真空压铸和普通压铸方法相比

真空压铸和普通压铸方法相比，生产效率几乎一样。不过真空压铸法可消除或减少压铸件内 部的气孔，提高压铸件的机械性能和表面质量;大大减少型腔的反压力，可使用较低的比压 及铸造性能较差的合金，在改善了充填条件，还可可压铸较薄的铸件；真空压铸模具的设计取决于产品结构、质量等要求，需考虑的因素与传统被动排气模具 是一致的。真空压铸模具的型腔抽真空时，模具分型面不需要增加密封圈，但要求模具表面 平整，无飞料！有一点，真空元件的排气点一定要设置在定模块上，否则会造成排气胶管拖 动而过早损坏！总之，真空压铸生产是一个影响因素众多，彼此干涉交错而非常复杂的工艺。要做到基 本数据、信息收集全面，分析透彻，尽可能充分考虑所有的外部条件。确保设计优质的模具， 才能生产高质量压铸件。现在，这项技术正广泛应用于多家全球领先的汽车制造商，同时现证明真空压铸技术生 产后的压铸件可以采用焊接、热处理等加工手段，常温性能也有一定的提升：如目前已经成 功的在冷室压铸机上利用真空压铸法生产出AM60B镁合金汽车轮毂，在锁模力为2940kN 的热室压铸机上利用真空压铸法生产出AM60B镁合金汽车方向盘，压铸件伸长率由8%提 高到16%以上。真是其真空压铸技术具有工序简单，操作方便，和普通压铸方法几乎一样的生产效率， 扩大了它的推广效果。真空压铸技术以它强大的生命力，随着相关技术的提高，其应用将会 更加的普及。上世纪后叶，通过在模具上开设齿形集渣包，将所有排气槽都连接到齿形集渣包，再将齿 形集渣包与真空系统相连接。在压铸过程中，当冲头运动越过压室的浇料口时，启动真空系统，当冲头运 动停止前关闭真空系统。此真空系统要求模具表面光滑，动模、静模之间密封性能良好，能取得较好的真 空效果，减低产品的内部气孔。半固态金属的流变特性是指在外力作用下半固态金属的流动、变形性能。研究 半固态金属的流变特性对半固态金属的制备和成形技术具有重要的指导意义。当 金属液中固体金属颗粒的组分大于0.050.1时，其流变行为即呈现非牛顿体 型。在更高的固体组分(0.50.6 )时，浆料呈非线性粘塑性，具有宾汉(Binghan) 流体的特性。虽然合金成份、半固态金属的制造条件、固体相的形状与大小等因 素对半固态金属的流变性能都有影响，但固相组分的数量对流变性能的影响最 大。通常用半固态金属的表观粘度作为其流变性的指标。通过在一定剪切变形速 度及冷却条件下的搅拌试验，测定了在不同固体组分下的铝、铜、铁半固态金属 的表观粘度，见图1，并采用悬浊液的粘度公式对表观粘度与固相率的关系进行 回归分析，得到如公式(1)所示的半固态金属表观粘度表示式： VO.OOtV* 43. E U.Tfl o4哄AL-95/h(LWLN* 144 O.U姓刮gO.WIO/d B.l 廿.短丁一口见-tiiCuWs.TL.Q 0.6ZE. 瞿实科 合金 并切空 dg - A*-眇号1L7L/1D.K144/1 站上 。.责图1固相率与表观粘度间的关系(曲线为回归结果)|写 mC/-耻.、if 一牛1的义祯哗点”方倾尸毕(1) 式中：n厂半固态金属表观粘度，Pas, n La金属液表观粘度(Pa.s), p m一合 金密度(kg.m-3), C凝固速度，s-1， 一剪切变形速度，s-1， f 一固相率。s由于半固态金属浆料中的固相率主要由半固态金属的温度来决定，因此在实 际应用中温度的控制非常重要。使半固态金属发生变形时的剪切应变率对表观粘 度也有很大影响。用高温旋转粘度计对稳定状态的半固态A356铝合金的表观粘 度进行了测定，结果如图2所示。该表观稳定态粘度可以用公式(2)的形式来表 示：图2 A356铝合金浆料稳态表观粘度与剪切率的关系式中：n 一表观粘度，一剪切率，C一稠度，m一为指数，其数值为-1.2至-1.3。上述情况都是在搅拌试验进行几十分钟，粘度不再变化，达到稳定状态时得 出的结果。对于连续冷却状态，则表观粘度较稳定态的稍高。