佛山市南海奔达模具有限公司
摘要：随着镁铝合金压铸件越来越广泛应用于汽车工业和电子信息产业,压铸行业的研究学者和技术专家一直在努力提高压铸技术与设备、改进压铸生产管理,包括铸锻双控成型、半固态压铸、触变注射成形技术、充氧压铸、真空压铸、远程监控等。
关键词：压铸技术；远程监控；镁铝合金；发展
前言：
利用传统的压铸技术压铸镁铝合金,存在型腔内气体以及由压铸涂料产生的气体无法顺利排出的问题。这些气体在高压下或者溶解在镁铝合金内,或者形成许多弥散分布在压铸件内的高压微气孔。因此,铸件既不能进行热处理强化,也不能在较高的温度下使用。为了消除这种缺陷,提高压铸件的内在质量,扩大压铸件的应用範围,近20年来,经过材料工作者的不懈努力,开发出一些新的压铸技术,包括铸锻双控成型、半固态压铸、触变注射成形技术、充氧压铸、真空压铸等。
1铸锻双控成型技术
铸锻双控成型技术是哈尔滨工业大学与香港佳瑞集团近年合作研发的一种新型工艺,可以在同一成型过程中连续完成压铸和锻造两种工艺,同时实现对零件形状、尺寸和性能的精确控制。铸锻双控成型不仅可以像压铸一样控制零件形状和尺寸,而且可以使零件产生塑性变形,强度得到较大提高,同时还可以通过热处理提高强度。因此,铸锻双控成型工艺适合生产形状复杂和高强度的汽车零部件和其他结构件。
1.1铸锻双控成型工艺
液态铸锻双控成型工艺流程如图1所示。液态铸锻双控成型技术主要是通过控制压射速度、液料及模具温度、锻造开始时间和锻造力等参数来实现对制件尺寸与性能的控制。
1.2铸锻双控成型设备及模具
铸锻双控成型机就是将压铸工艺和锻造工艺在一台设备中实现,它用液压油缸来完成合模和开模动作,采用精确的分级压射系统将液态金属注入模具的型腔内,在液态金属完全注满模具型腔的瞬间,高压力的锻压油缸作用在模具的锻造冲头上,实施了液态锻造的过程,使压铸过程卷入的气孔排出或缩小,从而使金属组织得到进一步改善,提高了铸件的致密度,减少了单纯压铸成型容易产生气孔和组织疏松的缺陷。
铸锻双控成型模具的设计,参照压铸模的设计方法并根据实际设计经验,使用仿真设计软件来仿真金属液的流动情况、冷料分布和温度分布情况,选取最为合适的方案,从而决定分型面、浇注系统、冷却系统、溢流槽、排气槽的形状及位置。模具结构除包括和压铸模具类似的上下模、模架、模芯、滑块、流道和顶出机构外,还包括用以锻造的冲头。冲头的结构和形状依零件具体形状而定。
1.3铸锻双控成型件与普通压铸件性能比较
对AZ91D镁合金宝马摩托车缸体零件铸锻双控成型工艺的实验研究表明,铸锻双控成型缸体零件的机械性能明显优于普通压铸件,并且能够通过热处理进一步提高其机械性能镁合金宝马摩托车缸体零件铸锻双控成型件和普通压铸件的微观组织,对比图2的微观组织照片可以看出,和普通压铸件相比,铸锻双控成型件大大细化了合金组织,使合金元素固溶度增大,晶界析出的共晶组织减少,且晶界不再是铸造中的树枝晶,而变成断续状,分布趋于均匀且有球化倾向,提高了合金的综合力学性能。
目前,已经成功设计并制造了铸锻双控成形设备和相应专用模具(已获得国家有关专利),多次进行工业试产和工艺优化,技术开发得了很大的进步,已经具备了向产业化转化的技术基础。该技术正处于产业化攻关阶段,在实现工业化存在的主要工作,在于压铸锻造双控成形的理论研究和工业应用方面的结合,主要挑战是工艺参数的优化和工艺控制的稳定化。
2触变注射成形技术
半固态压铸和触变注射成形是较新的金属制品生产技术。半固态金属成形技术首先是由美国麻省理工学院Flemings教授於20世纪70年代开发的新一代金属加工技术。目前在美国、日本、瑞士、意大利等国家,半固态成形已进入到工业化的增长期。这种工艺对铝合金的半固态成形基本成熟。但由於镁合金的锭料在二次加热时易氧化燃烧,所以一般的半固态成形工艺不适宜镁合金的半固态成形。因此,美国DowChemical公司研制了镁合金的半固态触变成形工艺与设备。触变注射成形技术是一种把低熔点合金进行熔化,以高速、高压把原料注入金属模具内进行成形的技术,目前已经进入实用阶段。触变注射成形的铸造压力高,能促进金属模具和镁合金料浆间的热传递,导致表面附近的晶粒微细化,对成形产品赋予了高耐蚀性和机械强度。这个铸造压力还能提高产品对金属模的复制性,加强筋和凸起部的成形。料浆的温度与普通压铸方法相比,低50～100℃,因而能控制产品由於热收缩而引起的尺寸变化,并提高模具的使用寿命。此外,触变注射成形的零件可以热处理,而且不需要配备熔化炉、不使用SF6防燃气体、不产生浮渣和淤渣等,兼顾了安全性和环保要求(SF6破坏大气臭氧层)。因此,触变注射成形技术是今后实用的成形方法。
