摘要：從壓鑄件市場(chǎng)對(duì)企業(yè)和壓鑄件質(zhì)量越來(lái)越高的要求和當(dāng)前壓鑄業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),提出我國(guó)壓鑄行業(yè)發(fā)展的方向及要點(diǎn)。
@G 0k+ 關(guān)鍵詞：壓鑄技術(shù) 壓鑄設(shè)備 壓鑄合金 計(jì)算機(jī)模擬
Zvd^<SP<? b&BSigrvou 前言
f!;4 -.p` RkVU^N" 壓力鑄造自本世紀(jì)40 年代問(wèn)世以來(lái)，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(lái)越高的要求。但由于壓鑄件一些固有的問(wèn)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)。
&D, gKT~ "V!y"yQ 當(dāng)前的市場(chǎng)是動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)，要在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，企業(yè)必須能夠及時(shí)調(diào)整自己的經(jīng)營(yíng)策略，這要建立在先進(jìn)的技術(shù)和管理的基礎(chǔ)之上。技術(shù)創(chuàng)新將要成為21 世紀(jì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。只有將關(guān)鍵的技術(shù)掌握在自己手里和采用先進(jìn)的管理體制，才能提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的響應(yīng)速度，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
&?\ h[ 3 #wH<W5gSZ 當(dāng)前廣東省乃至全國(guó)的壓鑄業(yè)，離國(guó)際先進(jìn)水平尚有很大差距。自改革開(kāi)放以來(lái)，從香港遷入廣東的與壓鑄有關(guān)的企業(yè)有幾百家。所以，近十多年來(lái)，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(guò)600 家，年產(chǎn)壓鑄件3 000～5 000 t 的廠家有8 家以上，1 000～3 000 t 的廠家有10 多家，500～1 000 t 的有幾十家。年產(chǎn)鋅合金壓鑄件接近10 萬(wàn)t ，鋁合金壓鑄件約4 萬(wàn)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(wèn)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(kāi)始實(shí)施CAD/ CAM 技術(shù)。要使我國(guó)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(kāi)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。
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` 1 開(kāi)發(fā)新的壓鑄設(shè)備及其控制系統(tǒng)
7(<6+q2~ *k:Sg*neVq 壓力鑄造是使金屬液在高壓條件下以極高速度充填型腔的過(guò)程，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)過(guò)程。一方面，壓鑄可以生產(chǎn)出復(fù)雜薄壁、表面美觀和高精度的金屬鑄件。而另一方面，一般壓鑄過(guò)程難于達(dá)到層流充填狀態(tài)而卷入氣體和夾雜物，得不到致密、可熱處理的工件，影響了它的力學(xué)性能。如果用降低充填速度這種手段來(lái)改善金屬液的充填狀態(tài)，又勢(shì)必犧牲上述壓鑄生產(chǎn)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，且對(duì)復(fù)雜薄壁零件不一定有效。而生產(chǎn)高質(zhì)量、無(wú)氣孔的薄壁壓鑄件卻又是我們追求的目標(biāo)，這是壓鑄工藝其他工藝競(jìng)爭(zhēng)時(shí)賴以取勝的籌碼之一。
/an$4?":~ ZSj^\JU 為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，薄壁這個(gè)指標(biāo)也在不斷推高，它是一個(gè)非常柔性的指標(biāo)。如50 年代汽車工業(yè)的薄壁車身是2 mm ，現(xiàn)在已是0. 7 mm ，到2000 年將是0. 5 mm。鋅壓鑄件所指薄壁，60 年代為2 mm ，70 年代為1 mm ，80 年代為0. 7 mm ，90 年代為0. 3～0. 5 mm。鋁壓鑄件有類似的發(fā)展，90 年代為0. 5～1 mm。
S siKuoxk o:u *E 致密薄壁鑄件是以足夠的金屬壓力和短的充填時(shí)間為條件的，也就是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)以高的內(nèi)澆口流速和足夠的金屬壓力進(jìn)行充填。這就要求壓鑄機(jī)在既能產(chǎn)生高的壓射速度的同時(shí)又能產(chǎn)生高的金屬壓力。即根據(jù)鑄件工藝要求，壓鑄機(jī)要能提供一定的壓射能量，以便能夠?qū)崿F(xiàn)高能充型。要得到0. 75 mm 以下壁厚的致密鑄件，就需要壓射能量在550 kW·h 以上的壓鑄機(jī)。
