壓力鑄造作為一種特殊的成形技術(shù)在許多行業(yè)和領(lǐng)域獲得了廣 泛的應(yīng)用， 特別是對(duì)于規(guī)模生產(chǎn)的汽車、 摩托車、 內(nèi)燃機(jī)、 電子、 儀表及航天 等行業(yè)，已成為其不可或缺的組成部分。

鋁合金壓鑄技術(shù)概述

鋁是地殼中分布最廣、 儲(chǔ)量大的金屬元素， 且鋁材屬于可再利用資 源，有利于環(huán)境保護(hù)。 純鋁呈銀白色， 其熔點(diǎn)低，導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性好， 耐腐蝕。 鋁 合金密度低、 比重小、 比強(qiáng)度大、 導(dǎo)熱性好、 耐腐蝕性好、 價(jià)格低廉且易于成 形， 適合于加工各種型材，工業(yè)上的使用量?jī)H次于鋼， 是目前壓鑄業(yè)中用量大的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金具有熔點(diǎn)高、 質(zhì)量輕的特點(diǎn)， 高熔點(diǎn) 就意味著它可以作為耐高溫材料， 被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)， 如發(fā)動(dòng)機(jī)等;利 用質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)可以應(yīng)用在航天器材方面，我國(guó)己經(jīng)建造好的登月車， 絕 大多數(shù)就是用高強(qiáng)度鋁合金建造成的， 這樣的例子還有很多， 也正因?yàn)槿?此， 鋁合金成為了汽車、 航天等工業(yè)不可替的金屬材料。

壓鑄件市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

壓鑄業(yè)是汽車工業(yè)的重要支撐工業(yè)之一，一直以來與汽車的發(fā)展密切相關(guān)。近年來汽車業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了壓鑄市場(chǎng)的急遽擴(kuò)大，并賦予其廣闊的發(fā)展前景。而今，隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展，壓鑄件也面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，壓鑄行業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。

壓鑄件的應(yīng)用范圍很廣，涉及到相當(dāng)多的產(chǎn)品領(lǐng)域和工業(yè)門類。而在所有這些應(yīng)用中，若以數(shù)量之大、品種之多、要求之嚴(yán)、品質(zhì)之高以及金屬材料用量之大等多方面綜合而論，則應(yīng)首推汽車工業(yè)。長(zhǎng)期以來，汽車工業(yè)穩(wěn)居壓鑄工業(yè)的大市場(chǎng)，近年來我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展也不斷拉動(dòng)壓鑄工業(yè)進(jìn)入一個(gè)全新發(fā)展期。

在通過鎂合金壓鑄實(shí)現(xiàn)汽車減重方面，已達(dá)到一定成效，形成了當(dāng)前的一些研究熱點(diǎn)及主要研發(fā)方向。比如，在動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)中采用鎂合金壓鑄件，使鎂合金壓鑄件在汽車工業(yè)中得到進(jìn)一步的擴(kuò)大應(yīng)用。但應(yīng)指出的是，關(guān)于鎂合金壓鑄，在慮用鎂合金替其它合金、材料、生產(chǎn)零件時(shí)，首先應(yīng)對(duì)這種材料的特性有所了解，不能盲目行事，而且生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)切實(shí)注意安全環(huán)保等事宜。

高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點(diǎn)，也是壓鑄區(qū)別于其它鑄造方法的最基本的特征。它常用的壓射比壓從幾兆帕至幾十兆帕，甚至高達(dá)2×105kPa。充填速度約在10m/s-60m/s，有時(shí)可高達(dá)120 m/s，充填時(shí)間很短，一般在0.01s-0.2s范圍內(nèi)。

與其它鑄造方法相比，壓鑄具有下述優(yōu)點(diǎn)：（1）壓鑄件尺寸精度高，加工余量少，表面粗糙度低；（2）可壓鑄薄壁、形狀復(fù)雜且輪廓清晰的鑄件；鑄件具有較好的力學(xué)性能（見表1）；（3）使用鑲嵌件方便，簡(jiǎn)化制造工藝；（4）生產(chǎn)效率高，且易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適宜于大批量生產(chǎn)。

