現(xiàn)階段中國壓鑄技術(shù)的研究及其進展

1 壓鑄的研究與生產(chǎn)現(xiàn)狀 

    中國的壓鑄業(yè)從生產(chǎn)效率、壓鑄機質(zhì)量和生產(chǎn)技術(shù)等綜合水平來看，與壓鑄先進國家相比還相當落后，但是，在數(shù)量上和從業(yè)人員方面我國具有一定優(yōu)勢；另外，壓鑄市場容量較大發(fā)展空間比較充裕，近幾年的發(fā)展速度很快，也為我國盡快接近和趕超世界先進水平提供了可能。東南亞各國經(jīng)歷了1997年金融危機后，壓鑄業(yè)也發(fā)生了一定的變化。香港生產(chǎn)力促進局姜永正先生，根據(jù)東南亞壓鑄業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析了各種工業(yè)與壓鑄業(yè)的關(guān)系及經(jīng)濟形勢對其影響。認為金融危機，導(dǎo)致東南亞各國壓鑄件產(chǎn)量急劇下滑，但是東南亞各國通過開放新的部門來吸引外國直接投資，或使資金流動更快的方式來恢復(fù)經(jīng)濟。這些優(yōu)惠政策為經(jīng)濟增長提供了商機，同時也帶動了壓鑄業(yè)的復(fù)蘇，充擠壓鑄造技術(shù)發(fā)展狀況也是本次會議的重點關(guān)注內(nèi)容。兵器工業(yè)集團第五二研究所的齊丕驤先生，從中國擠壓技術(shù)發(fā)展史、擠壓鑄造設(shè)備的發(fā)展、擠壓鑄造產(chǎn)品的開發(fā)、擠壓鑄造工藝技術(shù)的研究進展等方3面，概述了中國擠壓鑄造的現(xiàn)狀。既看到了近年來中國擠壓鑄造業(yè)取得的成績，同時也看到了在產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用方面存在的差距。認為，繼續(xù)發(fā)展中國的擠壓鑄造必須加強下述3方面的工作：

    ①大力擴充擠壓鑄造產(chǎn)品的市場空間，不斷發(fā)展質(zhì)高價廉的新產(chǎn)品

    ②對落后的擠壓鑄造設(shè)備進行技術(shù)改造，以提高工藝穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率；

    ③提高技術(shù)水平，提高模具的設(shè)計及加工水平，為企業(yè)發(fā)展提供后勁。

    鎂合金是近幾年國際上比較關(guān)注的合金材料，對鎂合金的研究開發(fā)，特別是鎂合金的壓鑄、擠壓鑄造、半固態(tài)加工等技術(shù)的研究更是呈現(xiàn)遍地開花的局面。香港生產(chǎn)力促進局的姜永正先生，對香港和珠江三角洲地區(qū)近幾年鎂壓鑄工業(yè)的迅速發(fā)展的情況進行了總結(jié)分析，預(yù)測鎂壓鑄在這一地區(qū)仍然具有很好的發(fā)展?jié)摿?。其原因主要是?/span>

    ①中國“入世”后具有高的和穩(wěn)定的經(jīng)濟發(fā)展速度，為香港和珠江三角洲地區(qū)鎂壓鑄工業(yè)的發(fā)展提供了機遇；

    ②這一地區(qū)在亞洲處于良好的地理位置，為鎂壓鑄產(chǎn)品的全球性運輸提供了方便

    ③該地區(qū)發(fā)達的金屬加工和模具制造等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為鎂壓鑄業(yè)結(jié)構(gòu)快速調(diào)整和降低成本創(chuàng)造了條件；

    ④悠久的壓鑄歷史和低的運行成本，提升了這一地區(qū)鎂壓鑄業(yè)的競爭力。

    日本菱沼壓鑄株式會社的菱沼省三先生介紹了日本鎂合金用于IT產(chǎn)業(yè)的情況，重點介紹了用于生產(chǎn)IT產(chǎn)業(yè)的鎂合金壓鑄的注意事項和新技術(shù)，以及菱沼壓鑄機的特點。其中，經(jīng)過加裝電氣加熱系統(tǒng)和改進伺服油路系統(tǒng)，提升熱室壓鑄機的鑄造能力，實現(xiàn)了高速無飛邊壓射，既減少了回收料又提高了鎂壓鑄件質(zhì)量，是該壓鑄機的主要特點。

    2 深入發(fā)展的鎂合金及其成形技術(shù)

