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压铸工业的发展历程

发布日期:2022-09-03
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20世纪90年代以后,中国的压铸工业获得了令人震惊的发展,已发展为一个新型产业。目前,铝合金压铸工艺已成为汽车用铝合金成形工艺中运用最广泛的工艺之一,在各种汽车成型工艺方式中占49%。
中国目前压铸公司3000家左右,程茂五金制品就是其中之一压铸件产量从1995年的26.6万吨上升到2005年的87万吨,年增长率维持在20%以上,其中铝合金压铸件占全部压铸件产量的3/4以上。中国压铸件商品的类型呈多样化,包含车辆、摩托、通信、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研发能力的提高,压铸产品品种和应用领域不断拓宽,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年投入商业化生产至今,随着汽车产业的发展和冷室压铸机的发明,获得了迅速发展。
压铸铝合金按性能分成低中强度(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个系列: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升通常伴随着铸造工艺性能的减少,压力铸造因其髙压快速凝固的特征使这类分歧在某些方面更加突出,因此一般压铸件难以开展固溶热处理,这就制约了压铸铝合金力学性能的提升,尽管加氧压铸、真空压铸等是提升合金力学性能的有效途径,但普遍选用仍有一定难度,因此新式压铸铝合金的研发研发一直在开展。
先进的压铸技术早期的立式冷室压铸机的压铸过程只有一个速率压送金属液进到模具,压射速率只有1m~2m/s。采用这种工艺,铸件内部气孔多,组织松散,不久便改善为2级压射,把压射过程简单的分解为慢速和迅速2个阶段,但快速地速率也不过3m/s,之后为了增加压铸件的致密度,在慢速和迅速以后增强了一个压力提升的阶段,变成慢压射,快压射和增压3个阶段,这便是经典的3段压射。
真空压铸法与一般压铸法相比具有以下特点:(1)孔隙率大大降低;(2)真空压铸的铸件的硬度高,微观组织细微;(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,主要有两种方式:(1)从模具中直接抽气;(2)置模具于真空箱中抽气。选用真空压铸时,模具的排气道位置和排气道面积的设计尤为重要。排气道存在一个“临界面积”,其与型腔内抽出的气体量、抽气时间及填充时间相关。
在金属液充型环节中,应使金属液以弥漫喷射情况充型。浇道尺寸的尺寸也对加氧压铸的效果有较大影响,适当的浇道规格既能够满足金属液以紊流方式充满铸型,又可以避免金属液温度下降得过快。氧化物高度弥漫遍布不会对铸件产生不良影响,反倒可提高铸件的硬度,并使热处理后的组织细化。加氧压铸可用于与氧反应的Al、Mg及Zn合金。
目前,选用加氧压铸可生产各种铝合金铸件,如:液压变速箱外壳、加热器用换热器、液压传动阀体、计算机用托架等对于需热处理或组焊、要求密封性高与在较高温度下使用的压铸件,加氧压铸具有技术和经济上的优势。半固态压铸技术半固态压铸要在液态金属凝结时进行拌和,在一定的冷却速度下得到约50%甚至更高固相成分的料浆,然后用料浆开展压铸的技术。
半固态压铸技术目前有两种成形工艺:流变成形工艺和触变成形工艺。前者是将液态金属送进独特定制的压射成形料筒中,由螺旋设备施加裁切使之制冷成半固态料浆,然后进行压铸。后者是将固体金属粒或碎渣送进螺旋压射成形机中,在加热和受裁切的条件下使金属颗粒变为料浆后压铸成形。半固态压铸成形工艺的关键是有效制取半固态合金料浆、精确控制固液成分比例及半固态成形过程自动化控制的研究开发。
为实现半固态成形的自动化生产,美国科学家觉得需要大力推广以下这些技术:
(1)具有自适性、灵活性的棒料运送;
(2)精密的压铸润化及维护;
(3)可控的铸件制冷系统;
(4)等离子除气及处理。
电磁泵低压铸造电磁泵低压铸造是一种新崛起的低压铸造工艺,与气体式低压铸造技术相比,在加压方法方面是完全不同的。其选用非接触式的电磁力直接应用于液态金属,能够降低因为压缩空气不纯及压缩空气中氧的分压太高所带来的氧化和吸气等问题,完成了铝液的稳定运输和充型,可防止因为紊流造成的二次污染。
此外电磁泵系统彻底选用计算机数字控制,工艺执行十分精确、重复性好,使铝合金铸件在成品率、力学性能、表面质量和金属使用率等方面都具有明显的优点。此项技术随着研究的不断深入,工艺也愈来愈完善。
压铸机器的发展通过近几年的发展,中国压铸机的设计水准、性能参数、性能参数、机械系统和制造质量等都有不同程度的提升,尤其是冷室压铸机,由原来的全液压合型机构改成曲肘式合型机构,同时还增加了自动放料,自动喷涂,自动取货,自动切料边等,电器也由一般电源控制改成计算机控制,操控水准大大提高,有的已经达到或接近国际水平,正在向大型化、自动化和单元化进军。
在此期间,国内新的压铸机公司相继崭露头角,其中香港力劲公司是典型的代表,该企业开发了多种国内领先的压铸型号,比如,立式冷室压铸机最大空压射速率6m/s(1997年)和8m/s(2000年初),镁合金热室压铸机(2000年初)匀加速压射系统(2002年),最大空压射速率10m/s及多段压铸系统(2004年6月),实时控制压射系统(2004年8月)和锁模力30000kN的大型压铸机(2004年7月)等。
中小型压铸机仍以国产设备为主。国产压铸机与国外先进的压铸设备的差距主要体现在以下几方面:
(1)总体结构设计落后;
(2)渗油严重;
(3)可靠性差:这是国产压铸机最突出的缺陷,据了解,国产压铸机的均值无故障运行时间不到3000小时,甚至达不到国外50和60时代的水准。而国外一般超出20000小时;
(4)种类规格不全,配套能力差:尽管在立式冷室压铸机方面已基本成系列,但仍有个别断档,如从16000kN到28000kN间就无商品。热室压铸机也缺乏4000kN以上的商品。
程茂五金压铸模具的发展最早的压铸模模芯材料选用的是45?钢、铸钢和锻钢等,因其耐热冲击性差,所以当时使用寿命也较短。随着科技的进步,压铸模芯材料也发生了重大变化,现都采用高温、高强度的3Cr2N8VH13热锻钢做为模芯材料,近年来又使用了进口的8407材料,使模具的使用期大大提高,尤其是近年国内大部分厂都使用了计算机设计及模拟填充技术,使压铸模生产质量大大提高,生产期大大缩短。
中国模具行业发展迅猛,1996年至2004模具产量年平均增长率14%,2003年压铸模当初产值为38亿元。目前,中国国内模具对市场的满足率仅为80%上下,其中以中低档模具为主,大型、繁杂的精密模具,在生产工艺、模具质量和寿命及其生产能力方面均无法满足社会经济发展的需要。研究及发展方向车辆、摩托工业及其汽车附件的消耗和配套产品的需要,为压铸件生产提供了一个广阔的市场,压铸铝合金在汽车上的应用也将不断扩大。
在今后的压铸技术研究与开发中,铝合金压铸的深化依然会是压铸技术发展的一个主要方位。为了适应市场需求,今后应进一步处理以下难题:
(1)应用推广新式高强度、高耐磨性的压铸合金,研究可着色的压铸合金及其用于有特殊安全性要求的铸件等方面的新式压铸合金;
(2)开发质量稳定、成份易于控制的压铸铝。

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