隨歐美各國(guó)排放法規(guī)的逐漸緊縮，節(jié)能、減排對(duì)汽車制造業(yè)的要求愈來愈高。此時(shí)，尋找比鋁合金壓鑄件更輕的材料來制作汽車重要零部件，也成為研發(fā)方向之一。值得一提的是，近十余年來，汽車工業(yè)中的一些專業(yè)制造商提出了更多地采用鎂合金制造零件的設(shè)想，并已取得一定成效。

壓鑄工業(yè)中開發(fā)及創(chuàng)新的一些高新技術(shù)，大多都圍繞汽車工業(yè)的高新要求而展開，bao括動(dòng)力、傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、車體、構(gòu)架、裝飾、儀表等各種系統(tǒng)上和各種要求的零件，這些零件有的是結(jié)構(gòu)件、受力件、安全件，也有裝飾件。

壓鑄設(shè)備的選擇

汽車行業(yè)鋁合金零部件品種多、材質(zhì)輕，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量要求嚴(yán)格，不能有氣孔、夾雜、疏松等缺陷。產(chǎn)品的尺寸精度和表面光潔度也有很高的要求，而且鑄件的形狀復(fù)雜，有些關(guān)鍵壓鑄件還需經(jīng)過X光探傷檢驗(yàn)。因此，對(duì)壓鑄設(shè)備的選擇有較高的要求。

熔鋁爐

鋁合金在熔化過程中的突出問題是元素容易氧化和金屬液易吸氣。為獲得含氣量低和夾雜物少，化學(xué)成分均勻的高質(zhì)量鋁合金液，目前大部分工廠均采用天然氣集中溶解爐替了傳統(tǒng)的中頻感應(yīng)電爐。

天然氣集中熔鋁爐的主要特點(diǎn)有：氧化物產(chǎn)生少，鋁液燒損率低；鋁液溫度控制確切，誤差達(dá)到±5℃；采用天然氣作為能源，并且煙氣熱量能夠回收利用，有利于節(jié)省能源；燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，煙氣排放達(dá)到了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。熔化設(shè)備計(jì)算參見表5和表6。（以某汽車零部件工廠壓鑄車間年產(chǎn)6000t合格鋁合金壓鑄件為例，生產(chǎn)性質(zhì)為大批量生產(chǎn)，壓鑄車間實(shí)行四班三運(yùn)轉(zhuǎn)工作制。全年工作日為306d，設(shè)備年時(shí)基數(shù)為6060h，工人年時(shí)基數(shù)為1790h，下同）。

我國(guó)的壓鑄生產(chǎn)始于20世紀(jì)40年末，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為世界上壓鑄件的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)之一。從壓鑄件的品種構(gòu)成來看，鋁合金壓鑄件和鎂合金壓鑄件發(fā)展迅速，1995年和2003年，年均增長(zhǎng)率分別為11．95%和35．45%。

2007年，全國(guó)壓鑄件總產(chǎn)量1188920噸，同經(jīng)增長(zhǎng)162%，其中：鋁壓鑄件963220噸、鋅壓鑄件201200噸、鎂壓鑄件18260噸、銅壓鑄件6240噸，目前國(guó)內(nèi)年生產(chǎn)鋁合金等壓鑄件約250萬噸，其中廣東省可約達(dá)56萬噸。重慶可達(dá)38萬噸。江、浙、滬可達(dá)110萬噸。這只是狹義的高壓壓鑄。壓鑄業(yè)持續(xù)高速發(fā)展促進(jìn)了壓鑄模市場(chǎng)需求，年均增長(zhǎng)率高達(dá)20%左右，已形成年產(chǎn)值近百億元的生產(chǎn)規(guī)模。

