【《压铸技术及其发展研究文献综述》4300字】

压铸技术及其发展研究文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u30647压铸技术及其发展研究文献综述 157911.1.1压铸技术概述 163311.1.2压铸技术发展现状 211791.1.3真空压铸概述 3323351.1.4压铸铝合金分类 43816参考文献 6压铸技术概述压铸是一种金属铸造工艺，其特点将熔融金属在高压下注射进入型腔。模具型腔一般使用钢模具制造，将金属液注入这些已经加工成型的模具的过程类似于注射成型工艺。有色金属是大部分压铸件的主要构成成分，其中包括锌、铜、铝、镁、铅、白蜡和锡基合金。根据铸造金属的熔点不同，常用的选择有热室和冷室两种。主要的压铸合金有：锌、铝、镁、铜、铅和锡等，尽管不常见，铁基合金的压铸也是可能的。[42]特定的压铸合金包括：锌铝合金；铝合金例如铝协会（AA）标准：AA380、AA384、AA386、AA390；以及AZ91D镁合金。压铸作为一种不涉及切削的特种铸造手段，在近代的金属工业中，它的发展是非常迅速的。[10]压铸作为一种终形（近终形）的成形方法，有着效率高，经济效益好，铸件尺寸精度高等优势，被制造工业领域广泛应用，与之相应的是压铸技术的飞速发展，时至今日压铸技术生产的铸件已经成为诸多产品的主要组成部分。[11]压铸工艺主要涉及的工艺参数有压力、速度、时间、温度等，合理的选择和匹配这些工艺参数能保证铸件的性能、有效提高生产效率和保护模具延长使用寿命。[12]压铸技术发展现状压铸技术涉及到机械制造、液压传动、材料、冶金、自动化、计算机、化工、电子、传感器、检测、电气等诸多学科并正在向边缘学科渗透。[11]近年来以上学科飞速发展，国内外的压铸技术也相应有了很大的发展和革新。具体的表现有：（1）压铸机及外围设备整体性能和控制系统水平的大幅度提高。[11]（2）通过计算机模拟技术，进一步加深了对压铸工艺过程中液体金属充型、液体金属凝固等过程的认识。[13]（3）模具型腔材料的优化有效延长了使用寿命，进一步提高生产效率，优化铸件性能。（4）薄壁压铸件成形技术的发展进一步推进了工业生产的轻量化。[14]（5）开发压铸件专用涂料，改善了铸件与模具的接触性能，从而提高铸件的表面质量。压铸工艺过程中卷入气体是难以避免的，这也导致了压铸件内部出现的气孔和缩松等缺陷。充型时型腔内滞留的气体无法完全排除会使铸件产生气孔孔，而铸件在凝固成型时收缩后缺失的部分得不到补充则会形成缩松。这两种缺陷对铸件性能有着很大的影响，在后续热处理加工时甚至会扩大导致铸件报废。为了解决这一问题，国内外学者研究优化出一些新型压铸技术(见表1.1)。(生产半固态铸件的工艺有许多不同的技术。对于铝合金来说，触变铸造和流变铸造更为常见。)不同新型压铸技术工艺对比工艺原理优点缺点半固态压铸触变铸造利用具有非树枝状微观结构的预制坯料，通常在棒料阶段通过大力搅拌熔体产生。通常用感应加热将钢坯重新加热到半固态温度范围，然后用压铸机将半固态材料注入淬火钢模具中。（1）生产精度高（2）铸件孔隙率低（3）铸件收缩率低（4）机械性能优良（5）压力密封性好（6）可生产薄壁铸件（7）可热处理（8）表面光洁度高压铸过程对环境温度等条件非常敏感。因此，生产设施需要对工艺条件进行更高程度的控制，需要更昂贵的设备和更好的操作员培训。