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壓鑄工業的發展歷程

發布日期:2022-09-03
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20世紀90年代以后,中國的壓鑄工業獲得了令人震驚的發展,已發展為一個新型產業。目前,鋁合金壓鑄工藝已成為汽車用鋁合金成形工藝中運用最廣泛的工藝之一,在各種汽車成型工藝方式中占49%。
中國目前壓鑄公司3000家左右,程茂五金制品就是其中之一壓鑄件產量從1995年的26.6萬噸上升到2005年的87萬噸,年增長率維持在20%以上,其中鋁合金壓鑄件占全部壓鑄件產量的3/4以上。中國壓鑄件商品的類型呈多樣化,包含車輛、摩托、通信、家電、五金制品、電動工具、IT、照明、扶梯梯級、玩具燈等。隨著技術水平和產品研發能力的提高,壓鑄產品品種和應用領域不斷拓寬,其壓鑄設備、壓鑄模和壓鑄工藝都發生了巨大的變化。壓鑄鋁合金壓鑄鋁合金自1914年投入商業化生產至今,隨著汽車產業的發展和冷室壓鑄機的發明,獲得了迅速發展。
壓鑄鋁合金按性能分成低中強度(如中國的Y102)和高強度(如中國的Y112)兩種。目前工業應用的壓鑄鋁合金主要有以下幾個系列:Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn等。壓鑄鋁合金力學性能的提升通常伴隨著鑄造工藝性能的減少,壓力鑄造因其髙壓快速凝固的特征使這類分歧在某些方面更加突出,因此一般壓鑄件難以開展固溶熱處理,這就制約了壓鑄鋁合金力學性能的提升,盡管加氧壓鑄、真空壓鑄等是提升合金力學性能的有效途徑,但普遍選用仍有一定難度,因此新式壓鑄鋁合金的研發研發一直在開展。
先進的壓鑄技術早期的立式冷室壓鑄機的壓鑄過程只有一個速率壓送金屬液進到模具,壓射速率只有1m~2m/s。采用這種工藝,鑄件內部氣孔多,組織松散,不久便改善為2級壓射,把壓射過程簡單的分解為慢速和迅速2個階段,但快速地速率也不過3m/s,之后為了增加壓鑄件的致密度,在慢速和迅速以后增強了一個壓力提升的階段,變成慢壓射,快壓射和增壓3個階段,這便是經典的3段壓射。
真空壓鑄法與一般壓鑄法相比具有以下特點:(1)孔隙率大大降低;(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高,微觀組織細微;(3)真空壓鑄件的力學性能較高。近來,真空壓鑄以抽除型腔中的氣體為主,主要有兩種方式:(1)從模具中直接抽氣;(2)置模具于真空箱中抽氣。選用真空壓鑄時,模具的排氣道位置和排氣道面積的設計尤為重要。排氣道存在一個“臨界面積”,其與型腔內抽出的氣體量、抽氣時間及填充時間相關。
在金屬液充型環節中,應使金屬液以彌漫噴射情況充型。澆道尺寸的尺寸也對加氧壓鑄的效果有較大影響,適當的澆道規格既能夠滿足金屬液以紊流方式充滿鑄型,又可以避免金屬液溫度下降得過快。氧化物高度彌漫遍布不會對鑄件產生不良影響,反倒可提高鑄件的硬度,并使熱處理后的組織細化。加氧壓鑄可用于與氧反應的Al、Mg及Zn合金。
目前,選用加氧壓鑄可生產各種鋁合金鑄件,如:液壓變速箱外殼、加熱器用換熱器、液壓傳動閥體、計算機用托架等對于需熱處理或組焊、要求密封性高與在較高溫度下使用的壓鑄件,加氧壓鑄具有技術和經濟上的優勢。半固態壓鑄技術半固態壓鑄要在液態金屬凝結時進行拌和,在一定的冷卻速度下得到約50%甚至更高固相成分的料漿,然后用料漿開展壓鑄的技術。
半固態壓鑄技術目前有兩種成形工藝:流變成形工藝和觸變成形工藝。前者是將液態金屬送進獨特定制的壓射成形料筒中,由螺旋設備施加裁切使之制冷成半固態料漿,然后進行壓鑄。后者是將固體金屬?;蛩樵瓦M螺旋壓射成形機中,在加熱和受裁切的條件下使金屬顆粒變為料漿后壓鑄成形。半固態壓鑄成形工藝的關鍵是有效制取半固態合金料漿、精確控制固液成分比例及半固態成形過程自動化控制的研究開發。
