现阶段中国压铸技术的研究及其进展

1 压铸的研究与生产现状 

    中国的压铸业从生产效率、压铸机质量和生产技术等综合水平来看，与压铸先进国家相比还相当落后，但是，在数量上和从业人员方面我国具有一定优势；另外，压铸市场容量较大发展空间比较充裕，近几年的发展速度很快，也为我国尽快接近和赶超世界先进水平提供了可能。东南亚各国经历了1997年金融危机后，压铸业也发生了一定的变化。香港生产力促进局姜永正先生，根据东南亚压铸业的发展和现状，分析了各种工业与压铸业的关系及经济形势对其影响。认为金融危机，导致东南亚各国压铸件产量急剧下滑，但是东南亚各国通过开放新的部门来吸引外国直接投资，或使资金流动更快的方式来恢复经济。这些优惠政策为经济增长提供了商机，同时也带动了压铸业的复苏，充挤压铸造技术发展状况也是本次会议的重点关注内容。兵器工业集团第五二研究所的齐丕骧先生，从中国挤压技术发展史、挤压铸造设备的发展、挤压铸造产品的开发、挤压铸造工艺技术的研究进展等方3面，概述了中国挤压铸造的现状。既看到了近年来中国挤压铸造业取得的成绩，同时也看到了在产业化和应用方面存在的差距。认为，继续发展中国的挤压铸造必须加强下述3方面的工作：

    ①大力扩充挤压铸造产品的市场空间，不断发展质高价廉的新产品

    ②对落后的挤压铸造设备进行技术改造，以提高工艺稳定性及生产效率；

    ③提高技术水平，提高模具的设计及加工水平，为企业发展提供后劲。

    镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料，对镁合金的研究开发，特别是镁合金的压铸、挤压铸造、半固态加工等技术的研究更是呈现遍地开花的局面。香港生产力促进局的姜永正先生，对香港和珠江三角洲地区近几年镁压铸工业的迅速发展的情况进行了总结分析，预测镁压铸在这一地区仍然具有很好的发展潜力。其原因主要是：

    ①中国“入世”后具有高的和稳定的经济发展速度，为香港和珠江三角洲地区镁压铸工业的发展提供了机遇；

    ②这一地区在亚洲处于良好的地理位置，为镁压铸产品的全球性运输提供了方便

    ③该地区发达的金属加工和模具制造等基础产业，为镁压铸业结构快速调整和降低成本创造了条件；

    ④悠久的压铸历史和低的运行成本，提升了这一地区镁压铸业的竞争力。

    日本菱沼压铸株式会社的菱沼省三先生介绍了日本镁合金用于IT产业的情况，重点介绍了用于生产IT产业的镁合金压铸的注意事项和新技术，以及菱沼压铸机的特点。其中，经过加装电气加热系统和改进伺服油路系统，提升热室压铸机的铸造能力，实现了高速无飞边压射，既减少了回收料又提高了镁压铸件质量，是该压铸机的主要特点。

    2 深入发展的镁合金及其成形技术

    近几年，镁合金的研究主要集中在新合金的开发和新的成形技术上，目的是扩大镁合金的适用范围。镁合金耐热性差是限制其应用的主要问题之一，

提高耐热性可以扩大应用范围。为此，世界各国开展了大量的研究工作。目前，提高镁合金耐热性最基本的做法是向合金中添加稀土元素。

沈阳工业大学的刘正先生，开展了向压铸AM50合金中添加钕元素改善合金耐热性的研究工作，

    其中钕的加入量为0.417%,（质量分数，下同）。研究结果表明，钕加入后，合金从室温到200℃时的力学性能均得到了改善，极限抗拉强度、屈服强度和伸长率均得到了提高。钕元素的作用是形成金属间化合物Mg9Nd的高温强度得到提高。许多镁合金压铸件在使用时将承受一定的摩擦和磨损，而其磨损行为的研究工作至今却开展得相对较少。吉林大学的杨晓红女士开展了稀土镁合金磨损行为的研究，重点研究了AZ91D合金中加入不同量稀土元素，对合金的摩擦系数、磨损失重及摩擦表面形貌的影响，从而确定了稀土镁合金的磨损失效形式。研究结果显示，在干摩擦条件下，随着稀土元素加入量从0.2%增加到1.0%，合金的摩擦系数和磨损失重均依次减小，有效地延缓了从轻磨损到严重磨损的弥散分布于合金基体上，抑制了晶界的滑移，使合金过渡。布于合金的基体中，这种效果对提高35元素的固溶挤压和半固态加工技术是提高镁合金制件性能的有效途径，这类技术的应用是当前的研究热点。在本次会议上宣读的有关镁合金压铸方面的学术论文中，