    近幾年，鎂合金的研究主要集中在新合金的開發(fā)和新的成形技術(shù)上，目的是擴大鎂合金的適用范圍。鎂合金耐熱性差是限制其應(yīng)用的主要問題之一，

提高耐熱性可以擴大應(yīng)用范圍。為此，世界各國開展了大量的研究工作。目前，提高鎂合金耐熱性最基本的做法是向合金中添加稀土元素。

沈陽工業(yè)大學的劉正先生，開展了向壓鑄AM50合金中添加釹元素改善合金耐熱性的研究工作，

    其中釹的加入量為0.417%,（質(zhì)量分數(shù)，下同）。研究結(jié)果表明，釹加入后，合金從室溫到200℃時的力學性能均得到了改善，極限抗拉強度、屈服強度和伸長率均得到了提高。釹元素的作用是形成金屬間化合物Mg9Nd的高溫強度得到提高。許多鎂合金壓鑄件在使用時將承受一定的摩擦和磨損，而其磨損行為的研究工作至今卻開展得相對較少。吉林大學的楊曉紅女士開展了稀土鎂合金磨損行為的研究，重點研究了AZ91D合金中加入不同量稀土元素，對合金的摩擦系數(shù)、磨損失重及摩擦表面形貌的影響，從而確定了稀土鎂合金的磨損失效形式。研究結(jié)果顯示，在干摩擦條件下，隨著稀土元素加入量從0.2%增加到1.0%，合金的摩擦系數(shù)和磨損失重均依次減小，有效地延緩了從輕磨損到嚴重磨損的彌散分布于合金基體上，抑制了晶界的滑移，使合金過渡。布于合金的基體中，這種效果對提高35元素的固溶擠壓和半固態(tài)加工技術(shù)是提高鎂合金制件性能的有效途徑，這類技術(shù)的應(yīng)用是當前的研究熱點。在本次會議上宣讀的有關(guān)鎂合金壓鑄方面的學術(shù)論文中，

    采用擠壓或半固態(tài)成形技術(shù)的占有相當大的比例，體現(xiàn)了研究者的重視程度。沈陽工業(yè)大學的袁曉光先生，系統(tǒng)地研究了電磁攪拌對合金組織的影響。研究發(fā)現(xiàn)，攪拌可以降低Zn元素在?-Mg17相的偏聚程度，使其較均勻分布這種效果對提高Zn元素的固溶強化效果和改善合金的耐腐蝕性均十分有利。華中科技大學的羅吉榮先生研制出了半固態(tài)流變壓鑄成形機，并對該機的流變成形性進行了較系統(tǒng)的研究。試驗結(jié)果表明：該成形機具有熔化、保溫輸送、半固態(tài)漿料制備與冷室壓鑄機于一體的優(yōu)點，工藝性穩(wěn)定、成本低、操作簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、溫度控制精確，對鎂合金的剪切速率可高達2000-20000s-1,固相率可在5%-50%,范圍內(nèi)調(diào)整等特點。鎂合金表面防腐處理是開發(fā)鎂合金零件的重要相關(guān)技術(shù)之一，決定著鎂壓鑄件的實際應(yīng)用，也是世界各國十分關(guān)注的研究內(nèi)容。日本美麗龍化學工業(yè)股份有限公司的若原辛藏先生介紹了鎂合金的非鉻酸鹽處理體系。該項處理技術(shù)是1997年申請的專利，已被7家日本公司、7家中國臺灣公司和1家中國大陸公司使用，收到了良好的效果。在本次會議上若原辛藏先生介紹了該項技術(shù)的開發(fā)經(jīng)過，并以筆記本計算機框體為例介紹了處理流程、管理方法和廢水處理等。日本Otsuka化學株式會社在會上也介紹了該公司用于鎂合金表面處理的清洗防銹劑——洗亞丹(SHADAN)。該化學處理藥劑主要特點是不含鉻和氟等元素，對環(huán)境不構(gòu)成污染，操作安全；采用的有機防銹劑，易在高溫下分解，不污染回爐時的合金，

    且處理工序簡單；處理后鎂合金表面薄膜為蟄合物，具有優(yōu)良的噴涂附著性和持久的耐腐蝕性；表面膜是納米數(shù)量級的薄膜，電阻低，EMI性能好。

    3 備受關(guān)注的鋁、鋅合金擠壓鑄造技術(shù)

    在本次會議上，有關(guān)鋅、鋁合金壓鑄問題的學術(shù)論文數(shù)量僅次于鎂合金，說明鋅、鋁合金壓鑄仍然是壓鑄合金的一大主流。但是，與前兩屆壓鑄國際會議相比，擠壓（液、固態(tài)）鑄造、半固態(tài)擠壓鑄造等技術(shù)更受重視。瑞士布勒公司的Leo

    Iten先生針對未來輕型汽車對構(gòu)件塑性、可焊性和表面質(zhì)量要求的提高，需要采用真空壓鑄的特點，介紹了布勒公司的鋁合金真空壓鑄工藝。采用這種工藝壓鑄的鋁合金件，具有可焊接、可進行熱處理的特點，鑄件的伸長率和表面質(zhì)量隨著真空度的提高而提高，完全可以滿足未來輕型汽車的要求，并具備操作簡單、經(jīng)濟、靈活等優(yōu)點?？梢哉f，這種鑄造工藝讓我們看到了高壓鑄造廣闊的發(fā)展前景。