車間布置及物流

鋁合金壓鑄車間工藝流程

鋁錠進(jìn)廠→材質(zhì)檢驗(yàn)→材料配比→熔化→除氣精煉→熔液運(yùn)輸→保溫爐保溫→壓鑄→去除澆冒口、去毛邊、去毛刺→檢驗(yàn)。

鋁合金壓鑄車間工藝布置

根據(jù)壓鑄工藝，壓鑄車間一般由熔化工部、壓鑄工部、清理工部、檢驗(yàn)工部、鋁錠堆放區(qū)、模具堆放區(qū)、機(jī)修區(qū)、模修區(qū)等部分組成。車間周邊附有冷卻塔、除塵器、變電所等配套設(shè)施。

夾雜

1鐵、 錳、 鉻的作用

鋁合金熔煉時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由重元素組成的固態(tài)化合物沉積在爐床上， 這種沉積物一般叫做爐渣。主要由含有鋁、 硅和大量鐵、 錳、 鉻等在一定的 溫度下的化合物晶粒構(gòu)成， 壓入鑄件就形成夾雜。這些晶粒熔點(diǎn)高、 比重 大，以致于沉積在爐床上。爐渣沉積會(huì)產(chǎn)生有害的結(jié)果， 比如在鑄件中形成 硬質(zhì)點(diǎn)增加合金的粘模性， 降低合金的流動(dòng)性。從理論上講，當(dāng)鐵量超過 0.8%時(shí)，在含鐵過飽和的鋁液和模具鋼完全接觸的情況下， 鐵不會(huì)溶入。 因 此， 壓鑄鋁合金的含鐵量好在0.81.0%之問。錳和鉻在壓鑄鋁合金中， 錳 和鉻往往是被當(dāng)作雜質(zhì)的。實(shí)際上， 錳和鉻或它們化合后， 可將含以鐵較多 的相的組織從針狀改變成立方晶體。這樣， 可提高壓鑄件的韌性和強(qiáng)度。

2氧化夾渣

除去重金屬形成的爐渣， 另一部分夾雜的主要來源為氧化物， 可分為 一次氧化物， 二次氧化物。一次氧化物是指在熔煉時(shí)未通過打渣殘留在鋁 液中的氧化物， 直接進(jìn)入壓鑄件;二次氧化物是指在轉(zhuǎn)運(yùn)、 澆注中， 形成紊 流而與空氣接產(chǎn)生的氧化物進(jìn)入壓鑄件。

3改善措施

嚴(yán)格控制鋁錠的成分， 尤其是重金屬的含量不能超標(biāo)，在來料檢驗(yàn)時(shí) 必須嚴(yán)格要求。另外， 對(duì)熔煉爐要進(jìn)行定期的爐床清理，在澆bao轉(zhuǎn)運(yùn)鋁水 時(shí)， 盡量減小震蕩， 一是可以避免重金屬氧化物進(jìn)入鋁溶液， 二是避免與空 氣的充分接觸形成二次氧化物。定期打渣， 一般每爐待轉(zhuǎn)鋁液都要進(jìn)行打 渣處理， 連續(xù)投料熔煉時(shí)， 周期可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。在澆bao轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)要平 穩(wěn)， 避免濺起。在澆注時(shí)要控制低速， 避免推進(jìn)時(shí)形成紊流。

根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)選擇壓鑄機(jī)型號(hào)。鑄件的外形尺寸、重量、壁厚等參數(shù)對(duì)選用壓鑄機(jī)的影響，主要有以下幾個(gè)方面：

①鑄件垂直于壓鑄模分型面的投影面積。在壓射過程中，為了防止壓鑄模被金屬液體所產(chǎn)生的脹力脹開，壓鑄機(jī)必需有足夠大的合模力。合模力是壓鑄機(jī)最重要的參數(shù)，其計(jì)算公式如下：

