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    壓鑄模具廠
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    鋁合金壓鑄模具共性問題解讀

    2019-11-02

    通過多年的開拓,我國壓鑄產業蓬勃發展,特別是以上海為中心的長江三角洲和以廣州為中心的珠江三角洲以及重慶為核心的西南地區,它們形成了全國三足鼎立的發展態勢,以汽車為中心的支柱產業形成了一定的規模效應,并成為全球乘用車產能的領跑者,看到這一切的同時,有識之士不妨冷靜思考一下:中國的汽車產業怎樣才能由大至強?以此相應的中國壓鑄產業怎樣又能形成自己的核心競爭力?壓鑄產業涉及頗多領域,現僅從壓鑄鋁合金方面談筆者的體會?!?/p>


    一、壓鑄鋁合金共性問題的解讀:  


    1、概述:在全球范圍內,美國、歐洲和日本是傳統的壓鑄強國,尤其體現在以汽車為代表的支柱產業,它們發展歷史久遠,市場覆蓋面大,多方面積累了豐富經驗,特別是市場競爭力形成了一時難以撼動的地位,其核心競爭力是強大支撐,在我國乘用車銷量全球領跑中,外國具有知識產權的車占有很大優勢和份額,這對我國是一種壓力也是一種以外促內的動力;想當年中國的航空航天工業,由于國外的嚴密封鎖,舉步艱難,在自力更和獨立自主的感忍下,而今卻如日中天的發展!筆者從事航空工業近四十余年,從主編多項航空航天及國家軍用的材料和工藝標準,到多年參與國家航空科技成果專家評審,都親身經歷了這一歷史進程,退休之后通過參與對國內多家企業的歐美訂貨的攻關實踐,深切體會到改革開放以后,我國的輕合金鑄造技術和產業得到了長足發展,產能、規模和質量水平都有較大提升,其中由于航空鋁合金鑄造技術起步早、起點高,國家對其的發展又重點傾斜,所以在軍轉民的有利形勢下,對我國期它領域的拓展起到了一定支撐作用?! ?/p>


    2、壓鑄鋁合金規范的共性:  


    就壓鑄鋁合金化學成份組成規范而言,由于壓鑄成型和凝固的工藝特點,至今有關國家的標準規范其統計表明,主要合金系列基本相同?! ?/p>


    3、關于壓鑄鋁合金壓鑄件質量水平提升的討論:  


    選擇AI-Si系合金作為壓鑄鋁合金的主體,是基于壓鑄工藝和成型凝固特點所決定的,至今它們也是壓鑄鋁合金中應用Z廣,生產量大的合金品種,也正由于這樣暴露的問題比較集中,對許多共性問題必須引起關注?! ?/p>


    其一,關于壓鑄件孔洞類缺陷的剖析:  


    鋁合金在液態下,其與空氣中水分發生反應,生成Al2O3和H2,這種Al2O3組織疏松,且比重與鋁相似,容易懸浮在鋁液中并與H2有很強的吸附作用,即可形成吸附核心。在壓鑄鋁合金的O熔制中大量采用的再生鋁,若預處理不規范必然造成隱患,這一點在筆者考察日企廣州本田熔鑄生產時,其在再生鋁的預處理非常嚴格和規范,筆者印象深刻!Al-Si系合金中Si元素是主元素,它不僅比鋁熔點高二倍以上,而且比鋁還輕,是故熔制中為使其均勻化,在高溫下強烈攪拌是必須的,卷入氣體和造成氧化也是必然的,加之,Si元素的加入降低了H2在鋁液中的溶解度,而且粘度和表面張力亦增加,阻礙了鋁液中氣泡的形成和上浮,這些都是Al-Si系壓鑄合金鑄件形成孔洞缺陷的原因所在,為此鋁合金熔煉中隊合金精煉工序特別重視,以往概念是除氣,許多對缺陷的失效分析表明,現今對精煉工序均以凈化處理,即精煉處理過程,既對合金除氣又要除渣,否則事倍功半,對合金的凈化處理裝置也進一步優化?! ?/p>


    它是通過旋轉的端頭石墨制轉子上的分配孔將純氬氣導入,并以氬氧為載體將精煉熔劑導入進行精煉的合金液旋轉的渦流中從而起到既除氣又除渣的作用和效果?! ?/p>


    其二,壓鑄件中金屬間化合物及硬質點的解讀:  


    Al-Si系二元系為主的壓鑄合金車壓鑄件機械加工過程常發現的是硬質點,特別是Al-Si-Cu系合金,經顯微分析表明,多為金屬間化合物,以三元的為多,也有初晶硅質點?! ?/p>


    這些缺陷的形成在鋁合金壓鑄條件中時有發生,一則是壓鑄的預處理不規范,烙煉中精煉和凈化過程不徹底,這些隱患在壓鑄的生產過程中暴露的特別敏感而同樣的類似合金在重力鑄造中卻不易顯現,再者,壓鑄的生產過程中對澆口截面積的大小、比例關系其涉及流速和紊亂在噴射的形成,若排渣和排氣系統設計不到位也將導致缺陷的產生,在此需強調指出在所有鋁合金系列中Al-si系中對氣體遺性也敏感,因此對壓鑄合金錠的熔制,原材料的預處理都需引起關注,壓鑄中生產對壓鑄合金錠的入廠驗收也需引起重視?! ?/p>


