探析铝合金压力铸造技术的现状与展望

2019-07-12许武波程文强

探索科学(学术版) 2019年4期

许武波程文强胡周

江西铃格有色金属加工有限公司江西南昌 330044

近几年来,由于冶炼方法和冶炼工艺的不断升级,很多材料性的基础问题得到了有效的突破,铝工业发展速度很快,在交通运输、航空航天、轻工建材、电子等多个部门。铝材料得到了广泛的应用。在世界各国,人们越来越重视铝材料的应用和发展,特别是压铸技术的研发与推广,在汽车工业中铝合金材料作为主导材料,对汽车工艺的研究和发展起到了重要的推动作用。

一、我国铝材料压铸工艺发展的基本状况及相关技术

在近半个世纪中,我国的铝材料压铸工业从无到有,实现了新兴的发展。在汽车摩托车工业制造领域,始终是压铸工业最大的市场。我国的汽车摩托工业迅速发展与压铸技术的升级密切相关。我国从1990 年到1997年七年的时间,压铸件的产量翻了一番,增长始终保持在20%以上,而压铸件的主要材料为铝合金材料,在汽车摩托车行业铝合金材料的应用十分广泛。通过综合分析当前铝合金压力铸造技术存在的问题,可以发现,只有确定研究方向,加大投入力度,才能尽快形成自主知识产权,推动铝合金压铸工艺,形成规范性的产业规模,扭转铸造技术落后、能源浪费、金属含量低的问题,提升我国的综合竞争力和影响力。

(一)应用。铝合金压力铸造技术作为铝合金行业发展的重要依托,近年来得到了迅速的发展,我国的压铸企业多达1000多家,其中60%以上从事铝合金压力铸造,可见铝合金铸造工艺在我国国民经济发展过程中占有十分重要的比例。铝合金压铸技术已经广泛应用于航空航天、电子汽车等,对于西方国家来说,大部分汽油机的缸盖、缸体都由铝合金压铸构成。在我国汽车设计领域,铝合金铸造技术也得到了迅速的发展,广州东风本田发动机有限公司率先引进了铝合金缸体,重庆长安汽车集团、长安铃木汽车公司和哈尔滨东安汽车动力公司都引进了全自动生产线,来进行铝合金缸体的压铸,这些企业大力引进已经形成了一定的产业规模,对于扭转我国汽车铸造行业的被动局面具有重要意义。

(二)工艺。在铝合金压铸件制作的过程中,最容易出现的问题就是内部的气孔和疏松,这些气孔和疏松将会直接降低材料的使用性能,因此,国内外公司都在探究新的工艺和新的方法,一般采用以下几种方式来进行技术的改造与升级。

第1,真空压铸法。这种压铸方式是指把型腔内的空气直接抽出来,形成一种真空状态,再将金属液铸造成型。这种方式能够直接减少出现内部的气孔,提升铸件本身的性能和质量,同时能够有效减少型腔内的反压力,降低铸造性能较差的合金的可能性,提高铸造的质量。

第2,加氧压铸法。在铝合金液进行充型之前,用氧气填充的方式取代原有的空气,在填充时一方面通过排气槽排出氧气,而另一方面则将喷射的铝液和没有排出的氧气直接发生化学反应,从而产生氧化铝微粒分散在铸件内部,使铸件的气孔能够随之消失,提升铸件的机械强度,综合性能得到提升,抗冲击性也明显提高,压铸件能够在290--300℃的环境下进行工作。

第3,半固态压铸法。这种方式是指在液态金属凝固之前进行强烈的搅拌。这种浆料进行压铸的过程中可以发现,金属在搅拌的过程中已经有了50%的熔化潜热散失,所以浇筑温度会降低,减少了对压力室、型腔以及压铸机的热冲击,因而压铸机的使用寿命将会得到提升,同时,由于它的粘度大于液态金属,流速较低,所以在填筑时喷溅较少,卷入的空气少也不容易产生更多的气泡,固态金属的收缩小,因此逐渐的综合质量高,操作十分简单方便,这种方式已经得到了大范围的推广和应用。

第4,计算机辅助工程技术(CAE)是近年来比较先进的一种压铸工艺,它能够根据需求通过对计算相关数据来降低制造成本。由于压力和充型时间得不到有效的控制,目前国际上并没有关于模具变形、模具刚度和压力控制准确研究,所以一些外部条件很难把握。为了进一步提升生产的的综合能力,可以利用CAE技术明确边界界限,优化制造流程,对整个铸造过程进行可视化监管,这也是CAE 技术的重要作用之一。全国地上几个大的汽车生产厂家,如Toyato、Daimler-Chrysler等公司,正在斥巨资研究CAE技术,旨在提升自身的综合生产能力。

(三)装备。国际上关于铝合金发动机的铸造已经有了近40 年的研究,发达的工业国家对于压铸机的生产都已经形成了CNC化的研究模式,直接检测压力室的温度、推杆位移和速度,并且对铸造流程进行全面的监控,而我国对此技术在很多方面还是十分空白的,国内压力铸造模具的质量和设计上也存在着很多的不足,比如说寿命短、成本高、模具可靠性差的问题,因而CAE技术的研究与发展应该被提上日程。

二、压力铸造技术的基本特点

由于整个铸造工作是在压铸机中展开,需要浇入液态或半固态的铝合金,在高压的状态下迅速填充并形成结晶,从而获得铸件。这种铸件方式的特点在于生产效率高、铸件的精度高、简化生产流程,可以省去装配工序,填充速度快,这些特点对于提升我国铝合金压力铸造工艺具有重要意义。

它的充型压力一般在20 至200MPa在进行大批量的生产作业过程中,生产周期短一次操作的循环时间约为5秒至180秒,很适合大批量的生产,操作前经济性很强受到了生产厂家的一致欢迎。同时由于铸件的精度较高,在工作过程中材料本身轮廓比较清晰,尺寸精度高,表面粗糙程度低,可以有效地减少机械加工。通过简单的装配就可以进行工作,同时产出的产品含气量较少,组织精密、力学能力好,明显强于其他铸造工艺。铝合金压力铸造技术通常采用镶嵌法,它能直接省去装配工序,简化了生产操作流程,铸件的材料有多种,有钢、铸铁、铜、绝缘材料等,所以在制备过程中需要根据具体的操作方法来进行分类操作,但是这种操作方法也存在着一定的问题,比如充型速度过快使得铸件中的空气难以排出空气的积存形成大气泡,如果这些气泡残留在铸件内部,会使得热处理工作难以展开,导致铸件直接报废。