真空压铸在注射前和注射过程中，真空泵从模腔和金属输送系统中排出空气和气体，以此达到真空的效果，减少气孔的产生（1）孔隙率低（2）可热处理（3）表面光洁度好（4）可生产薄壁铸件（5）型腔使用寿命长（6）可压铸性能较差的合金模具密封结构复杂，制造及安装较困难，因而成本较高，压铸过程工艺控制要求高，如控制不当，合金性能优化效果不显著。充氧压铸在铝合金液充填型腔前,用氧气充填压室和型腔而取代其中的空气。压铸过程中合金液氧化消耗氧气并生成分布在铸件内部的氧化物颗粒，最终铸件内不会产生气孔。[43]（1）孔隙率低（2）可热处理（3）表面光洁度好（4）设备要求低（5）成本低需要额外对压射补进行设计，对压室进行改造。对于冲头润滑剂和涂料由特殊要求，油性润滑剂和涂料会与氧气反应产生爆炸和大量气体。真空压铸概述真空压铸是近年来人们为了减少压铸件中主要缺陷——气孔的含量针对性开发出的一种新型压铸工艺。真空压铸工艺的基本原理如图1.1所示[15]，在合金液注射入压射的过程中，真空阀会在冲头封闭浇料口后将压室以及型腔中的空气抽出，以此来达到真空的效果，当合金液体流接近排气道时，即金属液体充满型腔后，真空阀停止抽真空，使得充型过程中型腔处于真空状态。因此，金属液在充型过程会卷入更少的气体，从根源上降低了铸件中产生气孔的主要因素——空气，从而使得压铸件中的孔洞含量减少，致密度提高。当前针对真空压铸方面的研究主要有三个方面：如何开发更有效的高真空压铸工艺、如何提升真空压铸件力学性能和如何使真空压铸件达到可以后续的热处理、焊接工艺的标准。真空压铸工艺原理示意图[15]目前高真空压铸工艺所面临的关键问题有两点：（1）开发更有效的高真空系统；（2）改善压铸工艺和高真空系统间的配合问题。为了满足压铸件后续焊接工艺和热处理的要求，压铸件内的气孔必须尽可能地少，为了达成这一要求，现今的高真空压铸工艺的真空标准是压射过程中型腔内的有效真空压力小于5kPa[16]。我们需要在保证压射过程中液态金属温度的条件下尽可能地提高抽真空的效率。目前真空压铸所用到的高真空系统包括真空机、真空阀以及密封模具等，其中抽真空的能力由真空机的体积决定，而抽真空工序的有效执行主要由真空阀作为控制元件决定，抽真空的效果受密封模具的质量影响最为显著，这些条件综合影响着真空压铸中高真空工艺这一决定性步骤的效率[17-19]。Bar-Meir等[19]对真空压铸的充型和排气过程进行了计算机模拟分析，得出了计算真空阀排气通道有效截面积的理论公式，定量分析了排气通道截面积对真空效果的影响规律。胡泊等[20]开发了具有较强排气能力的真空排气阀，及用于实际生产的高真空压铸模具密封及抽气工艺，并研究了模具密封抽气工艺对型腔真空压力的影响，对常用真空抽气系统进行了建模分析，针对抽气能力瓶颈环节进行了改进，建立了高真空压铸系统。在压铸工艺方面，低速压射时间决定着有效抽真空的时间。在真空系统确定的前提下，有效抽真空的时间越长，型腔中有效真空压力愈小，充型过程中卷入气体的量愈少，但在另一方面，有效抽真空时间的增长，意味着金属液在压室中停留的时间增加，热量损失过多以及预结晶晶核的增多，最终会导致金属液的流动性变差，凝固组织粗大的不良结果。因此，真空压铸的工艺参数选取，应兼顾真空效果及压射时间两方面因素。压铸铝合金分类压铸铝合金主要分为中低强度压铸铝合金和高强度压铸铝合金两种，下表是工业中一些常用的压铸铝合金常见的压铸铝合金铝合金硅含量铜含量抗拉强度特性AA380