    其三,承受壓力的壓鑄件氣密性問題缺陷的解讀:  


    壓鑄件中承受氣壓和水壓、油壓等耐壓件由于氣密性不足發生滲漏時有發生,特別形狀復雜、壁厚不均勻的壓鑄件產生類似的缺陷也屢見不鮮,我們的體會是:首先要把好壓鑄件的試制關,模具設計和制造是否能滿足壓鑄件的質量是否能達標和穩定,更主要看試件的冶金質量,其壓鑄件表面質量以及透視的內部質量結果,而且必須有3~5批的生產試制的穩定結果(少量)Z后尚需通過壓鑄件加工考核,其中對模具的合格驗收是重中之重,它涉及在模具調試中的澆道設計、型腔的熱平衡的分析,排渣排氣道的設計,以及循環、水冷、涂料噴涂,局部冷卻等措施的采取,如果對壓鑄件的要求氣密性是至關重要的技術要求,各種措施的采取仍有不確定性,為確保壓制件的質量Z后尚需采用浸潤處理解決壓力滲漏件是行之有效的措施?! ?/p>


    二、關于壓鑄鋁合金延伸和發展途徑的討論  


    1.概述:  


    近年來對壓鑄鋁合金延伸和發展的討論頗多,許多研究單位和學校做了許多有成效的工作和嘗試,并取得了可喜的成果,就整個壓鑄鋁合金的發展而言,提高其材料的性能和工藝水平是擴大鋁合金壓鑄應用的關鍵,就支柱產業的汽車的發動機遇如缸體及齒輪箱殼體等關鍵件都已成功的大量生產,輪轂的批量成熟生產并大批出口歐美國家,這些為汽車的輕量化開拓了前景,但如何將壓鑄件從汽車發動機向整車方面延伸將原有的變形鋁合金制作的焊接件,鉚接件和沖壓件用壓鑄鋁合金取代,從而發揮壓鑄件整體性增強,剛性好及進一步減輕重量,提高生產效能等的優勢,歐美國家特別是德國這方面的發展經驗表明這一切,為此壓鑄鋁合金塑性必須大幅度提高至延伸率大于10%而且要求其強度以其匹配?! ?/p>


    2.高塑性壓鑄鋁合金的試制和研發:  


    壓鑄鋁合金的高塑性的要求是壓鑄件深入發展的必然要求,也是擴大鋁合金壓鑄應用的必經之路,多年來的實踐表明,它也是壓鑄發展道路上的瓶頸。我們與美國通用汽車GM公司技術溝通,了解了他們對高塑性壓鑄鋁合金的基本要求,制定了以Al-si-mn-mg為基礎的合金系研制方案,并通過嚴格限制Fe含量并以Sr變質處理和通過熔制時的凈化處理以及真空壓鑄的實施方案,得到的多爐測試壓鑄件和試棒并進行T7的固溶處理和高溫時效處理,并通過大數據的處理,對測試數據的分析表明,峰值為18%,這爐的平均數值為9%~12%這一結果與GM公司已基本要求相吻,更進一步的深入工作有待繼續?! ?/p>


    我們也試制了AI-Mg-Si-Mn的非熱處理型的高塑性壓鑄鋁合金的方案,由于熔煉時高溫下鎂的氧化燃燒和造渣的影響,而且在工廠條件下難于控制,試驗數據分散難于找到規律,故暫停了,原設想若不熱處理,得到壓鑄合金的高塑性,不僅減少工序,縮生產周期,更重要的是高溫的固溶處理是壓鑄合金的一個難以通過的一道坎!但以AI-Mg為基的高塑性壓鑄鋁合金德國做了不少卓有成效工作,其中涉及多工序的密切配合。綜上所述從我們已做的實踐表現,確定了GM公司的基本合金系列方案是:熔煉中采用凈化處理加上真空壓鑄以及T7的固溶處理和高溫時效是實現壓鑄鋁合金高塑性的有效途徑之一?! ?/p>


    3.討論  


    壓鑄鋁合金是有色合金壓鑄的主體,而AI-Si系列合金又是壓鑄鋁合金的主體,壓鑄產業的發展是任重而道遠,它涉及高性能合金的研發及工藝途徑的開發,實踐表明,以企業為中心結合有關高校和研究單位的結合是明智選擇,我們已取得的相關成果已得到證實?!?/p>


    要實現壓鑄整體產業的振興,壓鑄機性能的提升,壓鑄模具設計和制造水平相應提高也非常重要,特別是許多國外技術軟件引進和應用,其用什么方法驗證?值得斟酌?! ?/p>


    現有的鋁合金國家標準已經失效,多年來已失去引用價值,這是一個悲哀!所以組織有關部門和有關力量編制符合我國壓鑄發展現狀和與國際接軌的新國家壓鑄標準是刻不容緩的當務之急!


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