鋁合金管壓鑄工藝已成為汽車用鋁合金管成形工藝中應(yīng)用廣泛的工藝之一
20世紀(jì)90年代以后，中國(guó)的壓鑄工業(yè)取得了令人驚嘆的發(fā)展，已發(fā)展為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。目前，鋁合金管壓鑄工藝已成為汽車用鋁合金管成形工藝中應(yīng)用廣泛的工藝之一，在各種汽車成型工藝方法中占49%。中國(guó)現(xiàn)有壓鑄企業(yè)3000家左右，壓鑄件產(chǎn)量從1995年的26.6萬(wàn)噸上升到2005年的87萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)率保持在20%以上，其中鋁合金管壓鑄件占所有壓鑄件產(chǎn)量的3/4以上。

　　中國(guó)壓鑄件產(chǎn)品的種類呈多元化，包括汽車、摩托車、通訊、家電、五金制品、電動(dòng)工具、IT、照明、扶梯梯級(jí)、玩具燈等。隨著技術(shù)水平和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力的提高，壓鑄產(chǎn)品種類和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬，其壓鑄設(shè)備、壓鑄模和壓鑄工藝都發(fā)生了巨大的變化。壓鑄鋁合金管壓鑄鋁合金管自1914年投入商業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和冷室壓鑄機(jī)的發(fā)明，得到了快速發(fā)展。壓鑄鋁合金管按性能分為中低強(qiáng)度(如中國(guó)的Y102)和高強(qiáng)度(如中國(guó)的Y112)兩種。目前工業(yè)應(yīng)用的壓鑄鋁合金管主要有以下幾大系列：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn等。

　　壓鑄鋁合金管力學(xué)性能的提高往往伴隨著鑄造工藝性能的降低，壓力鑄造因其高壓快速凝固的特點(diǎn)使這種矛盾在某些方面更加突出，因此一般壓鑄件難于進(jìn)行固溶熱處理，這就制約了壓鑄鋁合金管力學(xué)性能的提高，雖然充氧壓鑄、真空壓鑄等是提高合金力學(xué)性能的有效途徑，但廣泛采用仍有一定難度，所以新型壓鑄鋁合金管的開(kāi)發(fā)研制一直在進(jìn)行。先進(jìn)的壓鑄技術(shù)早期的臥式冷室壓鑄機(jī)的壓鑄過(guò)程只有一個(gè)速度壓送金屬液進(jìn)入模具，壓射速度只有1m~2m/s。采用這種工藝，鑄件內(nèi)部氣孔多，組織疏松，不久便改進(jìn)為2級(jí)壓射，把壓射過(guò)程簡(jiǎn)單地分解為慢速和快速2個(gè)階段，但快速的速度也不過(guò)3m/s，后來(lái)為了增加壓鑄件的致密度，在慢速和快速之后增加了一個(gè)壓力提升的階段，成為慢壓射，快壓射和增壓3個(gè)階段，這就是經(jīng)典的3段壓射。

　　20世紀(jì)60年代中間，這種3級(jí)壓射已經(jīng)普遍推開(kāi)，并且快壓射階段的速度已提高到5m/s。此后的40余年期間，世界各國(guó)領(lǐng)先的壓鑄機(jī)制造商對(duì)壓射過(guò)程進(jìn)行了研究試驗(yàn)，從而開(kāi)發(fā)出一些新工藝，如70年代的拋物線壓射系統(tǒng)，80年代的無(wú)飛邊壓鑄系統(tǒng)，90年代的無(wú)飛邊壓射系統(tǒng)，其中有的從3階段壓射中對(duì)每個(gè)階段加以再分解，這正是這個(gè)經(jīng)典的3階段壓射的繼續(xù)發(fā)展的延伸�，F(xiàn)在壓射速度、壓力已由原來(lái)的人工手輪調(diào)節(jié)控制改為計(jì)算機(jī)控制。近年來(lái)，人們?yōu)榱私鉀Q壓鑄件內(nèi)部存在的氣孔和縮孔問(wèn)題，能夠生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高密性、可焊接可熱處理、可扭曲等各種高要求的壓鑄件，除了繼續(xù)完善真空壓鑄以外又發(fā)展了擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄等新的技術(shù)，并加以概括地稱之為“高密度壓鑄法”。

