1. 壓鑄的發(fā)展簡史 壓鑄的起源眾說不一,但據文獻報導,最初用于壓鑄鉛字。早在1822年,威廉姆·喬奇(Willam Church)博士曾制造一臺日產1.2~2萬鉛字的鑄造機,已顯示出這種工藝方法的生產潛力。1849年斯圖吉斯(J.J.Sturgiss)設計并制造成第一臺手動活塞式熱室壓鑄機,并在美國獲得了專利權。1885年默根瑟勒(Mersen-thaler)研究了以前的專利,發(fā)明了印字壓鑄機,開始只用于生產低熔點的鉛、錫合金鑄字,到19世紀60年代用于鋅合金壓鑄零件生產。壓鑄廣泛用于工業(yè)生產還只是上世紀初,應用于現(xiàn)金出納機、留聲機和自行車的產品生產中。1904年英國的法蘭克林(H.H.Franklin)公司開始用壓鑄方法生產汽車???連桿軸承,開創(chuàng)了壓鑄零件在汽車工業(yè)中應用的先例。1905年多勒(H.H.Doehler)研制成功用于工業(yè)生產的壓鑄機、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。隨后瓦格納(Wagner)設計了鵝頸式氣壓壓鑄機,用于生產鋁合金鑄件。
1927年捷克工程師約瑟夫·波拉克(Jesef Pfolak)設計了冷壓室壓鑄機,由于貯存熔融合金的坩鍋與壓射室分離,可顯著地提高壓射力,使之更適合工業(yè)生產的要求,克服了氣壓熱壓室壓鑄機的不足之處,從而使壓鑄技術向前推進了一大步。鋁、鎂、銅等合金均可采用壓鑄生產。由于整個壓鑄過程都是在壓鑄機上完成,因此,隨著對壓鑄件的質量、產量和擴大應用的需求,已對壓鑄設備不斷提出新的更高的要求,而新型壓鑄機的出現(xiàn)以及新工藝、新技術的采用,又促進壓鑄生產更加迅速地發(fā)展。例如,為了消除壓鑄件內部的氣孔、縮孔、縮松,改善鑄件的質量,出現(xiàn)了雙沖頭(或稱精、速、密)壓鑄;為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實現(xiàn)真空壓鑄,出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機;為了提高壓射速度和實現(xiàn)瞬時增加壓射力以便對熔融合金進行有效地增壓,以提高鑄件的致密度,而發(fā)展了三級壓射系統(tǒng)的壓鑄機。又如,在壓鑄生產過程中,除裝備自動澆注、自動取件及自動潤滑機構外,還安裝成套測試儀器,對壓鑄過程中各工藝參數進行檢測和控制。它們是壓射力、壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動控制裝置以及電子計算機的應用等。
近40年,隨著科學技術和工業(yè)生產的進步,尤其是隨著汽車、摩托車以及家用電器等工業(yè)的發(fā)展,又從節(jié)能、節(jié)省原材料諸方面出發(fā),壓鑄技術已獲得極其迅速的發(fā)展。壓鑄生產不僅在有色合金鑄造中占主導地位,而且已成為現(xiàn)代工業(yè)的一個重要組成部分。近年來,一些國家由于依靠技術進步促使鑄件薄壁化、輕量化,因而導致以往用鑄件產量評價一個國家鑄造技術發(fā)展水平的觀念改變?yōu)橛眉夹g進步的水平作為衡量一個國家鑄造水平的重要依據。
從世界范圍和我國情況來看,鋁合金壓鑄件應用的范圍日益廣泛。由于壓鑄工藝和技術的發(fā)展,又使壓鑄件在有色金屬鑄件生產中所占的比例日益增多。
2. 我國壓鑄生產中存在的主要問題 壓鑄生產中主要涉及的有壓鑄設備、壓鑄合金、壓鑄工藝、壓鑄型、工藝標準和監(jiān)控等方面的問題。盡管我國壓力鑄造有了突飛猛進的發(fā)展,但是與國外先進國家比較還存在著很大的差距,正確認識這些差距,分析產生這些差距的原因,提出解決的辦法,是我們鑄造工作者的重要責任。其主要差距表現(xiàn)在以下幾個主要方面:
(1) 技術狀況:技術落后,人才缺乏,新工藝新產品開發(fā)不力。有色鑄造生產,在工作條件上雖然比普遍鑄造有很大的改善,但仍存在工作環(huán)境差,勞動強度大等問題,很多人不安心本職工作,即使在這個崗位工作,有的甚至工作多年,仍然還要轉崗,造成了技術人員流失,技術力量嚴重不足。由于我國原來鑄造企業(yè)比較落后,改革開放后,對原有企業(yè)進行了改造,引進了大量的新工藝,新設備。但是操作人員大部分仍由原來工人培訓而來,因而工人的文化素質低,技術知識水平差,大大影響了新設備的使用功能,也影響了新工藝的順利實現(xiàn)。由于技術力量和資金的缺乏,新工藝、新產品的開發(fā)嚴重不足,特別是計算機技術的應用就更加缺乏。許多內容還僅僅限于在科研機構和高校實驗室研究中進行,距離生產使用還有很大差距。具體狀況有如下幾個方面:
1) 引進的大型設備基本都配有定量澆注、噴涂裝置。