    半固態(tài)坯料二次加熱是半固態(tài)加工技術(shù)的關(guān)鍵工序，其目的是球化枝晶組織，獲得半固態(tài)漿料，這也是獲得高性能半固態(tài)擠壓制件的關(guān)鍵之一。為了獲得均勻的半固態(tài)漿料，二次加熱時需要精確控制坯料的溫度和分布均勻性。然而，受加熱方式的限制，獲得溫度精確、分布均勻的二次加熱坯料，尚存在許多問題。為此，上海大學的許珞萍女士開展了非枝晶Al-Si-Mg合金感應(yīng)加熱溫度場的研究。這項研究是在感應(yīng)加熱的基礎(chǔ)上，采用溫度場數(shù)值模擬和溫度場實測的方法，研究加熱電流頻率、試樣形狀和尺寸等對加熱溫度場的影響。這項研究的意義在于為制定合理的半固態(tài)二次加熱工藝提供了依據(jù)。液態(tài)擠壓工藝參數(shù)是影響擠壓合金鑄件組織結(jié)構(gòu)和力學性能的重要因素，開展相應(yīng)的理論研究十分必要。沈陽工業(yè)大學的李榮德先生，從理論上對擠壓工藝參數(shù)與擠壓過程的關(guān)系進行了研究，推導(dǎo)了擠壓鑄件局部凝固時間與凝固層厚度的關(guān)系，保壓時間與凝固時間的關(guān)系，最終得到了擠壓工藝參數(shù)、鑄件參數(shù)、凝固熱力學與動力學條件之間的關(guān)系。這項研究豐富了擠壓理論，為實際生產(chǎn)中確定合理的擠壓鑄造工藝參數(shù)提供了依據(jù)。近幾年，利用壓力鑄造制備復(fù)合材料的技術(shù)得到了發(fā)展，為復(fù)合材料的制備提供了一條新途徑。西北工業(yè)大學的齊樂華女士利用液態(tài)擠壓技術(shù)進行了

    Al2O3/LY12復(fù)合材料管、棒材的制備研究。這種新工藝直接將非連續(xù)物增強金屬基復(fù)合材料制備成管、棒等型材類制品，省去了液態(tài)模鍛法所需的擠壓、軋制等二次成形工序；廣西大學的曾健民先生也用低壓鑄造技術(shù)制備了碳化硅顆粒增強復(fù)合材料，較系統(tǒng)地分析了充型的動力學，模擬了影響充型過程的因素。這些研究為低壓鑄造生產(chǎn)復(fù)合材料制件提供了指導(dǎo)和借鑒.

    4 計算機在壓鑄領(lǐng)域中的新應(yīng)用

    計算機在壓鑄中的應(yīng)用一直是提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑，在本次會議上計算機應(yīng)用問題仍然是重要議題之一，并且，計算機應(yīng)用的重點已從高壓鑄造過程轉(zhuǎn)移到半固態(tài)鑄造過程、低壓鑄造過程，反映出計算機在壓鑄領(lǐng)域的研究重點正在向新的方向發(fā)展。北京科技大學的楊卯生先生對鋁合金半固態(tài)觸變充型過程進行了三維數(shù)值模擬，建立了流場計算模型，

    模擬計算了半固態(tài)充填過程，分析了入流速度對充填過程的影響，并在半固態(tài)剎車泵體上進行了驗證。在模擬研究壓鑄充型過程時，采用的計算方法往往影響模擬計算的速度和精度。鑄造充型模擬過程實際是求解粘性不可壓縮流體基本方程(NS方程)的過程，目前常用的求解算法是SOLA-VOF算法，實踐證明這種方法的求解速度和精度并不是很好。針對這一問題，華北工學院的梁紅玉女士研究了將近似盒迭代算法用于求解NS方程，模擬鑄造的充型過程。經(jīng)過對壓鑄件充型過程的模擬計算，證明采用近似盒迭代算法求解NS方程精度更高，速度也更快。這項研究為更精確地進行鑄造充填過程模擬提供了有益的嘗試。目前，低壓鑄造的應(yīng)用越來越廣泛，低壓鑄造工藝也需要不斷地優(yōu)化。在本次會議上，華北工學院的徐宏先生通過建立低壓鑄造充型模擬基本方程和對方程的求解，以發(fā)動機缸蓋為例，對低壓鑄造工藝設(shè)計、充型過程和缺陷預(yù)測等進行了模擬和優(yōu)化。另一位研究者侯華先生，基于低壓鑄造充型理論，開發(fā)了流量控制程序及流動充型數(shù)值模擬程序。該程序可計算低壓鑄造產(chǎn)生紊流的條件，修正充填過程，從而達到充型平穩(wěn)，保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量的目的。