在实际成型加工中， 半固态金属充填型腔的时间只持续几秒钟，在这一瞬间由于液体相的粘度，固体 颗粒的数量、大小、形貌均在变化，情况变得十分复杂。文献3通过对锡-15% 铅所作的试验后指出，在给定的结构下，半固态浆料的瞬时结构特性为随着剪切 率的增加表观粘度有所增加。nextpage将搅拌的半固态金属浆料凝固后再重新加热至半固态，由于半固态金属的触 变性，当切变速率很小或等于零时，半固态金属的粘度很高，可以象固体一样夹 持及搬运，而当其受到较高剪切应力，产生较大切变速率时，粘度迅速降低，变 得与流体一样很容易成形。和其它具有触变性能的材料一样，半固态金属浆料也 具有滞后回线现象，如图3所示。对于初晶为树枝状的半固态合金，当固相率达 到0.3左右就无法流动，而初晶形状为近乎圆形的半固态合金，即使固相率超过 0.5,也还有流动性，这说明凝固时晶粒形态对流变性有重大影响。制造半固态 金属浆料时，搅拌速度、冷却速度及固相组分对非树枝状结构的生成具有如图4 所示的影响4。图3半固态金属剪切应力与粘度的触变现象较做的冷却犁 软高的携并速度图4非树枝晶结构生成机理示意图2半固态金属的制备生产中常用机械或电磁搅拌的方法来制备金属浆料，用这两种方法可以得到 固体组分的颗粒大小在50100. m范围内的浆料。图5为采用机械搅拌方式连 续生产金属浆料的装置5。对于铝、铜合金和铸铁，该法可实现固相率为0.5 的浆料的连续生产。机械搅拌也可采用剪切冷却辊方式】6。电磁搅拌法与机 械搅拌相比，减少了搅拌器对浆料的污染，但在制备高固相率的浆料时，搅拌速 度会急剧降低，表观粘度迅速增加，使浆料的排出发生困难。图6为一种采用半 固态金属制造铝基复合材料的电磁搅拌装置】7。该装置中的4对磁极以0 3000r/min的速度回转。为了使浆料产生三维运动，磁铁与旋转中心轴之间有 10的偏转角，呈螺旋形放置。采用该装置已制造出A356铝合金为基体，加入 平均颗粒尺寸为2叩m的20vol%SiC颗粒的复合材料锭。图5机械搅拌式半固态金属制造装置图6制造铝基复合材料用电磁搅拌装置nextpage 日本发明了一种制备触变成型用坯料的方法，在含Si量为4%6% 的铝合金中添加0.001%0.01%的B及0.005%0.30%的Ti,合金液的过热度不 超过液相线以上30C，再以1.0C/s以上的冷却速度在凝固区间冷却，可得到 200 Mm以下细小等轴晶的铸坯。还可以采用应变诱发熔体活化等方法来制备 半固态金属成形用的原材料。3半固态金属的成形与应用对于各种合金只要有固、液相同时存在的凝固区间，都可以进行半固态金属 成形加工。已经对铝、镁、锌、铜合金及钢、铸铁、镍基超耐热合金、复合材料 进行过许多试验研究。目前应用的合金还是直接取自现有的铸造或锻造合金系 列，例如铝合金为3XXX系列铝硅铸造合金及2XXX、7XXX系列锻造合金。应用得 最多的为A356合金，其凝固区间约为60C。镁合金则主要为AZ91D。至今专门 应用于半固态成形的合金的研究工作还做得不多。在美国和西欧铝、镁合金的半 固态成形主要用于汽车零件的生产。日本则对黑色金属的半固态成形作过较多的 研究。3.1压铸目前生产中主要采用触变成型压铸铝合金铸件，如图7所示。在西欧比较有 代表性的公司是瑞士和德国的Alusisse/Alusingen，意大利的Stampal及法国 的Pechiney。在德国Singer的Alusingen工厂装备了 9800kN的压铸机及同时 能加热12个坯料的加热工段，该生产线于1996年投产，主要生产汽车零件。 由半固态金属压铸件上切取的试样的机械性能如表1所示10】。Stampal公司除 用该法大量生产汽车零件外，还生产航空和航天用构件，其典型产品为福特Zeta 发动机的燃油分配器。美国宾夕法尼亚洲Johnstown的Concurrent Technologies Corp.(CTC)起着国防部的金属加工制造技术国家中心(NCEMT)的 作用。该公司用触变压铸成形法生产的A356铝合金铸件的机械性能为 O =315MPa,。=266MPa, 6 =12%。