為實現半固態成形的自動化生產,美國科學家覺得需要大力推廣以下這些技術:
(1)具有自適性、靈活性的棒料運送;
(2)精密的壓鑄潤化及維護;
(3)可控的鑄件制冷系統;
(4)等離子除氣及處理。
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相比,在加壓方法方面是完全不同的。其選用非接觸式的電磁力直接應用于液態金屬,能夠降低因為壓縮空氣不純及壓縮空氣中氧的分壓太高所帶來的氧化和吸氣等問題,完成了鋁液的穩定運輸和充型,可防止因為紊流造成的二次污染。
此外電磁泵系統徹底選用計算機數字控制,工藝執行十分精確、重復性好,使鋁合金鑄件在成品率、力學性能、表面質量和金屬使用率等方面都具有明顯的優點。此項技術隨著研究的不斷深入,工藝也愈來愈完善。
壓鑄機器的發展通過近幾年的發展,中國壓鑄機的設計水準、性能參數、性能參數、機械系統和制造質量等都有不同程度的提升,尤其是冷室壓鑄機,由原來的全液壓合型機構改成曲肘式合型機構,同時還增加了自動放料,自動噴涂,自動取貨,自動切料邊等,電器也由一般電源控制改成計算機控制,操控水準大大提高,有的已經達到或接近國際水平,正在向大型化、自動化和單元化進軍。
在此期間,國內新的壓鑄機公司相繼嶄露頭角,其中香港力勁公司是典型的代表,該企業開發了多種國內領先的壓鑄型號,比如,立式冷室壓鑄機最大空壓射速率6m/s(1997年)和8m/s(2000年初),鎂合金熱室壓鑄機(2000年初)勻加速壓射系統(2002年),最大空壓射速率10m/s及多段壓鑄系統(2004年6月),實時控制壓射系統(2004年8月)和鎖模力30000kN的大型壓鑄機(2004年7月)等。
中小型壓鑄機仍以國產設備為主。國產壓鑄機與國外先進的壓鑄設備的差距主要體現在以下幾方面:
(1)總體結構設計落后;
(2)滲油嚴重;
(3)可靠性差:這是國產壓鑄機最突出的缺陷,據了解,國產壓鑄機的均值無故障運行時間不到3000小時,甚至達不到國外50和60時代的水準。而國外一般超出20000小時;
(4)種類規格不全,配套能力差:盡管在立式冷室壓鑄機方面已基本成系列,但仍有個別斷檔,如從16000kN到28000kN間就無商品。熱室壓鑄機也缺乏4000kN以上的商品。
程茂五金壓鑄模具的發展最早的壓鑄模模芯材料選用的是45?鋼、鑄鋼和鍛鋼等,因其耐熱沖擊性差,所以當時使用壽命也較短。隨著科技的進步,壓鑄模芯材料也發生了重大變化,現都采用高溫、高強度的3Cr2N8VH13熱鍛鋼做為模芯材料,近年來又使用了進口的8407材料,使模具的使用期大大提高,尤其是近年國內大部分廠都使用了計算機設計及模擬填充技術,使壓鑄模生產質量大大提高,生產期大大縮短。
中國模具行業發展迅猛,1996年至2004模具產量年平均增長率14%,2003年壓鑄模當初產值為38億元。目前,中國國內模具對市場的滿足率僅為80%上下,其中以中低檔模具為主,大型、繁雜的精密模具,在生產工藝、模具質量和壽命及其生產能力方面均無法滿足社會經濟發展的需要。研究及發展方向車輛、摩托工業及其汽車附件的消耗和配套產品的需要,為壓鑄件生產提供了一個廣闊的市場,壓鑄鋁合金在汽車上的應用也將不斷擴大。
在今后的壓鑄技術研究與開發中,鋁合金壓鑄的深化依然會是壓鑄技術發展的一個主要方位。為了適應市場需求,今后應進一步處理以下難題:
(1)應用推廣新式高強度、高耐磨性的壓鑄合金,研究可著色的壓鑄合金及其用于有特殊安全性要求的鑄件等方面的新式壓鑄合金;
(2)開發質量穩定、成份易于控制的壓鑄鋁。

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