現(xiàn)階段中國(guó)壓鑄技術(shù)的研究及其進(jìn)展

1 壓鑄的研究與生產(chǎn)現(xiàn)狀 

    中國(guó)的壓鑄業(yè)從生產(chǎn)效率、壓鑄機(jī)質(zhì)量和生產(chǎn)技術(shù)等綜合水平來(lái)看，與壓鑄先進(jìn)國(guó)家相比還相當(dāng)落后，但是，在數(shù)量上和從業(yè)人員方面我國(guó)具有一定優(yōu)勢(shì)；另外，壓鑄市場(chǎng)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(guó)盡快接近和趕超世界先進(jìn)水平提供了可能。東南亞各國(guó)經(jīng)歷了1997年金融危機(jī)后，壓鑄業(yè)也發(fā)生了一定的變化。香港生產(chǎn)力促進(jìn)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(jì)形勢(shì)對(duì)其影響。認(rèn)為金融危機(jī)，導(dǎo)致東南亞各國(guó)壓鑄件產(chǎn)量急劇下滑，但是東南亞各國(guó)通過(guò)開(kāi)放新的部門來(lái)吸引外國(guó)直接投資，或使資金流動(dòng)更快的方式來(lái)恢復(fù)經(jīng)濟(jì)。這些優(yōu)惠政策為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供了商機(jī)，同時(shí)也帶動(dòng)了壓鑄業(yè)的復(fù)蘇，充擠壓鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r也是本次會(huì)議的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。兵器工業(yè)集團(tuán)第五二研究所的齊丕驤先生，從中國(guó)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(kāi)發(fā)、擠壓鑄造工藝技術(shù)的研究進(jìn)展等方3面，概述了中國(guó)擠壓鑄造的現(xiàn)狀。既看到了近年來(lái)中國(guó)擠壓鑄造業(yè)取得的成績(jī)，同時(shí)也看到了在產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用方面存在的差距。認(rèn)為，繼續(xù)發(fā)展中國(guó)的擠壓鑄造必須加強(qiáng)下述3方面的工作：

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

    ②對(duì)落后的擠壓鑄造設(shè)備進(jìn)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(jì)及加工水平，為企業(yè)發(fā)展提供后勁。

    鎂合金是近幾年國(guó)際上比較關(guān)注的合金材料，對(duì)鎂合金的研究開(kāi)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(kāi)花的局面。香港生產(chǎn)力促進(jìn)局的姜永正先生，對(duì)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(jìn)行了總結(jié)分析，預(yù)測(cè)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(guó)“入世”后具有高的和穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)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(jī)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(yùn)輸提供了方便

    ③該地區(qū)發(fā)達(dá)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(yùn)行成本，提升了這一地區(qū)鎂壓鑄業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

    日本菱沼壓鑄株式會(huì)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(diǎn)介紹了用于生產(chǎn)IT產(chǎn)業(yè)的鎂合金壓鑄的注意事項(xiàng)和新技術(shù)，以及菱沼壓鑄機(jī)的特點(diǎn)。其中，經(jīng)過(guò)加裝電氣加熱系統(tǒng)和改進(jìn)伺服油路系統(tǒng)，提升熱室壓鑄機(jī)的鑄造能力，實(shí)現(xiàn)了高速無(wú)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(jī)的主要特點(diǎn)。

    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(kāi)發(fā)和新的成形技術(shù)上，目的是擴(kuò)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(wèn)題之一，

提高耐熱性可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。為此，世界各國(guó)開(kāi)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(yáng)工業(yè)大學(xué)的劉正先生，開(kāi)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?jǐn)?shù)，下同）。研究結(jié)果表明，釹加入后，合金從室溫到200℃時(shí)的力學(xué)性能均得到了改善，極限抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(qiáng)度得到提高。許多鎂合金壓鑄件在使用時(shí)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(kāi)展得相對(duì)較少。吉林大學(xué)的楊曉紅女士開(kāi)展了稀土鎂合金磨損行為的研究，重點(diǎn)研究了AZ91D合金中加入不同量稀土元素，對(duì)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(yán)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(guò)渡。布于合金的基體中，這種效果對(duì)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(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在本次會(huì)議上宣讀的有關(guān)鎂合金壓鑄方面的學(xué)術(shù)論文中，