    采用挤压或半固态成形技术的占有相当大的比例，体现了研究者的重视程度。沈阳工业大学的袁晓光先生，系统地研究了电磁搅拌对合金组织的影响。研究发现，搅拌可以降低Zn元素在?-Mg17相的偏聚程度，使其较均匀分布这种效果对提高Zn元素的固溶强化效果和改善合金的耐腐蚀性均十分有利。华中科技大学的罗吉荣先生研制出了半固态流变压铸成形机，并对该机的流变成形性进行了较系统的研究。试验结果表明：该成形机具有熔化、保温输送、半固态浆料制备与冷室压铸机于一体的优点，工艺性稳定、成本低、操作简单、运转平稳、温度控制精确，对镁合金的剪切速率可高达2000-20000s-1,固相率可在5%-50%,范围内调整等特点。镁合金表面防腐处理是开发镁合金零件的重要相关技术之一，决定着镁压铸件的实际应用，也是世界各国十分关注的研究内容。日本美丽龙化学工业股份有限公司的若原辛藏先生介绍了镁合金的非铬酸盐处理体系。该项处理技术是1997年申请的专利，已被7家日本公司、7家中国台湾公司和1家中国大陆公司使用，收到了良好的效果。在本次会议上若原辛藏先生介绍了该项技术的开发经过，并以笔记本计算机框体为例介绍了处理流程、管理方法和废水处理等。日本Otsuka化学株式会社在会上也介绍了该公司用于镁合金表面处理的清洗防锈剂——洗亚丹(SHADAN)。该化学处理药剂主要特点是不含铬和氟等元素，对环境不构成污染，操作安全；采用的有机防锈剂，易在高温下分解，不污染回炉时的合金，

    且处理工序简单；处理后镁合金表面薄膜为蛰合物，具有优良的喷涂附着性和持久的耐腐蚀性；表面膜是纳米数量级的薄膜，电阻低，EMI性能好。

    3 备受关注的铝、锌合金挤压铸造技术

    在本次会议上，有关锌、铝合金压铸问题的学术论文数量仅次于镁合金，说明锌、铝合金压铸仍然是压铸合金的一大主流。但是，与前两届压铸国际会议相比，挤压（液、固态）铸造、半固态挤压铸造等技术更受重视。瑞士布勒公司的Leo

    Iten先生针对未来轻型汽车对构件塑性、可焊性和表面质量要求的提高，需要采用真空压铸的特点，介绍了布勒公司的铝合金真空压铸工艺。采用这种工艺压铸的铝合金件，具有可焊接、可进行热处理的特点，铸件的伸长率和表面质量随着真空度的提高而提高，完全可以满足未来轻型汽车的要求，并具备操作简单、经济、灵活等优点。可以说，这种铸造工艺让我们看到了高压铸造广阔的发展前景。

    半固态坯料二次加热是半固态加工技术的关键工序，其目的是球化枝晶组织，获得半固态浆料，这也是获得高性能半固态挤压制件的关键之一。为了获得均匀的半固态浆料，二次加热时需要精确控制坯料的温度和分布均匀性。然而，受加热方式的限制，获得温度精确、分布均匀的二次加热坯料，尚存在许多问题。为此，上海大学的许珞萍女士开展了非枝晶Al-Si-Mg合金感应加热温度场的研究。这项研究是在感应加热的基础上，采用温度场数值模拟和温度场实测的方法，研究加热电流频率、试样形状和尺寸等对加热温度场的影响。这项研究的意义在于为制定合理的半固态二次加热工艺提供了依据。液态挤压工艺参数是影响挤压合金铸件组织结构和力学性能的重要因素，开展相应的理论研究十分必要。沈阳工业大学的李荣德先生，从理论上对挤压工艺参数与挤压过程的关系进行了研究，推导了挤压铸件局部凝固时间与凝固层厚度的关系，保压时间与凝固时间的关系，最终得到了挤压工艺参数、铸件参数、凝固热力学与动力学条件之间的关系。这项研究丰富了挤压理论，为实际生产中确定合理的挤压铸造工艺参数提供了依据。近几年，利用压力铸造制备复合材料的技术得到了发展，为复合材料的制备提供了一条新途径。西北工业大学的齐乐华女士利用液态挤压技术进行了

    Al2O3/LY12复合材料管、棒材的制备研究。这种新工艺直接将非连续物增强金属基复合材料制备成管、棒等型材类制品，省去了液态模锻法所需的挤压、轧制等二次成形工序；广西大学的曾健民先生也用低压铸造技术制备了碳化硅颗粒增强复合材料，较系统地分析了充型的动力学，模拟了影响充型过程的因素。这些研究为低压铸造生产复合材料制件提供了指导和借鉴.