　　真空壓鑄技術(shù)真空壓鑄法是將型腔中的氣體抽空或部分抽空，降低型腔中的氣壓，以利于充型和合金熔體中氣體的排除，使合金熔體在壓力的作用下充填型腔，并在壓力下凝固而獲得致密的壓鑄件。真空壓鑄法與普通壓鑄法相比具有以下特點(diǎn)：(1)氣孔率大大降低；(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高，微觀組織細(xì)��；(3)真空壓鑄件的力學(xué)性能較高。近來(lái)，真空壓鑄以抽除型腔中的氣體為主，主要有兩種形式：(1)從模具中直接抽氣；(2)置模具于真空箱中抽氣。采用真空壓鑄時(shí)，模具的排氣道位置和排氣道面積的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。排氣道存在一個(gè)“臨界面積”，其與型腔內(nèi)抽出的氣體量、抽氣時(shí)間及充填時(shí)間有關(guān)。當(dāng)排氣道的面積大于臨界面積時(shí)，真空壓鑄效果明顯；反之，則不明顯。

　　真空系統(tǒng)的選擇也非常重要，要求在真空泵關(guān)閉之前，型腔內(nèi)的真空度可保持到充型完畢。充氧壓鑄技術(shù)壓鑄件氣孔中的氣體絕大部分為N2和H2，幾乎沒(méi)有O2，主要原因是O2與活性金屬發(fā)生反應(yīng)生成了固體氧化物，這為充氧壓鑄技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。充氧壓鑄是在壓鑄前將氧氣充入型腔，取代其中的空氣。

　　當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔時(shí)，一部分氧氣從排氣槽排出，殘留的氧與金屬液發(fā)生反應(yīng)，生成彌散狀的氧化物微粒，在鑄型內(nèi)形成瞬間真空，從而獲得無(wú)氣孔的壓鑄件。充氧壓鑄過(guò)程中，型腔內(nèi)的真空是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。

　　生產(chǎn)中為保證安全性，應(yīng)嚴(yán)格控制充氧量，降低型腔壓力，使其與充氧壓力相匹配。

　　將真空壓鑄與充氧過(guò)程結(jié)合起來(lái)，使型腔處于負(fù)壓狀態(tài)，可獲得更好的效果。在金屬液充型過(guò)程中，應(yīng)使金屬液以彌散噴射狀態(tài)充型。澆道尺寸的大小也對(duì)充氧壓鑄的效果有較大影響，適當(dāng)?shù)臐驳莱叽缂瓤梢詽M足金屬液以紊流形式充滿鑄型，又可以避免金屬液溫度下降得過(guò)快。

　　氧化物的高度彌散分布不會(huì)對(duì)鑄件產(chǎn)生不利影響，反而可提高鑄件的硬度，并使熱處理后的組織細(xì)化。充氧壓鑄可用于與氧反應(yīng)的Al、Mg及Zn合金。目前，采用充氧壓鑄可生產(chǎn)各種鋁合金管鑄件，如：液壓變速器殼體、加熱器用熱交換器、液壓傳動(dòng)閥體、計(jì)算機(jī)用托架等對(duì)于需熱處理或組焊、要求氣密性高和在較高溫度下使用的壓鑄件，充氧壓鑄具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。半固態(tài)壓鑄技術(shù)半固態(tài)壓鑄是在液態(tài)金屬凝固時(shí)進(jìn)行攪拌，在一定的冷卻速度下獲得約50%甚至更高固相組分的漿料，然后用漿料進(jìn)行壓鑄的技術(shù)。半固態(tài)壓鑄技術(shù)目前有兩種成形工藝：流變成形工藝和觸變成形工藝。