(UNS

A03800)8.5%3.5%324Mpa很容易充型AA384

(UNSA03840)11%4%331Mpa容易充型AA386

(UNSA03860)9.5%0.6%317Mpa抗腐蚀性能好AA390

(UNSA03900)17%4.5%283Mpa耐磨性能好目前工业上应用的压铸铝合金主要有以下系列：（1）铝硅系：其中应用历史最长的是铝硅二元合金，成型性良好且耐腐蚀，但是力学性能和加工性能差，无法用于压铸高生产精度和有受力要求的铸件，主要用于压铸薄壁的不受力器件或者可满足一定的致密性要求如仪表附件、护板、盖板、盖帽和有散热片的缸体、壳体等。[33]（2）铝镁系：主要用于一些有特殊外观和防腐要求的压铸件[21]，铝镁系合金经过一定的处理后外表呈银白色，有着良好的力学性能和耐腐蚀性。加入Mg后的铝合金在熔炼过程中更容易被氧化，所以铝镁系合金压铸过程要比铝硅系合金更加难以控制，对压铸工艺参数的控制要求也更为苛刻。铝镁系一般用于高强度下的工作零件，如飞机轮船零件、管材接头等。（3）铝硅铜系和铝硅镁系：是压铸铝合金中应用最多的一类合金，有着良好的力学性能和加工性能。[22]这类合金在铝合金压铸件中的应用量达到了七成左右。适用于电子通讯设备零件,仪表零件，压铸汽车、摩托车零件，电动工具零件等。（4）铝锌系：有着优良的耐磨性、减震性和耐腐蚀性，成本低廉的同时还有这优良的铸造性能。这种合金结晶温度范围宽，受冷却速度和杂志影响较为严重，凝固过程中更容易出现缩松等缺陷导致塑性降低。[23]一般用于制造需要受力的零部件和厚壁部件。在通过压铸工艺提高铝合金力学性能的同时，其铸造工艺性能是随之降低的。[34]在高压力和快速凝固的条件驱使下，这种性能反向变化的趋势会更为明显，所以一般压铸件因为气孔和缩松等缺陷难以进行热处理，这是限制压铸铝合金性能进一步提升的主要原因之一。虽然近年来人们开发了半固体压铸、真空压铸、充氧压铸等新型压铸工艺，但这些新型压铸工艺的普及还有很长的路要走。[24~26]开发新的压铸工艺，设计新的合金组成，这对于压铸铝合金进入更多元的应用领域具有极为重要的意义。参考文献田荣章,王祝堂铝合金及其加工手册.长沙:中南大学出版社,2000.周晓霞,张仁元,刘银峁.稀土元素在铝合金中的作用和应用[J].稀土信息,2003(06):18-20ZhiminYin,QinglinPan,YonghongZhang,FengJiang.EffectofminorScandZronthemicrostructureandmechanicalpropertiesofAl–Mgbasedalloys[J].MaterialsScience&EngineeringA,2000,280(1).ManasDash,MakhloufMakhlouf.Effectofkeyalloyingelementsonthefeedingcharacteristicsofaluminum–siliconcastingalloys[J].JournalofLightMetals,2001,1(4).冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程,2006(03):213-220.范子杰,桂良进,苏瑞意.汽车轻量化技术的研究与进展[J].汽车安全与节能学报,2014,5(01):1-16.齐丕骧.变形铝合金挤压铸造[J].特种铸造及有色合金,2008(S1):9-13.成平.消失模铸造用改性A356铝合金的组织性能研究[D].华中科技大学,2011.马天宇,任玉艳,王文欣,李英民.稀土对Al-Si合金及Al-Mg-Si复合材料作用机理的发展[A].中国机械工程学会、铸造行业生产力促进中心.2018中国铸造活动周论文集[C].中国机械工程学会、铸造行业生产力促进中心:中国机械工程学会铸造分会,2018:5.北京无线电工具设备厂.压铸技术基础.北京:国防工业出版社,1978.黄晓锋,谢锐,田载友,朱凯,曹喜娟.压铸技术的发展现状与展望[J].新技术新工艺,2008(07):50-55+3.S.Das,D.P.Mondal,G.Dixit.Correlationofabrasivewearwithmicrostructureandmechanicalpropertiesofpressuredie-castaluminumhard-particlecomposite[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2001,32(3).贵菁.基于铸造CAD/CAE技术的压铸工艺参数的分析与研究[D].兰州理工大学,2011.菱昭省三.日本应用镁合金于IT产业的情况[C].见:第五届中国国际压铸会议论文,沈阳:东北大学出版社,2006.熊守美.镁合金压铸成形技术研究进展.航空制造技术,2006,02:32-35.NagasekharAV,CaceresCH,KongC.3DcharacterizationofintermetallicsinahighpressurediecastMgalloyusingfocusedionbeamtomography.MaterialsCharacterization,2010,61(11):1035-1042.Nouri-BorujerdiA,GoldakJA.ModelingofairventinginpressurediecastingProcess.TransactionsoftheASMEJournalofManufacturingScienceandEngineering,2004,126(3):577-581.HernandezJ,LopezJ,FauraF.Influenceofunsteadyeffectsonairventinginpressurediecasting.JournalofFluidsEngineering-TransactionsoftheAsme,2001,123(4):884-892.BarMeirG,EckertERG,GoldsteinRJ.Airventinginpressurediecasting.JournalofFluidsEngineering-TransactionsoftheAsme,1997,119(2):473-476.胡泊.高真空压铸AM50镁合金的孔洞缺陷与力学性能研究[博士学位论文].北京:清华大学机械工程系,2009.Han-ChengShih,Ne