    5 亟待深入研究的壓鑄裝備及新的生產(chǎn)管理技術(shù)

    從本屆會議宣讀的論文內(nèi)容來看，壓鑄裝備占的比例較小，有關(guān)論文只有5篇。

這種情況可能反映兩方面的問題，一是壓鑄裝備的技術(shù)水平已趨于穩(wěn)定，

    二是壓鑄裝備方面的研究近幾年進展不大。就中國而言，壓鑄裝備的研究工作是一個薄弱環(huán)節(jié)，特別是缺乏獨立開發(fā)新型壓鑄機的積極性，需要引起注意。本屆會議宣讀的壓鑄機方面的論文是來自日本的兩家公司。日本東洋機械金屬公司的河內(nèi)Ｃ饗壬檣芰爍霉鏡淖钚旅狙怪低場螅?P>    TOYO）系統(tǒng)（臥式冷室壓鑄機系統(tǒng)）。該系統(tǒng)具有高精度自動加液、高流動性注射、高充填率和高精密穩(wěn)定性等特點。東芝機械公司的Shoukou

    KUBOTA先生也介紹了該公司開發(fā)的超高速壓鑄系統(tǒng)。這種壓鑄系統(tǒng)實際是為了提高壓鑄件質(zhì)量而開發(fā)的真空超高速壓鑄機。該系統(tǒng)具有超高速壓射和真空模具系統(tǒng)的特點，

    即使施加低的壓射壓力，由于模具是真空的，金屬液充填時間也很短。用該系統(tǒng)壓制出的鑄件伸長率是普通壓鑄的3倍，鑄件致密性顯著提高。隨著壓鑄生產(chǎn)不斷向自動化、規(guī)?；l(fā)展，如何進行科學管理，從而提高壓鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)率、降低運營成本，已引起各壓鑄生產(chǎn)單位的重視，特別是中國“入世”后，為了提升國內(nèi)企業(yè)的競爭力，管理技術(shù)水平必須隨之提高。從本次會議宣讀論文來看，壓鑄管理問題已引起了企業(yè)的重視，很多研究性論文，

    都多少對管理問題進行了論述。在本次會議上宣讀的專門研究壓鑄生產(chǎn)管理問題的論文有兩篇，分別來自中國和日本。株洲南方雅馬哈摩托車有限公司的劉詩文先生，論述了壓鑄生產(chǎn)中一個具體生產(chǎn)要素與壓鑄件質(zhì)量互為因果關(guān)系時，生產(chǎn)要素中某一具體因素發(fā)生變化而引起鑄件質(zhì)量出現(xiàn)異常（變化點），如何強化這種變化點管理，從而按計劃組織生產(chǎn)和持續(xù)改進壓鑄件質(zhì)量的問題。文中詳細地闡述了生產(chǎn)要素與壓鑄件質(zhì)量的關(guān)系，提出了變化點的具體管理辦法。日本壓鑄協(xié)會的Mitsuyuti

    ISOGAI宣讀了如何將TMP管理方式用于壓鑄企業(yè)的論文。作者認為“做—看—想”（DO-SEE-THINK）是一種較為有效的革新方法，可以解決壓力鑄造生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和環(huán)境的問題，能大大地降低生產(chǎn)成本。

    6 結(jié)束語

    （1）鎂合金是本次會議參加者最關(guān)注的合金材料，大量的學術(shù)交流內(nèi)容與鎂合金有關(guān)，這也預(yù)示著鎂合金壓鑄具有大的發(fā)展?jié)摿?。但是，鎂合金壓鑄方面的科研尚存在研究方向狹窄，研究問題不深入等問題，可以說，目前的研究工作尚未考慮為適應(yīng)鎂合金壓鑄持續(xù)發(fā)展的需要而預(yù)先構(gòu)筑理論和技術(shù)基礎(chǔ)，應(yīng)引起足夠重視。

    （2）半固態(tài)成形、擠壓鑄造等高性能零件制備技術(shù)方面的研究內(nèi)容，占有相當大的比例，也是與會代表討論的熱點；但是，利用這些技術(shù)進行產(chǎn)業(yè)化方面的研究與進展仍然十分有限，特別是國內(nèi)批量應(yīng)用半固態(tài)零件的報道還很少，這也是該領(lǐng)域未來開發(fā)和研究的重點。

    （3）壓鑄、半固態(tài)成形、擠壓等技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域仍以汽車零配件為主。

    （4）知名壓鑄專家對壓鑄的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢給予了相當高的重視，比較全面地分析了各類壓鑄工藝和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的問題，為壓鑄生產(chǎn)和研究的進一步發(fā)展指明了方向。