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+tEgR Q70LQCms 高能充型還能調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，得到高質(zhì)量的壓鑄件。高能充型是壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)的發(fā)展方向。一臺(tái)壓鑄機(jī)要達(dá)到高的充型能量，就要盡量減少各種摩擦阻力和局部阻力以及慣性力所造成的能量損失———壓力降。
- g'[1 bV_@!KL$ 另外，壓鑄機(jī)的先進(jìn)性主要體現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性和可再現(xiàn)性，即每次壓射盡可能接近預(yù)先設(shè)定的理想的壓射曲線。但在壓鑄過(guò)程中存在很多變量影響壓鑄過(guò)程的穩(wěn)定性[2 ] 。壓鑄機(jī)和模具的工作狀態(tài)、儲(chǔ)能器壓力等靜態(tài)因素在工藝設(shè)備選定之后是不可改變的。
m\~{l=jIS ^ sxcBG 而一些動(dòng)態(tài)因素和人為因素所引起的變量(如每次壓射的金屬量及其溫度、模具溫度、液壓油粘度、涂料的噴涂質(zhì)量、人為設(shè)定的參數(shù)等等) 必須通過(guò)壓射控制系統(tǒng)進(jìn)行修正。一次壓射時(shí)間平均需20～80 ms ，薄壁鋁合金或鎂合金件要求的充填時(shí)間更短，為5～12 ms[3 ] ，壓射控制系統(tǒng)必須能夠以只相當(dāng)于一次壓射所用時(shí)間的10 %左右，即2～8 ms 的響應(yīng)時(shí)間來(lái)控制壓射曲線。這對(duì)電子線路系統(tǒng)就提出了嚴(yán)峻的要求，即電子線路控制系統(tǒng)必須在幾微秒內(nèi)作出反應(yīng)�？稍佻F(xiàn)性要求高，就要安裝金屬前沿傳感器[4 ] 。在金屬液封住傳感器時(shí)，金屬液的前沿被精確地辨認(rèn)出，信息反饋到電子控制設(shè)備，電子儀器重新計(jì)算，可以得到穩(wěn)定的最佳壓射曲線。先進(jìn)的傳感器的發(fā)展推動(dòng)著壓鑄機(jī)及壓鑄工藝的發(fā)展。壓鑄件的組織和性能取決于壓鑄型腔內(nèi)及其鄰近區(qū)域的熱物理?xiàng)l件，所以發(fā)展靠近型腔的熱探測(cè)器和傳感器有重要意義。
hO3>Gl5< #A ox$[|@ 2 發(fā)展新的壓鑄技術(shù)
VmM?KlC !\.%^LK1 2. 1 半固態(tài)合金壓鑄
|) {)w` 5 3=zHYQ 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(guò)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(lái)說(shuō)，固態(tài)組分超過(guò)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。
M&Aeh8>uX yrO \\No#H 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(méi)有嚴(yán)重下降。另外，補(bǔ)縮性能也比較好，一方面其本身收縮量已減少，另一方面還可通過(guò)液2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。
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y21zaQ 一是全液態(tài)合金操作起來(lái)很不方便，這對(duì)改善工作條件和提高機(jī)械化和自動(dòng)化程度都是個(gè)障礙，而半固態(tài)合金只是在成型時(shí)才表現(xiàn)出象流體一樣的特性，在成型之前可以象固態(tài)一樣搬運(yùn)，這對(duì)組織高度機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)非常有利。二是半固態(tài)合金壓鑄時(shí)，鑄型受熱狀態(tài)得到很大改善。一個(gè)原因是合金本身的溫度降低了，所含熱量已較少，半固態(tài)金屬?gòu)膲鸿T到完全凝固所需要散出的熱量?jī)H為過(guò)熱狀態(tài)金屬的一半左右。另一個(gè)原因是半固態(tài)合金進(jìn)入型腔的模式不同，不流淌，紊流程度又低，基本上可達(dá)到全壁厚充填，對(duì)鑄型的熱沖擊很低，鑄型壽命得到提高。因此，半固態(tài)壓鑄對(duì)高熔點(diǎn)合金很有應(yīng)用前景。
e1ru#'z Wh4`Iv\. 半固態(tài)合金也為以鑄造方法制造金屬基復(fù)合材料提供了有利條件。在半固態(tài)合金受激烈攪拌時(shí)加入非包覆非金屬顆粒以制備復(fù)合材料是一種比較簡(jiǎn)便的方法。由于半固態(tài)合金存在固態(tài)初晶，可以防止非金屬顆粒的浮沉或凝聚，分布比較均勻。另外，非金屬顆粒受到激烈攪拌、摩擦，表面得到活化，使其和基體合金結(jié)合緊密。
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