20世纪90年代以后,中国的压铸工业取得了令人惊叹的发展,已发展为一个新兴产业。目前,铝合金压铸工艺已成为汽车用铝合金成形工艺中应用最广泛的工艺之一,在各种汽车成型工艺方法中占49%。
为适应发展新技术不断涌现
1、充氧压铸、真空压铸等是提高合金力学性能
真空压铸法与普通压铸法相比具有以下特点
(1)气孔率大大降低;
(2)真空压铸的铸件的硬度高,微观组织细小;
(3)真空压铸件的力学性能较高。
真空压铸以抽除型腔中的气体为主,主要有两种形式:
(1)从模具中直接抽气;
(2)置模具于真空箱中抽气。
2、电磁泵低压铸造电磁泵低压铸造是一种新崛起的低压铸造工艺,与气体式低压铸造技术相比。
特点:
1、其采用非接触式的电磁力直接作用于液态金属,大大降低了由于压缩空气不纯及压缩空气中氧的分压过高所带来的氧化和吸气等问题,实现了铝液的平稳输送和充型,可防止由于紊流造成的二次污染。
2、另外电磁泵系统完全采用计算机数字控制,工艺执行非常准确、重复性好,使铝合金铸件在成品率、力学性能、表面质量和金属利用率等方面都具有明显的优势。这项技术随着研究的不断深入,工艺也愈来愈成熟。
压铸设备不断更新
1、冷室压铸机,由原来的全液压合型机构改为曲肘式合型机构,同时还增加了自动装料,自动喷涂,自动取件,自动切料边等,电器也由普通电源控制改为计算机控制,操控水平大大提高,有的已经达到或接近国际水平,正在向大型化、自动化和单元化进军。
2、中小型压铸机仍以国产设备为主。
中国模具行业发展迅猛,为压铸件生产提供了一个广阔的市场,压铸铝合金在汽车上的应用也将不断扩大。
在今后的压铸技术研究与开发中,铝合金压铸的深化依然会是压铸技术发展的一个主要方向。为了适应市场需求,今后应进一步解决以下问题:
(1)推广应用新型高强度、高耐磨性的压铸合金,研究可着色的压铸合金以及用于有特殊安全性要求的铸件等方面的新型压铸合金;
(2)开发性能稳定、成分易于控制的压铸铝合金;
(3)简化合金成分,减少合金牌号,为实现绿色化生产提供基础;
(4)进一步完善压铸新工艺(真空压铸、充氧压铸、半固态压铸、挤压铸造等);
(5)提高对市场的快速反应能力,推行并行工程(CE)和快速原型制造技术(RPM);
(6)开展CAD/CAM/CAE系统的研究与开发;
(7)开发和应用更多的压铸铝合金汽车零部件。
由于铝与铁有强烈的亲合力,在铝合金压铸模的使用中会发生复杂的Fe2Al 反应,生成硬的金属间化合物焊合层,严重的还会引起模具熔损。实际生产显示,对模具进行适当的表面处理和压铸循环中喷涂模具润滑剂将对模具发生焊合、熔损现象起到积极的预防作用。
铝合金压铸模的熔损效应
在受到炽热的合金熔体、半固态合金冲刷,并保持加压状态下工作的铝合金压铸模在使用一段时间后,表面的保护层一般会形成网状微裂纹、龟裂甚至表面层脱落。如果不对模具表面进行修复和保养,则会发生更加严重的所谓“熔损”效应。熔损是压铸合金对压铸模具的一系列腐蚀、冲蚀、侵蚀及焊合的综合机械作用结果。
铝合金压铸模预防焊合、熔损的措施
作为铝合金压铸模,其整个系统一般价格昂贵,型腔都比较复杂。因此分析模具失效的原因,采取相应的方法预防失效,以延长模具使用寿命,是模具工业一个相当重要的课题。
1、 蒸汽氧化处理
蒸汽处理常应用于工具的表面处理以及常规兵器的表面处理,基本上都是起防锈作用。当其作为一种有效的表面处理工艺被运用于热作模具钢时,我们发现它能在一定程度上提高模具的抗冷热疲劳性能和抗熔融铝合金热熔损性能[8 ] 。因为通过蒸汽氧化处理的钢铁材料在其表面可以生成一层具有保护作用的Fe3/O4薄膜,
3.2 离子渗氮
在模具表面进行离子渗氮可以生成连续的氮化物层(白亮层) ,这对提高模具的抗焊合、抗热熔损、抗侵蚀能力都是非常有益的,同时也会使得模具表面的耐磨性能有所提高 。氮化层比氧化层更厚更致密,更耐铝合金冲蚀,对保护模具表面可以起到积极作用。
3、PVD、CVD 表面镀覆
PVD 处理是将具有特殊性能的稳定化合物TiN、Ti (C ,N) 、SiN、(Ti ,Si) N 等沉积在金属表面,形成一层超硬覆盖膜,经PVD 处理获得的TiN 层的塑料模,其使用寿命提高3~9 倍,金属压力加工工具寿命提高3~5 倍。
4、渗硼处理
渗硼处理在模具表面形成的硼化物,具有高硬度、高耐磨、好的抗氧化性和耐腐蚀性。D.N.Tsipas 等的研究发现:在低碳钢和高合金钢上进行粉末渗硼,渗硼层能明显提高耐630 ℃铝液和500 ℃锌液的侵蚀。
5、喷涂润滑剂
在铝合金压铸模工作的压铸循环中,在进行压铸前和一个压铸循环结束后开始准备下次压铸时,都要在模具型腔表面喷涂润滑剂
这样做的目的主要是:
①润滑剂可在模具表面形成一个薄层作为铸件合金和模具之间的阻隔;
②降低模具温度;
③作为铸件弹出时的脱膜剂。
研究发现在压铸模具表面喷涂水基润滑剂约4s后可以吸收模具中总热量的30 %左右。而且,试验还表明,在热的模具表面喷涂润滑剂时会产生(热力学中的) 莱顿弗罗斯特现象,即液体不会润湿炽热的表面而仅仅在其上形成一个蒸汽层。这个蒸汽层能在压铸中隔绝炽热熔融合金与模具表面的直接接触,从而起到保护模具基体不受焊合、熔损的作用。