　　前者是將液態(tài)金屬送入特殊設(shè)計(jì)的壓射成形機(jī)筒中，由螺旋裝置施加剪切使其冷卻成半固態(tài)漿料，然后進(jìn)行壓鑄。后者是將固態(tài)金屬�；蛩樾妓腿肼菪龎荷涑尚螜C(jī)中，在加熱和受剪切的條件下使金屬顆粒變成漿料后壓鑄成形。半固態(tài)壓鑄成形工藝的關(guān)鍵是有效制取半固態(tài)合金漿料、精確控制固液組分的比例及半固態(tài)成形過(guò)程自動(dòng)化控制的研究開(kāi)發(fā)。為實(shí)現(xiàn)半固態(tài)成形的自動(dòng)化生產(chǎn)，美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為需要大力發(fā)展以下幾種技術(shù)：(1)具有自適性、靈活性的棒料運(yùn)輸；(2)精密的壓鑄潤(rùn)滑及維護(hù)；(3)可控的鑄件冷卻系統(tǒng)；(4)等離子除氣及處理。擠壓壓鑄技術(shù)擠壓壓鑄又稱“液態(tài)金屬模壓”。其鑄件致密性好，力學(xué)性能高，且無(wú)澆冒口。我國(guó)的一些企業(yè)已將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。擠壓壓鑄技術(shù)具有極好的工藝優(yōu)勢(shì)，它能替代傳統(tǒng)壓鑄、擠壓鑄造、低壓鑄造、真空壓鑄工藝，以及對(duì)差壓鑄造、連鑄連鍛、半固態(tài)加工的流變鑄造工藝進(jìn)行兼容。

　　專家認(rèn)為，擠壓壓鑄技術(shù)是一項(xiàng)前沿性的新技術(shù)，橫跨多個(gè)工藝領(lǐng)域，內(nèi)涵豐富，創(chuàng)新性強(qiáng)，極具挑戰(zhàn)性。電磁泵低壓鑄造電磁泵低壓鑄造是一種新崛起的低壓鑄造工藝，與氣體式低壓鑄造技術(shù)相比，在加壓方式方面是完全不同的。

　　其采用非接觸式的電磁力直接作用于液態(tài)金屬，大大降低了由于壓縮空氣不純及壓縮空氣中氧的分壓過(guò)高所帶來(lái)的氧化和吸氣等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鋁液的平穩(wěn)輸送和充型，可防止由于紊流造成的二次污染。

　　另外電磁泵系統(tǒng)完全采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，工藝執(zhí)行非常準(zhǔn)確、重復(fù)性好，使鋁合金管鑄件在成品率、力學(xué)性能、表面質(zhì)量和金屬利用率等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)技術(shù)隨著研究的不斷深入，工藝也愈來(lái)愈成熟。壓鑄設(shè)備的發(fā)展通過(guò)近幾年的發(fā)展，中國(guó)壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)水平、技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量等都有不同程度的提高，特別是冷室壓鑄機(jī)，由原來(lái)的全液壓合型機(jī)構(gòu)改為曲肘式合型機(jī)構(gòu)，同時(shí)還增加了自動(dòng)裝料，自動(dòng)噴涂，自動(dòng)取件，自動(dòng)切料邊等，電器也由普通電源控制改為計(jì)算機(jī)控制，操控水平大大提高，有的已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際水平，正在向大型化、自動(dòng)化和單元化進(jìn)軍。