2) 鑄件與模溫控制裝置,切邊壓力機配備得少。
3) 計算機在壓鑄機控制方面應用較少。
4) 壓鑄件清理多為手工,很少采用機械化。
5) 振動光飾已在擴大應用。
6) 鑄件檢驗手段不夠先進。
7) 鎂合金壓鑄水平有待進一步開發(fā)與提高。
8) 合金材料質量控制不嚴,熔煉處理手段不夠先進。
(2) 設備狀況:我國有色合金鑄件利用重力鑄造和砂型鑄造的比例還比較大,無論外觀質量還是內在質量都存在差距,加工余量大,廢品率高,合金利用率低。鑄件綜合質量差的主要原因是:設備、工藝落后,手工和砂型生產的鑄件比例比較高。除了部分像上海汽車有色合金鑄造總廠這樣較大的企業(yè),設備大部分是引進的之外,國產的壓鑄機、低壓鑄造機存在很大差距,自動化程度低, 精度比較低, 故障率比較高。充氧壓鑄、真空鑄造、半固態(tài)鑄造等新工藝采用甚少。具體狀況有如下幾個方面:
1) 壓鑄機以冷室小型為主,2500kN以下的占總量的95%,尤以1250kN為最多。
2) 國產壓鑄機性能與國外先進設備相比有較大差距,液壓、電器元件可靠性差。
3) 壓鑄機普遍缺少先進的檢測與控制儀表。
4) 壓鑄機外圍設備如定量澆注、自動噴涂、自動取件裝置(機械手)、模具加熱與冷卻裝置,以及切邊壓力機等還未定型生產。
(3) 模具:模具的設計、制造和選用的材料都比較落后。一些高精度的模具還需要進口。我們自己制造的模具,設計、制造的周期長,精度低、成本高,特別是壽命低。模具用材料較少,嚴重地影響了模具的使用壽命。具體狀況有如下幾個方面:
1) 模具設計有一定經驗,很少運用計算機模擬設計澆注系統(tǒng),進行溫度場分析,設計計算模具加熱與冷卻系統(tǒng)等。
2) CAD/CAM只有少數廠家開始試用。
3) 缺乏大型模具設計制造經驗,大型精密模具多從國外進口。
4) 普遍存在壓鑄模壽命低的問題。
5) 模具材料中不少仍沿用3Cr2W8V,H13鋼也在不斷擴大應用,有國產的,也有進口的,自行研制的Y4(4Cr3Mo3V1NbB)(壓鑄銅合金用)和Y10(4Cr5No2VmnSi)(壓鑄鋁合金用)這兩種電渣精煉鋼也已試用。
6) 缺乏壓鑄模用熱作鋼專用標準和鍛坯質量標準,特別對大型、復雜壓鑄模在鋼的清潔度與鍛坯網狀組織方面應有明確要求。以保證模具質量、壽命。
7) 缺乏大型模具標準,結構組件的標準也未能列入其中,有待完善和大力推行。
8) 模具專業(yè)生產廠生產的模具不足市場所需的10%,而國外卻占80%以上。
9) 專業(yè)廠尚缺乏足夠先進的加工設備和檢測儀器。
(4) 原輔材料:原輔材料的生產比較分散。各類專業(yè)廠很多,但大多數為就地取材的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè),設備簡陋、技術落后、測試手段短缺,原輔材料品種不全,質量較差。有色合金鑄造用量很大的各類涂料、粘結劑、脫模劑、精煉劑等等,特別是一些高新產品還不能生產,基本上還處于低水平,無序供應為主的階段。而工業(yè)發(fā)達國家的原輔材料的供應已經實現(xiàn)了社會化、專業(yè)化和商品化。具體狀況有如下幾個方面:
1) 鋁、鎂、鋅、銅都有足夠的資源,并可提供各種牌號的原生鑄造合金錠。
2) 對再生合金重視不夠,也未制定標準。
3) 國產水-乙二醇有供,但質量不穩(wěn),涂料種類多,生產廠家也很多,但缺乏統(tǒng)一標準和檢驗方法。
4) 合金精煉、除氣、變質、晶粒細化劑均有廠生產并可提供無公害的熔劑。
(5) 管理:生產管理落后。原材料供應、生產技術規(guī)范、產品檢驗、售后服務等方面都落后于形勢。檢測手段、檢測技術、檢測設備等存在很大差距。合金和原輔材料的檢測、性能的檢測、鑄造控制過程檢測、鑄件內在質量的檢測等等都沒有嚴格地進行,常常不能起到預防的作用。在其連續(xù)大規(guī)模生產過程中,多次數、多工序在線監(jiān)控和鑄件逐件無損檢測設備方面差距更大。發(fā)達國家成功的企業(yè)在生產全過程中,都主動、嚴格執(zhí)行行標、國標和符合國際標準的企業(yè)標準,各企業(yè)之間標準統(tǒng)一,要求一樣,便于比較、方便交流。因而廢品率很低,只有2%~5%。而我國多數企業(yè),被動、從寬地執(zhí)行標準,有些甚至不執(zhí)行標準。企業(yè)標準低于GB,廢品率有的高達30%~50%。工業(yè)發(fā)達國家的國家標準更新的也很快,一般為4~5年,而我國的標準制定后多年不加修訂,有的十年二十年不變,十分落后,失去了指導意義,給產品的生產、銷售、出口等都帶來了諸多不便。國際市場普遍推行的ISO9000認證制度,是定購鑄件的前提條件,我國也只有個別專業(yè)化鑄造廠通過認證。采用計算機管理的工廠較少。人員素質有待通過企業(yè)文化教育得到提高。