    采用擠壓或半固態(tài)成形技術(shù)的占有相當(dāng)大的比例，體現(xiàn)了研究者的重視程度。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的袁曉光先生，系統(tǒng)地研究了電磁攪拌對(duì)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(duì)提高Zn元素的固溶強(qiáng)化效果和改善合金的耐腐蝕性均十分有利。華中科技大學(xué)的羅吉榮先生研制出了半固態(tài)流變壓鑄成形機(jī)，并對(duì)該機(jī)的流變成形性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：該成形機(jī)具有熔化、保溫輸送、半固態(tài)漿料制備與冷室壓鑄機(jī)于一體的優(yōu)點(diǎn)，工藝性穩(wěn)定、成本低、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、溫度控制精確，對(duì)鎂合金的剪切速率可高達(dá)2000-20000s-1,固相率可在5%-50%,范圍內(nèi)調(diào)整等特點(diǎn)。鎂合金表面防腐處理是開(kāi)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(shí)際應(yīng)用，也是世界各國(guó)十分關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。日本美麗龍化學(xué)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(xiàng)處理技術(shù)是1997年申請(qǐng)的專利，已被7家日本公司、7家中國(guó)臺(tái)灣公司和1家中國(guó)大陸公司使用，收到了良好的效果。在本次會(huì)議上若原辛藏先生介紹了該項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)，并以筆記本計(jì)算機(jī)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(xué)株式會(huì)社在會(huì)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(xué)處理藥劑主要特點(diǎn)是不含鉻和氟等元素，對(duì)環(huán)境不構(gòu)成污染，操作安全；采用的有機(jī)防銹劑，易在高溫下分解，不污染回爐時(shí)的合金，

    且處理工序簡(jiǎn)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(jí)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(huì)議上，有關(guān)鋅、鋁合金壓鑄問(wèn)題的學(xué)術(shù)論文數(shù)量?jī)H次于鎂合金，說(shuō)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(guó)際會(huì)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(duì)未來(lái)輕型汽車對(duì)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(diǎn)，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(jìn)行熱處理的特點(diǎn)，鑄件的伸長(zhǎng)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(lái)輕型汽車的要求，并具備操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、靈活等優(yōu)點(diǎn)?？梢哉f(shuō)，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(shí)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(wèn)題。為此，上海大學(xué)的許珞萍女士開(kāi)展了非枝晶Al-Si-Mg合金感應(yīng)加熱溫度場(chǎng)的研究。這項(xiàng)研究是在感應(yīng)加熱的基礎(chǔ)上，采用溫度場(chǎng)數(shù)值模擬和溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，研究加熱電流頻率、試樣形狀和尺寸等對(duì)加熱溫度場(chǎng)的影響。這項(xiàng)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(xué)性能的重要因素，開(kāi)展相應(yīng)的理論研究十分必要。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的李榮德先生，從理論上對(duì)擠壓工藝參數(shù)與擠壓過(guò)程的關(guān)系進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了擠壓鑄件局部凝固時(shí)間與凝固層厚度的關(guān)系，保壓時(shí)間與凝固時(shí)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(xué)與動(dòng)力學(xué)條件之間的關(guān)系。這項(xiàng)研究豐富了擠壓理論，為實(shí)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(xué)的齊樂(lè)華女士利用液態(tài)擠壓技術(shù)進(jìn)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(qiáng)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(xué)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(qiáng)復(fù)合材料，較系統(tǒng)地分析了充型的動(dòng)力學(xué)，模擬了影響充型過(guò)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(jì)算機(jī)在壓鑄領(lǐng)域中的新應(yīng)用

    計(jì)算機(jī)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(huì)議上計(jì)算機(jī)應(yīng)用問(wèn)題仍然是重要議題之一，并且，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重點(diǎn)已從高壓鑄造過(guò)程轉(zhuǎn)移到半固態(tài)鑄造過(guò)程、低壓鑄造過(guò)程，反映出計(jì)算機(jī)在壓鑄領(lǐng)域的研究重點(diǎn)正在向新的方向發(fā)展。北京科技大學(xué)的楊卯生先生對(duì)鋁合金半固態(tài)觸變充型過(guò)程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，建立了流場(chǎng)計(jì)算模型，