正在进行的一项具有挑战性的新研究项目为 生产用于LPD-17两栖攻击舰的钛液压操纵阀。目前用半固态金属压铸法生产的 最大构件质量达6.7kg，系牌号为“欧洲人”汽车的后部悬挂构件，并已于1995 年投产。用该法压铸的汽车构件还有主制动器缸体、齿轮齿条传动的操纵壳体、 转向横拉杆头、喷油轨、托架等。触变压铸成形也可在立式压铸机上进行，日本 已在这方面取得了专利11】。图7半固态金属压铸流程图表1半固态金属压铸件上切取试样的机械性能状态O b/MPaA356357O /MPaA356357)6 /%A356357HBA356357铸态2242241121191476075T4(520C，2h水淬，4天室温)25228013315420157085T5（180C，2h 空冷）2662941892031058090T6（520C，2h 水淬，160C，7h）322336245266129105115典型的压铸合金(380)336168380典型的金属铸造合金(A356 T61)2872101090日本才、 (株)采用流变成形法对半固态AC4C合金(Al-7%Si-0.3%Mg)进 行了连杆的压铸，此时将经机械搅拌的金属浆料放入耐火材料制造的容器中直接 供给立式压铸机。所得连杆的尺寸精度与密度均优于金属液压铸的。由于半 固态金属压铸可以明显降低铸型温度，为黑色固态金属的压铸创造了有利条件。 试验表明，铸铁可以采用流变或触变铸造的方式进行压铸。将铸铁在1637K熔 化后以500r/min的速度搅拌至1408K(低于液相线温度65K)制成半固态浆料，在 2450kN的立式压铸机上可成功地压铸成100 X150X6(mm)的板状件。触变压铸 成形时，将铸铁坯料放在卧式压铸机的压室部位，高频加热至固相率为0.2的半 固态，压铸成壁厚为3mm的铸件，其机械性能如表2所示。日本还发明了有 关的专利区。除上述方法以外，还可将不同金属粉末混合压实后加热至半固态 压铸零件Ko表2铸铁压铸件的机械性能状态O /MPa6 /%原材料(片状石墨铸铁)2450半固态压铸件3582.93973.84052.9nextpage3.2 锻造半固态金属锻造与半固态金属触变压铸实质上并无明显差别，其主要不同之 处在于半固态金属在锻造设备上加工成形。锻造半固态金属可以在较低的压力下 进行，如图8所示用，这使得一些传统锻造无法成形的形状复杂构件可以用半 固态金属锻造方法来生产。在半固态金属锻造领域中占领先地位的是美国 Alumax 公司的子公司 Alumax Engineered Metal Processes(AEMP)。位于田 纳西州Jackson的工厂耗资7500万美元，利用该公司拥有的半固态金属锻造专 利技术，每年能生产2.25万吨高质量的汽车零件。该公司最近在阿肯色州的 Bentonville又建造了一个生产汽车零件的工厂，该厂装备有二条完整的半固态 金属锻件生产线。其生产流程为将铝合金液冷却至半固态，用电磁搅拌装置搅拌 后在水平连铸机上铸成坯料，其晶粒直径约为30p m。切断的坯料感应加热至半 固态(固相率约为0.5)，在立式压力机上锻造。锻造速度每秒几百mm到一千多 mm，模压从几MPa到十多MPa，甚至更高。材料的加热、运送、夹持和锻造均实 现了自动化。Alumax生产的第一个半固态锻件为福特汽车空调压缩机前、后外 壳。克莱斯勒公司214匹马力3.5L24气门V-6发动机上也首次使用Alumax的半 固态锻造铝合金摇臂轴支座。由于减少了机械加工，357铝合金半固态锻件支座 的单价较球铁的还低13美分。代替球铁的另一个零件是皮带轮枢轴托架，其重 量由球铁的0.31kg减为0.16kg。米用半固态锻造后衬套与皮带轮安装螺柱可以 整体地成型在枢轴托架中，与球铁件相比，每个半固态锻造的铝件可节约费用 2.15 美兀15。图8固相率对压缩变形抗力变化的影响3.3压射成形1988年美国DOW Chemical Co发明了一种新的半固态金属成形法，该法 将普通压铸与注塑成形这两种工艺结合在一起，取消了通常的熔化设备，是一种 一步成形的半固态镁合金加工方法，并取得了专利。