年，模具产量年均增长率为14%。 2003年压铸模具产值3.8亿元。

目前，我国国产模具对市场的满意率只有80%左右。其中以中低端模具为主。大型复杂精密模具在生产技术、模具质量和寿命、生产能力等方面都不能适应国民经济的发展。需要。

研发方向

汽摩工业和汽车配件的消费和配套产品的需求为压铸件生产提供了广阔的市场。压铸铝合金在汽车上的应用也将不断扩大。在未来压铸技术的研发中，深化铝合金压铸仍将是压铸技术发展的主要方向。为适应市场需求，今后应进一步解决以下问题：

推广应用新型高强度、高耐磨压铸合金，研究可着色压铸合金和用于有特殊安全要求的铸件的新型压铸合金；
开发性能稳定、成分易控制的压铸铝合金；
简化合金成分，降低合金牌号，为实现绿色生产提供基础；
进一步完善新型压铸工艺（真空压铸、充氧压铸、半固态压铸、挤压铸造等）；
提高快速响应市场的能力，实施并行工程（CE）和快速原型制造（RPM）；
开展CAD/CAM/CAE系统的研发；
开发和应用更多的压铸铝合金汽车零部件。

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