P合≥K（PA加PA成tanα）

（3）式中，p合為壓鑄機(jī)的合模力，kN；K為安全系數(shù)，一般取1.2-1.3；P為選用的壓射比壓,MPa；A為分型面總投影面積，cm2；A成為動(dòng)模成型部分投影面積,cm2；α為楔塊傾斜角,（°）。由上述計(jì)算可知，在壓射比壓一定的條件下，鑄件在分型面上的投影面積越大，則壓鑄機(jī)的合模力也應(yīng)越大。所以則壓鑄車間應(yīng)根據(jù)鑄件的尺寸選擇合適的壓鑄機(jī)。

②鑄件重量不應(yīng)超過壓鑄機(jī)壓室的額定容量，但也不能太小，避免造成壓鑄機(jī)能力的浪費(fèi)。

③對(duì)于壓鑄機(jī)而言，其大和小的開型距離都是確定的參數(shù)，所以鑄件的高度和壓鑄模的高度都會(huì)受限。

公用配套

鋁合金壓鑄車間的公用配套較為簡(jiǎn)單，主要根據(jù)設(shè)備的工藝參數(shù)選擇工配設(shè)施。

1）電氣

壓鑄車間的用電點(diǎn)主要集中在車間的壓鑄工部，所以車間的變電所需盡量貼近壓鑄工部進(jìn)行布置，有利于電纜的敷設(shè)。由于壓鑄車間會(huì)產(chǎn)生少量煙塵，電氣設(shè)施要慮要有防塵裝置。

2）天然氣

壓鑄車間天然氣主要用于鋁錠的熔化，用氣壓力為3kPa～5kPa。天然氣從廠區(qū)外的市政中壓管網(wǎng)接來，在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置調(diào)壓站及計(jì)量表房。

3）壓縮空氣

壓縮空氣主要用于熔鋁爐和壓鑄機(jī)?？諌赫镜墓鈮毫?.76MPa。供應(yīng)的壓縮空氣品質(zhì)為：高壓力點(diǎn)2℃-3℃；大含油量1 mg/m3；大塵埃粒徑1μm。

4）循環(huán)冷卻水：

壓鑄車間循環(huán)冷卻水主要用于壓鑄機(jī)模具和液壓系統(tǒng)的冷卻，設(shè)備進(jìn)水溫度t1=33℃,出水溫度tz=50℃，溫差Δt=17℃。一般選用中、高溫冷卻塔。

5）消防措施

壓鑄車間廠房的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類屬丁類廠房建筑。耐火等級(jí)二級(jí)。防火分區(qū)：車間部分為一個(gè)防火分區(qū),生產(chǎn)辦公輔樓為一個(gè)防火分區(qū)，防火分區(qū)之間用防火墻及甲級(jí)防火門隔開。

6）環(huán)保要求

壓鑄車間對(duì)環(huán)境的影響主要是鋁合金壓鑄機(jī)和熔鋁爐工作時(shí)產(chǎn)生的少量煙氣，對(duì)于熔鋁爐通常是通過配套除塵裝置進(jìn)行處理；對(duì)于壓鑄機(jī)產(chǎn)生的煙塵較難處理，由于壓鑄機(jī)分型面不是一個(gè)密閉的裝置，產(chǎn)生的煙氣較難收集，目前主要通過車間的屋脊通風(fēng)器進(jìn)行自然排放

壓射比壓與壓射力成正比，而與壓射沖頭截面積成反比。因此，改變壓射比壓可通過調(diào)整壓射力或壓射沖頭的直徑來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，常用壓鑄鋁合金的計(jì)算壓射力，見表2。

填充速度

壓鑄速度有壓射速度和充填速度兩個(gè)不同的概念。生產(chǎn)中通常用調(diào)整壓射速度（一般為0.2m/s-0.3m/s）、壓射比壓和內(nèi)澆道截面積來調(diào)整充填速度。生產(chǎn)上壓鑄鋁合金常用的充

產(chǎn)品簡(jiǎn)介