1990年后在密执安的Ann Arbor成立了独立的Thixomat,Inc.从事该项技术的商业性经营。第二代设备于 1991年10月投入使用。由HPM公司制造的3920kN半固态触变成形压射设备主 要由两部份组成，其模具的锁型机构与普通压铸机的相同，而压射机构则采用带 电热装置的螺旋式压射机构，其原理如图9所示16。颗粒状的AZ91D镁合金通 过加料器加入到多段控温的圆筒中，为防止氧化从加料器处通入氩气，圆筒内装 有可前后运动及旋转的螺旋搅拌器。圆筒用感应与电阻两种方式加热。转动的螺 旋将加热至半固态的原材料向前输送，材料在混合的同时受剪切力的作用，当一 定数量的半固态镁合金进入螺旋前方的储存室后，螺旋即以预定的速度向前运 动，将金属浆料压射入模腔，压射完成后，螺旋向后回复到原位。该设备的生产 率为123kg/h，可以生产的最大零件的质量为1.5kg。对于AZ91D镁合金压射温 度为580，较普通压铸低7080C，此时金属浆料的固相率为0.3。设备从室 温启动到达到工作温度约需90min。螺旋压射时的速度为250380cm/s，半固态 金属所受的压强为3155MPa。设备由计算机控制，运行1h的平均能耗约为29kW。 该法生产的零件尺寸精确，性能也较压铸的更为优越，见表3。而镁合金零件的 价格则较热室压铸机生产的低10% 17。利用该技术已生产了 50万个以上的调整 器变速箱壳体，生产的零件还有工业电子显示器框架、铰接件、电子仪器壳体等。 利用该项技术已有40多种零件通过了原型试验，遍及汽车、电子及消费品各个 领域。图9镁合金压射触变成型设备示意图表3镁合金半固态压射与压铸时的性能比较方法合金 1=1 3121O s/MPaO b/MPa6 /%方法零件气孔率/%方法零件气孔率/%压铸AZ911582093.3压铸试棒3.2压铸变速箱壳 体3.4半固态压 射AZ911612103.9半固态压 射试棒1.7半固态压 射变速箱壳 体1.4矿产新闻录入：admin责任编辑：admin上一篇矿产新闻：铝硅合金生产、消费和可行性研究下一篇矿产新闻：地质导向钻井工艺研究综述【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】网岌评论没有任何评论相关矿产新闻MORE ：没有相关矿产新闻 发表评论MORE ：用户名Emaill评价等级12。34 & 51UkAVDC专利技术具备了高强度、高韧性铸造合金的空间稳定性及大型模具部件的尺寸优势， 使汽车车门内部覆盖板在除了复合印花铝板或钢板以外，有了更多轻量材质的选择。此项创 新专利已被多家全球领先的汽车制造商应用，在最近与日产公司 合作的高性能运动轿车 GT-R中也得到了充分体现。真空压铸近年进入我国压铸行业，以改善压铸过程中成型条件和铸件内在质量。在家电、仪 表、阀体类模具采用此项技术。高真空压铸技术适合于高强度高韧性、复杂薄壁零件的生产, 特别是在轿车受力保安件的制造上具有很强的技术和效率优势。采用高真空压铸技术生产高 附加值的压铸零件，能增强企业在高端压铸件市场的竞争力，提高企业的经济效益，促进企业 的技术进步。国内压铸企业众多，但应用高真空压铸技术的却非常少，因此本技术具有非常好 的市场前景。1真空压铸法的概念真空(vacuum)一词来源于拉丁语的“vacuus意思是空 (emp-ty)。让我们还是从基本的物理定义说起:真空是指绝对无物质的空间。日常中指封闭的 空间内，其空气或其它气体已被排出至非常高的程度。感觉上是一种空荡无物的空间。真空 压铸法是将型腔中的气体抽空或部分抽空，降低型腔中的气压，以利于充填成型和合金熔液 中气体的排除，使合金熔液在压力的作用下充填型腔，并在压力下凝固而获得致密的压铸件。2高真空压铸方法及工作原理高真空压铸技术目前主要有两种：一是由德国 Muller-Wein-garten公司和Vaw公司联合研发的Vacur.(本文共计1页)继续阅读本 文 弓