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我國的鋁合金壓鑄技術和汽車工業的發展

時間:2018年04月20日 15:15

  20世紀90年代以後,中國的壓鑄工業取得了令人驚歎的發展,已發展為一個新興產業,目前鋁合金壓鑄工藝已成為汽車用鋁合金成形工藝中應用最廣泛的工藝之一,在各種汽車成型工藝方法中占49%。

  中國現有壓鑄企業3000家左右,壓鑄件產量從1995年的26.6萬噸上升到2005年的87萬噸。年增長率保持在20%以上,其中鋁合金壓鑄件占所有壓鑄件產量的3/4以上。中國壓鑄件產品的種類呈多元化,包括汽車、摩托車、通訊、家電、五金製品、電動工具、IT、照明、扶梯梯級、玩具燈等。隨著技術水平和產品開發能力的提高,壓鑄產品種類和應用領域不斷擴寬,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年投入商業化生產以來,隨著汽車工業的發展和冷室壓鑄機的發明,得到了快速發展。

  壓鑄鋁合金按性能分為中低強度(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大係列: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使這種矛盾在某些方麵更加突出,因此一般壓鑄件難於進行固溶熱處理,這就製約了壓鑄鋁合金力學性能的提高,雖然充氧壓鑄、真空壓鑄等是提高合金力學性能的有效途徑,但廣泛采用仍有一定難度,所以新型壓鑄鋁合金的開發研製一直在進行。先進的壓鑄技術早期的臥式冷室壓鑄機的壓鑄過程隻有一個速度壓送金屬液進入模具,壓射速度隻有1m~2m/s。采用這種工藝,鑄件內部氣孔多,組織疏鬆,不久便改進為2級壓射,把壓射過程簡單地分解為慢速和快速2個階段,但快速的速度也不過3m/s,後來為了增加壓鑄件的致密度,在慢速和快速之後增加了一個壓力提升的階段,成為慢壓射,快壓射和增壓3個階段,這就是經典的3段壓射。

  


  真空壓鑄法與普通壓鑄法相比具有以下特點1)氣孔率大大降低;(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高,微觀組織細小;(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,主要有兩種形式1)從模具中直接抽氣;(2)置模具於真空箱中抽氣。采用真空壓鑄時,模具的排氣道位置和排氣道麵積的設計至關重要。排氣道存在一個“臨界麵積”,其與型腔內抽出的氣體量、抽氣時間及充填時間有關。

  在金屬液充型過程中,應使金屬液以彌散噴射狀態充型。澆道尺寸的大小也對充氧壓鑄的效果有較大影響,適當的澆道尺寸既可以滿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快。氧化物的高度彌散分布不會對鑄件產生不利影響,反而可提高鑄件的硬度,並使熱處理後的組織細化。充氧壓鑄可用於與氧反應的Al、Mg及Zn合金。目前,采用充氧壓鑄可生產各種鋁合金鑄件,如:液壓變速器殼體、加熱器用熱交換器、液壓傳動閥體、計算機用托架等對於需熱處理或組焊、要求氣密性高和在較高溫度下使用的壓鑄件,充氧壓鑄具有技術和經濟上的優勢。半固態壓鑄技術半固態壓鑄是在液態金屬凝固時進行攪拌,在一定的冷卻速度下獲得約50%甚至更高固相組分的漿料,然後用漿料進行壓鑄的技術。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入特殊設計的壓射成形機筒中,由螺旋裝置施加剪切使其冷卻成半固態漿料,然後進行壓鑄。後者是將固態金屬粒或碎屑送入螺旋壓射成形機中,在加熱和受剪切的條件下使金屬顆粒變成漿料後壓鑄成形。半固態壓鑄成形工藝的關鍵是有效製取半固態合金漿料、精確控製固液組分的比例及半固態成形過程自動化控製的研究開發。為實現半固態成形的自動化生產,美國科學家認為需要大力發展以下幾種技術1)具有自適性、靈活性的棒料運輸;(2)精密的壓鑄潤滑及維護;(3)可控的鑄件冷卻係統;(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,在加壓方式方麵是完全不同的。其采用非接觸式的電磁力直接作用於液態金屬,大大降低了由於壓縮空氣不純及壓縮空氣中氧的分壓過高所帶來的氧化和吸氣等問題,實現了鋁液的平穩輸送和充型,可防止由於紊流造成的二次汙染。另外電磁泵係統完全采用計算機數字控製,工藝執行非常準確、重複性好,使鋁合金鑄件在成品率、力學性能、表麵質量和金屬利用率等方麵都具有明顯的優勢。這項技術隨著研究的不斷深入,工藝也愈來愈成熟。

  壓鑄設備的發展通過近幾年的發展,中國壓鑄機的設計水平、技術參數、性能指標、機械結構和製造質量等都有不同程度的提高,特別是冷室壓鑄機,由原來的全液壓合型機構改為曲肘式合型機構,同時還增加了自動裝料,自動噴塗,自動取件,自動切料邊等,電器也由普通電源控製改為計算機控製,操控水平大大提高,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,國內新的壓鑄機企業陸續嶄露頭角,其中香港力勁公司是典型的代表,該公司開發了多項國內領先的壓鑄機型,例如,臥式冷室壓鑄機最大空壓射速度6m/s(1997年)和8m/s(2000年初),鎂合金熱室壓鑄機(2000年初)勻加速壓射係統(2002年),最大空壓射速度10m/s及多段壓鑄係統(2004年6月),實時控製壓射係統(2004年8月)和鎖模力30000kN的大型壓鑄機(2004年7月)等。

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