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铝合金压铸应用领域不断扩宽
2008-09-11 16:05:10
    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最广泛的工艺之一,在各种汽车成型工艺方法中占49%。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。
    20世纪60年代中间,这种3级压射已经普遍推开,并且快压射阶段的速度已提高到5m/s。此后的40余年期间,世界各国领先的压铸机制造商对压射过程进行了研究试验,从而开发出一些新工艺,如70年代的抛物线压射系统,80年代的无飞边压铸系统,90年代的无飞边压射系统,其中有的从3阶段压射中对每个阶段加以再分解,这正是这个经典的3阶段压射的继续发展的延伸。现在压射速度、压力已由原来的人工手轮调节控制改为计算机控制。近年来,人们为了解决压铸件内部存在的气孔和缩孔问题,能够生产出高强度、高密性、可焊接可热处理、可扭曲等各种高要求的压铸件,除了继续完善真空压铸以外又发展了挤压铸造和半固态压铸等新的技术,并加以概括地称之为“高密度压铸法”。
    真空压铸技术真空压铸法是将型腔中的气体抽空或部分抽空,降低型腔中的气压,以利于充型和合金熔体中气体的排除,使合金熔体在压力的作用下充填型腔,并在压力下凝固而获得致密的压铸件。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。当排气道的面积大于临界面积时,真空压铸效果明显;反之,则不明显。
   真空系统的选择也非常重要,要求在真空泵关闭之前,型腔内的真空度可保持到充型完毕。充氧压铸技术压铸件气孔中的气体绝大部分为N2和H2,几乎没有O2,主要原因是O2与活性金属发生反应生成了固体氧化物,这为充氧压铸技术提供了理论基础。充氧压铸是在压铸前将氧气充入型腔,取代其中的空气。
    当金属液进入型腔时,一部分氧气从排气槽排出,残留的氧与金属液发生反应,生成弥散状的氧化物微粒,在铸型内形成瞬间真空,从而获得无气孔的压铸件。充氧压铸过程中,型腔内的真空是由化学反应产生的。
    生产中为保证安全性,应严格控制充氧量,降低型腔压力,使其与充氧压力相匹配。将真空压铸与充氧过程结合起来,使型腔处于负压状态,可获得更好的效果。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<
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