    模擬計(jì)算了半固態(tài)充填過(guò)程，分析了入流速度對(duì)充填過(guò)程的影響，并在半固態(tài)剎車泵體上進(jìn)行了驗(yàn)證。在模擬研究壓鑄充型過(guò)程時(shí)，采用的計(jì)算方法往往影響模擬計(jì)算的速度和精度。鑄造充型模擬過(guò)程實(shí)際是求解粘性不可壓縮流體基本方程(NS方程)的過(guò)程，目前常用的求解算法是SOLA-VOF算法，實(shí)踐證明這種方法的求解速度和精度并不是很好。針對(duì)這一問(wèn)題，華北工學(xué)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(guò)程。經(jīng)過(guò)對(duì)壓鑄件充型過(guò)程的模擬計(jì)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(xiàng)研究為更精確地進(jìn)行鑄造充填過(guò)程模擬提供了有益的嘗試。目前，低壓鑄造的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，低壓鑄造工藝也需要不斷地優(yōu)化。在本次會(huì)議上，華北工學(xué)院的徐宏先生通過(guò)建立低壓鑄造充型模擬基本方程和對(duì)方程的求解，以發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋為例，對(duì)低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)、充型過(guò)程和缺陷預(yù)測(cè)等進(jìn)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(kāi)發(fā)了流量控制程序及流動(dòng)充型數(shù)值模擬程序。該程序可計(jì)算低壓鑄造產(chǎn)生紊流的條件，修正充填過(guò)程，從而達(dá)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(huì)議宣讀的論文內(nèi)容來(lái)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(wèn)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(jìn)展不大。就中國(guó)而言，壓鑄裝備的研究工作是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，特別是缺乏獨(dú)立開(kāi)發(fā)新型壓鑄機(jī)的積極性，需要引起注意。本屆會(huì)議宣讀的壓鑄機(jī)方面的論文是來(lái)自日本的兩家公司。日本東洋機(jī)械金屬公司的河內(nèi)Ｃ饗壬檣芰爍霉鏡淖钚旅狙怪低場(chǎng)螅?P>    TOYO）系統(tǒng)（臥式冷室壓鑄機(jī)系統(tǒng)）。該系統(tǒng)具有高精度自動(dòng)加液、高流動(dòng)性注射、高充填率和高精密穩(wěn)定性等特點(diǎn)。東芝機(jī)械公司的Shoukou

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

    即使施加低的壓射壓力，由于模具是真空的，金屬液充填時(shí)間也很短。用該系統(tǒng)壓制出的鑄件伸長(zhǎng)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(dòng)化、規(guī)模化發(fā)展，如何進(jìn)行科學(xué)管理，從而提高壓鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)率、降低運(yùn)營(yíng)成本，已引起各壓鑄生產(chǎn)單位的重視，特別是中國(guó)“入世”后，為了提升國(guó)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，管理技術(shù)水平必須隨之提高。從本次會(huì)議宣讀論文來(lái)看，壓鑄管理問(wèn)題已引起了企業(yè)的重視，很多研究性論文，

    都多少對(duì)管理問(wèn)題進(jìn)行了論述。在本次會(huì)議上宣讀的專門研究壓鑄生產(chǎn)管理問(wèn)題的論文有兩篇，分別來(lái)自中國(guó)和日本。株洲南方雅馬哈摩托車有限公司的劉詩(shī)文先生，論述了壓鑄生產(chǎn)中一個(gè)具體生產(chǎn)要素與壓鑄件質(zhì)量互為因果關(guān)系時(shí)，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(diǎn)），如何強(qiáng)化這種變化點(diǎn)管理，從而按計(jì)劃組織生產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)壓鑄件質(zhì)量的問(wèn)題。文中詳細(xì)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(diǎn)的具體管理辦法。日本壓鑄協(xié)會(huì)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(rèn)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(wèn)題，能大大地降低生產(chǎn)成本。

    6 結(jié)束語(yǔ)

    （1）鎂合金是本次會(huì)議參加者最關(guān)注的合金材料，大量的學(xué)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(wèn)題不深入等問(wèn)題，可以說(shuō)，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?jī)?nèi)容，占有相當(dāng)大的比例，也是與會(huì)代表討論的熱點(diǎn)；但是，利用這些技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化方面的研究與進(jìn)展仍然十分有限，特別是國(guó)內(nèi)批量應(yīng)用半固態(tài)零件的報(bào)道還很少，這也是該領(lǐng)域未來(lái)開(kāi)發(fā)和研究的重點(diǎn)。

    （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(duì)壓鑄的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)給予了相當(dāng)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(wèn)題，為壓鑄生產(chǎn)和研究的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。