目前,利用触变注射成形技术可以制备手机、笔记本电脑、数码照相机、摄像相机、液晶投影仪等可移动通讯器材的壳体。座椅、方向盘等汽车零部件的成形应用也在研究开发中
3充氧压铸
充氧压铸是金属液充填压铸型腔前,将氧气充入型腔取代其中的空气,当能与氧气发生反应的金属液压入型腔时,一部分氧气通过排气槽排出,而残留在型腔中的氧气就与金属液发生反应,生成氧化物颗粒,呈弥散状分布在铸件中,从而消除了压铸件的气孔。充氧压铸件的晶粒非常细小,从而具有良好的拉伸强度与疲劳性能。而普通压铸件的显微组织中有相当数量的含铁针状组织,降低了塑性。由於充氧压铸消除了压铸件中的气孔,因此,压铸件可以热处理与焊接。充氧压铸需附加充氧控制装置,铸型充氧不但消耗氧气,还增加了铸造循环时间。由於这些原因,充氧压铸件比普通压铸件的价格要贵10%～15%。但采用充氧压铸後减少了铸件废品,提高了性能,节省了机械加工费用,综合起来考虑,对质量要求较高的铸件反而可以节约10%～30%。因此,充氧压铸特别适合於需要热处理提高力学性能、有气密性要求、在较高温度下使用或需要焊接组合的压铸件。
日本轻金属株式会社采用充氧压铸法批量生产镁合金磁头支架,该支架过去由多层叠合组成,现改为整体压铸件,不但实现了轻量化,而且有很大的经济价值。该公司使用充氧压铸法生产的镁合金摩托车轮和汽车轮已投入生产,与铝轮相比,镁轮的重量减轻15%。
4真空压铸
真空压铸通过在压铸过程中抽除型腔内的气体而消除或显着减少压铸件内的气孔和溶解气体,提高压铸件的力学性能和表面质量。目前已经成功的在冷室压铸机生产出AM60B镁合金汽车轮毂,在锁模力为2940kN的热室压铸机上生产出AM60B镁合金汽车方向盘,铸件伸长率由8%提高到16%。
5压铸成型设备远程监控系统
为了提升压铸成型的自动化水平,减少资金投入、降低人力成本、提高生产率,利用远程监控压铸成型过程,可建成无人工厂、柔性成型系统。管理人员在办公室,就能通过监控电脑了解现场的生产情况,包括工艺参数、模具资料、产量资料、资源消耗情况等,并且可以通过远程监控来进行生产工艺参数的调整,能实现异常情况报警,还可根据需要打印相关的工艺参数资料、进行系统化管理,提高生产率和经济效益。目前,清华大学与香港佳瑞集团已经利用“组态王”,对日本菱沼压铸机的欧姆龙(OMRON)PLC进行网络通讯,将压铸机及铸锻双控机、中央控制计算机组成ControllerLink网络,使PLC之间、PLC与电脑之间进行灵活数据交换,建立了三级互联网络。由于国内的一些压铸机还较落后,一般没有传感器进行真实值测定,可以先安装合适的传感器,然后通过高速资料采集传送系统连接到中央电脑,实现远程监控。
结语：
在20世纪80年代中期，我国的压铸业有了长足的发展。特别是进入21世纪，随着世界加工制造业向中国转移，以及中国汽车工业的飞速发展，为我国压铸工业的持续发展提供了根本保障。目前制约压铸工业发展的因素有工艺技术、压铸设备、管理水平等多方面，其中压铸工艺技术及其发展是一个长期被压铸工作者研究的课题。压铸工艺又可以细分为如下几个方面：①零件设计工艺。②模具设计及制造工艺。③压铸生产工艺。
参考文献：
（1）江家明,刘永正.液态压铸锻造双控成形技术工艺优化.2016.09
（2）周春泉,秦富生,宋才飞,等.镁合金压铸技术的最新发展及其应用2016.12
（3）李远泰.液态压铸锻造双控成形技术研究.特种铸造及有色合金,2015.08
（4）金方,李金成.镁合金压铸技术的几个主要问题及其应用前景.中国铸造装备与技术,2015.06