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轻合金铸造的发展动向

日期: 2017-05-18
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众所周知,降低能耗,减少环境污染以及节约地球有限资源是当今人们所面临的一个十分重要而紧迫的任务。在汽车、3C等产品轻量化的总趋势推动下,可以预计,我国今后10年内,有色金属铸件市场,尤其是轻金属铸件市场,将会有大幅度的发展。

各铸件生产大国的有色金属铸件产量占铸件总产量的比例都在14~21%之间,其中铝、镁合金铸件占总产量的比例在13~19%之间,最高的意大利分别达到38%和28%。而我国大陆地区有色金属铸件仅占7.4%,铝、镁合金铸件占5.7%(以上根据2000年产量统计),台湾地区分别占24.7%和20.6%(据1998年产量统计)。由此可见今后我国铝、镁合金的铸件市场还是有相当大的发展空间的。我国政府和行业协会高度重视铸造业面临的发展机遇和严重挑战,并即时采取了相应的对策。以下就铝合金铸造技术开发的方向以及我国镁合金产业化的进展作一扼要分析。

1.铝合金铸造技术开发的方向

铝合金是轻金属材料中最常用的材料 ,发达国家现在90%以上的铝铸件用于汽车业,铝合金铸件对促进汽车轻量化具有重要的作用。但作为量产化的铝合金铸件要满足轻量化的要求应解决的题目还很多。

(1)进一步优化铸造工艺和合金材料的开发

以往按常规的办法选择铸造工艺和材料时,首先应考虑零部件特性和零件的外形。对比较薄的带芯子的复杂铸件采用低压铸造工艺;壳体类薄壁铸件采用压铸;要求高强度的壁厚的铸件采用挤压铸造方法。但是随着汽车的高性能化,对零件要求的性能也进步了,往往对铸件也要求具有薄壁、外形复杂、高强度、高质量的特性。为了适应这种要求,应进行相应的技术开发工作。图1为铝合金主要铸造技术今后开发的方向。

低压铸造工艺拟应进步复杂薄壁铸件的铸造技术,以达到高强度和高生产性要求。一方面应用现有的惰性气体填充和金型抽气方法来进步铝液充填能力,同时可采用计算机控制金型水冷系统和金型温度,以进步铸件质量;并可考虑进行一模多件的技术开发来进步生产性。

对压铸工艺要利用它高的生产性,要求能生产出高质量、复杂化的薄壁铸件。拟采用真空压铸方法防止金属型腔内卷进空气,以获得可进行热处理的高质量铸件。拟开发降低充填速度和充填压力,可使用砂芯的压铸技术,以适应部分原来用低压铸造或砂型铸造方法生产的铸件向要求高强度、高韧性和生产性好的汽车压铸件转移。

对要求高强度、高韧性或高耐压性能的厚壁铸件适于用挤压工艺,今后其应用可看增加。这类零件也适于用半固态成形方法,其应用今后也会增加。从本钱和质量比较各种制造工艺的特点如图2所示。

为了实现上述高质量铸件的要求,相应的合金熔炼、铸造工艺及合金材料的开发也很重要。特别是与特殊压铸工艺特点相匹配的压铸用新合金的开发已提到日程。由于采用低速充填、真空压铸技术后,使T6热处理成为可能。但至今把热处理因素考虑进往的压铸用合金还很少。现常用的两种压铸合金均为Al-Si系近共晶成分,再添加1.5~4.0%Cu,现在直接将它进行热处理的情况是很多的。应当说今后在开发与各种压铸工艺相匹配的新合金的潜力还是不小的。可看通过热处理的手段,大幅度进步材质特性和铸件可靠性,从而使压铸件拓展到至今难以适用的市场往。

应当指出,为适应对铸件严格的要求,各生产企业从铸造工艺和生产技术上加以改进无疑是完全必要的,但它们均有各自的限度。最近的动向是进步铝液质量的题目倍受人们关注。为进步熔体质量净化铝液尤为重要,应尽量减少铝液吸氢量和夹杂物。一般说,决定铸件质量最重要的因素是铝液的质量,即使后续的铸造各个环节多么出色,铝液质量若不好,就不能有好的铸件。影响铝液质量的主要因素是:主成分、微量成分、含气量、夹杂物、温度。要进步铝液质量首先要从原材料进厂抓起,在熔化和铝液处理、浇注、炉前检查全过程中加强治理,再配以先进的硬件,来保证工艺的有效实施。 

(2)降低制造本钱

生产铝合金铸件制造本钱是个大题目,往往很多情况下终极用户是否采用,买卖能否做成,是根据制造本钱来判定的。由于所用的铝合金材料费和模型及工装费昂贵,导致零件制造本钱上升。降低铸造废品,使用便宜适用的材料可降低制造本钱,同时还应进行技术开发,把其它方面的制造本钱降下来。例如,低压铸造可采用水冷金型缩短铸造周期,使用一模多件技术和自动化技术等以进步生产率,延长模具寿命使本钱降低。又如在设计方面,从砂型或低压铸造变为更为适于制造本钱较低的压铸件的零件外形,进行由于一体化减少了零件数的生产设计。

(3)缩短产品开发周期

为了更好满足用户的需求和削减开发本钱,应缩短开发时间,为了在短时间内经济地设计和生产薄壁,复杂的高质量铸件,需要高水平的设计和生产技术。有时在经验基础上试制高质量的铸件因有失误,花往了时间,本钱也随之增加。为此可采用计算机模拟技术,对多种工艺方案先在计算机上进行研究,以缩短开发时间,这也是一项极为重要的工作。

(4)回收再生技术

根据美国铝业协会统计,目前全世界铝的回收率约85%,有60%的汽车用铝来自回收的废物,预计到2010年将上升到90%。生产1吨新的铝锭要消耗能量5090kcal(即1.7万度电),而再生铝锭每吨消耗能量131万Kcal,只有新铝锭的2.6%。同时回收再生铝锭生产时产生CO2量比生产新铝锭大幅度减少,所以从节能,省资源,环保诸方面看,铝的回收再生是时代的要求。我国金属再生行业还比较落后,近年来随着汽车铝合金铸造业的发展,以及市场竞争的加剧已相继建立起现代化的二次铝锭的生产基地,引进了一批先进的设备。今后的课题是:开发从复合材料和异种材料组合的废物中能有效的把铝分离的技术;建立广范围的分散、废弃铝料的经济回收的社会体系;根据新锭料和废物的相对比价以及与汇率等关系,即时把握市场的动向。

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