　　在此期間，國(guó)內(nèi)新的壓鑄機(jī)企業(yè)陸續(xù)嶄露頭角，其中香港力勁公司是典型的代表，該公司開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的壓鑄機(jī)型，例如，臥式冷室壓鑄機(jī)大空壓射速度6m/s(1997年)和8m/s(2000年初)，鎂合金熱室壓鑄機(jī)(2000年初)勻加速壓射系統(tǒng)(2002年)，大空壓射速度10m/s及多段壓鑄系統(tǒng)(2004年6月)，實(shí)時(shí)控制壓射系統(tǒng)(2004年8月)和鎖模力30000kN的大型壓鑄機(jī)(2004年7月)等。近年來(lái)，上海壓鑄機(jī)廠，灌南壓鑄機(jī)廠等骨干企業(yè)都開(kāi)發(fā)了大空壓射速度為8m/s以上的臥式冷室壓鑄機(jī)和鎖模力在10000kN以上的大型壓鑄機(jī)；2005年投產(chǎn)的廣東順威伊力精壓科技有限公司將生產(chǎn)10000kN~30000kN大型壓鑄機(jī)。可見(jiàn)中國(guó)正在形成一個(gè)有實(shí)力的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的壓鑄機(jī)制造業(yè)。中國(guó)現(xiàn)有壓鑄機(jī)總數(shù)1.2萬(wàn)臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)壓鑄機(jī)約占85%，進(jìn)口壓鑄機(jī)約占15%。近兩年中國(guó)壓鑄機(jī)的年銷售量均在1800臺(tái)以上，其中10000kN及以上壓鑄機(jī)占2%，8000kN~9000kN壓鑄機(jī)占5%，5000kN~7000kN壓鑄機(jī)占13%，3500kN~4000kN壓鑄機(jī)占20%，3000kN及以下壓鑄機(jī)占60%。在3000kN以下壓鑄機(jī)中，熱室壓鑄機(jī)約占30%。中小型壓鑄機(jī)仍以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主。

　　國(guó)產(chǎn)壓鑄機(jī)與國(guó)外先進(jìn)的壓鑄設(shè)備的差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)落后；(2)漏油嚴(yán)重；(3)可靠性差：這是國(guó)產(chǎn)壓鑄機(jī)突出的缺陷，據(jù)了解，國(guó)產(chǎn)壓鑄機(jī)的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間不到3000小時(shí)，甚至達(dá)不到國(guó)外50和60年代的水平。

　　而國(guó)外一般超過(guò)20000小時(shí)；(4)品種規(guī)格不全，配套能力差：雖然在臥式冷室壓鑄機(jī)方面已基本成系列，但仍有個(gè)別斷檔，如從16000kN到28000kN間就無(wú)產(chǎn)品。熱室壓鑄機(jī)也缺少4000kN以上的產(chǎn)品。壓鑄模具的發(fā)展早的壓鑄模模芯材料選用的是45﹟鋼、鑄鋼和鍛鋼等，由于其耐高溫沖擊性差，所以當(dāng)時(shí)使用壽命也較短。隨著科技的發(fā)展，壓鑄模芯材料也發(fā)生了重大變化，現(xiàn)都采用高溫、高強(qiáng)度的3Cr2N8VH13熱鍛鋼作為模芯材料，近年來(lái)又采用了進(jìn)口的8407材料，使模具的使用壽命大大提高，特別是近年國(guó)內(nèi)大部分廠都采用了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及模擬充填技術(shù)，使壓鑄模生產(chǎn)質(zhì)量大大提高，生產(chǎn)期大大縮短。中國(guó)模具行業(yè)發(fā)展迅猛，1996年至2004模具產(chǎn)量年平均增長(zhǎng)率14%，2003年壓鑄模當(dāng)年產(chǎn)值為38億元。目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)模具對(duì)市場(chǎng)的滿足率僅為80%左右，其中以中低檔模具為主，大型、復(fù)雜的精密模具，在生產(chǎn)技術(shù)、模具質(zhì)量和壽命以及生產(chǎn)能力方面均不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。研究及發(fā)展方向汽車、摩托車工業(yè)以及汽車附件的消耗和配套產(chǎn)品的需求，為壓鑄件生產(chǎn)提供了一個(gè)廣闊的市場(chǎng)，壓鑄鋁合金管在汽車上的應(yīng)用也將不斷擴(kuò)大。在今后的壓鑄技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)中，鋁合金管壓鑄的深化依然會(huì)是壓鑄技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。