1.国外压铸的新发展(一) 压铸生产和压铸技术在工业发达国家中作为一个工业门类而称为压铸工业.该工业随着整个工业体系的发展和现代科学技术的进步而飞速前进,现在以新的发展趋势迈向二十一世纪.下面就根据近几年国外的文献和报告简要地作些介绍.
在工业发达国家中,压铸市场报告大致相同,其中北美的情况更具有代表性。据北美压铸协会(NADCA)1996年发表的压铸市场报告大致将压铸产品粗略地分为四大类,即:交通工具(以汽车工业为主)、建筑工程、机械装备和仪器、电子工业(以电子计算机和电子产品为主)这四大类在北美压铸市场中分配的比例约为汽车工业48%、建筑工程20%、机械装备和仪器11%、电子工业11%。
2研究与开发
工业发达国家十分重视压铸工业的先进技术的研究与开发工作。北美压铸协会研究开发委员会在1992年发起研究课题以来,到1995年,参与研究与开发工作的国家、研究机构、企业和大学日益增多。研究的课题项目涉及压铸的所有各个方面,这些研究在世界上都属于高水平、第一流的.研究者都表现出高度的负责精神和极大的热情,愿意为促进压铸工业的发展站在最前列.一个国际性的压铸工业联合发展行动已经形成.
3产品设计(压铸件设计)
随着市场的需要,压铸件的性能要求也日益提高导致压铸件设计方法不断更新,这一方面决定着压铸发展的方向,另一方,它还是压铸全过程的第一环节,所有的工作都应以满足它的要求为目标.这一点,不仅是从技术角度来讲的,更重要的是从商品经济和市场开发的角度来讲的.这一看法的转变,在当前显得格外重要. 在产品零件设计中,值得一提的有两项内容:一项是新发展的用有限元分析的计算机软件来设计零件,这种方法可以最大限度地利用所选的合金材料的力学性能来设计出满足要求的压铸件.另一项则是快速原型技术(Rapid Pototyping Technology RPT)的兴起,对于大型、形状复杂、精度要求高的压铸件来说,在设计零件时,就迫切希望有实物样件以供参考之用。通常制造样品的方法大多数是用易切削加工的材料直接加工成形,或用砂型铸造和其他铸造方法取得毛坯件然后再加工成形。但是这远远满足不了压铸产品设计的要求,随着计算机铺助设计和模拟技术的逐渐完善,加上又有计算机辅助制造的结合,数控加工已经比较常见,新的快速原型样品技术也就应运而生。这种技术要求样品尽量接近真正的产品,运用这一技术的成功例子很多,如:悬臂支架、阀体、泵体、凸轮盖、座椅零件、计算机底座、起动器壳体以及散热器片等。
4压铸合金
就铝合金而言,对常用的A380压铸铝合金进行了镁供应含量对力学性能的影响的研究。研究表明,镁含量达到0.3%(标准为0.1%),不但增加拉伸强度和屈服强度,而且伸长率也能达到5%高于规定的4%,但含量不宜再增加。新出现的一种含量低的压铸铝合金令人注目,这种称为Sf-36的铝合金属于Al3Mg系列,近似美国片号A360,但含铁量只有0.13%(A360为1.3%Fe),现已成功地用于汽车车身框架的接合结头。合金延展性很好,零件的伸长率要求为15%,实际达到17.5%。据报道,还采用这种合金制造 更复杂的大型零件,既带有整体桁架的发动机缸体,重约16Kg,在4400t合模力的压铸机上,用真空装置来生产。值得注意的是这样低的铁含量,并未产生粘附模具的现象。
新开发的高含铜量的锌合金,牌号为ACuZn5和ACuZnl0,属于新的高性能锌-铜-铝三元合金,含铜量分别为5%和10%,分别适合于热压室和卧式冷式压铸。同常用锌合金相比,新合金的优点是:提高了强度和硬度,更好的抗腐蚀和抗磨损性能,适于较高温度的工作环境,最重要的是有较好的抗蠕变性能,承受断裂试验时效果问題为3#,锌合金的10倍。还有一种新型的锌-铝-镍三元合金,具有更好的抗蠕变性能,研究试验是通过将NiAl3按(体积)10%和20%两种情况分别加入到ZA8锌合金中,大大提高升温状态下的抗蠕变性能,抗蠕变的几项指标都高于3#锌合金。
一种高纯度抗蠕变镁合金已经开发并加以应用。通过对标准类型和加有稀土类型的镁合金进行试验,特别是注意到镁和锰的液体溶解度及其对抗腐蚀的影响,使其在升温状态下仍保持具有良好的抗蠕变性能,进而推荐高纯度的镁合金。经过实验,建议铁含量<0.004%锰含量对于标准型AS21为0.2%,对于稀土型AE42为0.08%.2.国外压铸的新发展(二) 5压铸工艺
压铸机的发展十分迅速,大型的、实时压射的、闭环回路系统的配有新工艺装置的(如真空装置、充氧装置)、柔性系统以及全自动化等的压铸机相继问切和定型生产.在热室压铸机方面,则致力于满足新品种的锌合金和符合镁合金压铸要求的机器,并且热室机的全自动化正向全封闭式发展;在配合新技术方面则有挤压铸铸造机(包括立式、卧室、真空吸料)和半固态金属铸造机.
仅以压铸机的压射系统而言,当前已进入实时压射控制的年代,一些压铸机制造公司已经取得良好的成果,现正进一步提高控制的精度和灵敏度,以求做到“真正的”实时控制,同时还要排除系统中的各种干扰,如:各种磨擦、变化的液流压力和温度,以及脉动氮气压力等,瑞士布勒公司的SC系统就属于这个类型,美国TymacControls公司对实时压射系统也早在80年代初就开始研究试验,最近发表了采用闭环回路系统来实现实时压射的富有成效的成果,还有一些其他的公司都有了重大的进展和明显的效果。
6.模具材料和模具寿命
压铸模最常用的仍然是H13钢或相当于(类似)H13钢的其他材料,如H11、H21、马氏体钢、钨基、钼基、铜基合金等也都作过研究试验,但总是不如H13钢那样普及。为此,北美压铸协会模具材料委员会规定了H13钢的名种性能,列出详细的规范,确定一种称为优质H13钢,列入在NADCA207-90(编号)规范内,供钢厂和用户共同遵守,作为验收的依据。
至于采用电加工对H13钢的影响也作了细致的研究,研究结果认为:经过电加工后的表面,从外向内依次形成熔解—凝固层、未回火的马氏体层、回火层和未受影响的基体。最外层即熔解一凝固层呈白色又称白皮层,它硬度很高(HRC56-58),而且暗藏微观裂纹,其深度一般在0.01mm左右,必须去除才能使用,第二层也很硬且脆,所以模具使用前,应再进行一次热处理,使硬度降至规定要求才能使用。
针对热裂问题,研究和实验的方法也是多样的,例如:用计算机模拟探讨热裂的产生也是多样的,例如:用计算机模拟探讨热裂的产生和预示寿命、微观组织与延展性的关系、微观组织对抗热疲劳的影响、根据退火后的金相组织观察冲击韧性的变化、压铸工艺参数值对模具寿命的影响,以及材料中各种元素的含量变化对性能的影响,等等。
有关延长模具寿命的最重要的和最基本的做法仍然是:正确采用符合要求的材料,按照钢厂提供的热处理、遵守合理的工艺规范和操作规程。此外,正确使用模具润滑剂、模具工作后定期消除应力,以及表面处理等一系列保护性措施,对延长模具寿命也起到积极的作用。
7压铸工艺
对工艺过程控制的研究项目的内容十分广泛,应用计算机模拟技术进行研究的内容大多也可以归纳为工艺研究,包括真充过程、热分析、凝固过程等。从工艺方法的角度,摘要介绍两项
第一项是Taguchi实验设计法,它是一项通用性的方法,其目的是既保证产品质量、而又能缩短过和中工艺试验周期。它在压铸上的应用也十分有效。该方法用来查明单项指标或在某种情况下的双重指标都很成功。据有关文献报道,一个高性能的零件应用该法取得惊人成功的实例,这一方法是用正交试验法,结合压铸专业技术知识,运用计算机辅助技术(包括产品设计、模具设计与制造、模拟流动填充和凝固),加上应用数理统计,有时还借助质量控制的一些分析工具(如鱼刺图等)。总之,是缩短生产试验式程而采取的一整套处理方法。
第二项是PQ2技术,目前PQ2技术在国外已经比较普及并成熟地加以应用而且正发展成为一种多功能的工具。现在已不仅用来进行浇口、浇道设计和进行事前的“图形化试模”。而且还用来结合排溢系统的计算、判定生产过程中铸件的缺陷和找出解决方法,以及选择压铸机型号等多项工作。北美压铸协会每年都有PQ2讲座,一年中2-3次。最近又推出了PQ2计算机软件和计算手册,特别是提供了“画面上试模”来审查设计效果。