    4 计算机在压铸领域中的新应用

    计算机在压铸中的应用一直是提高压铸技术水平的重要途径，在本次会议上计算机应用问题仍然是重要议题之一，并且，计算机应用的重点已从高压铸造过程转移到半固态铸造过程、低压铸造过程，反映出计算机在压铸领域的研究重点正在向新的方向发展。北京科技大学的杨卯生先生对铝合金半固态触变充型过程进行了三维数值模拟，建立了流场计算模型，

    模拟计算了半固态充填过程，分析了入流速度对充填过程的影响，并在半固态刹车泵体上进行了验证。在模拟研究压铸充型过程时，采用的计算方法往往影响模拟计算的速度和精度。铸造充型模拟过程实际是求解粘性不可压缩流体基本方程(NS方程)的过程，目前常用的求解算法是SOLA-VOF算法，实践证明这种方法的求解速度和精度并不是很好。针对这一问题，华北工学院的梁红玉女士研究了将近似盒迭代算法用于求解NS方程，模拟铸造的充型过程。经过对压铸件充型过程的模拟计算，证明采用近似盒迭代算法求解NS方程精度更高，速度也更快。这项研究为更精确地进行铸造充填过程模拟提供了有益的尝试。目前，低压铸造的应用越来越广泛，低压铸造工艺也需要不断地优化。在本次会议上，华北工学院的徐宏先生通过建立低压铸造充型模拟基本方程和对方程的求解，以发动机缸盖为例，对低压铸造工艺设计、充型过程和缺陷预测等进行了模拟和优化。另一位研究者侯华先生，基于低压铸造充型理论，开发了流量控制程序及流动充型数值模拟程序。该程序可计算低压铸造产生紊流的条件，修正充填过程，从而达到充型平稳，保证铸件内部质量的目的。

    5 亟待深入研究的压铸装备及新的生产管理技术

    从本届会议宣读的论文内容来看，压铸装备占的比例较小，有关论文只有5篇。

这种情况可能反映两方面的问题，一是压铸装备的技术水平已趋于稳定，

    二是压铸装备方面的研究近几年进展不大。就中国而言，压铸装备的研究工作是一个薄弱环节，特别是缺乏独立开发新型压铸机的积极性，需要引起注意。本届会议宣读的压铸机方面的论文是来自日本的两家公司。日本东洋机械金属公司的河内Ｃ飨壬樯芰烁霉镜淖钚旅狙怪低场螅?P>    TOYO）系统（卧式冷室压铸机系统）。该系统具有高精度自动加液、高流动性注射、高充填率和高精密稳定性等特点。东芝机械公司的Shoukou

    KUBOTA先生也介绍了该公司开发的超高速压铸系统。这种压铸系统实际是为了提高压铸件质量而开发的真空超高速压铸机。该系统具有超高速压射和真空模具系统的特点，

    即使施加低的压射压力，由于模具是真空的，金属液充填时间也很短。用该系统压制出的铸件伸长率是普通压铸的3倍，铸件致密性显著提高。随着压铸生产不断向自动化、规模化发展，如何进行科学管理，从而提高压铸件质量和生产率、降低运营成本，已引起各压铸生产单位的重视，特别是中国“入世”后，为了提升国内企业的竞争力，管理技术水平必须随之提高。从本次会议宣读论文来看，压铸管理问题已引起了企业的重视，很多研究性论文，

    都多少对管理问题进行了论述。在本次会议上宣读的专门研究压铸生产管理问题的论文有两篇，分别来自中国和日本。株洲南方雅马哈摩托车有限公司的刘诗文先生，论述了压铸生产中一个具体生产要素与压铸件质量互为因果关系时，生产要素中某一具体因素发生变化而引起铸件质量出现异常（变化点），如何强化这种变化点管理，从而按计划组织生产和持续改进压铸件质量的问题。文中详细地阐述了生产要素与压铸件质量的关系，提出了变化点的具体管理办法。日本压铸协会的Mitsuyuti

    ISOGAI宣读了如何将TMP管理方式用于压铸企业的论文。作者认为“做—看—想”（DO-SEE-THINK）是一种较为有效的革新方法，可以解决压力铸造生产中的产品质量、产量和环境的问题，能大大地降低生产成本。

    6 结束语

    （1）镁合金是本次会议参加者最关注的合金材料，大量的学术交流内容与镁合金有关，这也预示着镁合金压铸具有大的发展潜力。但是，镁合金压铸方面的科研尚存在研究方向狭窄，研究问题不深入等问题，可以说，目前的研究工作尚未考虑为适应镁合金压铸持续发展的需要而预先构筑理论和技术基础，应引起足够重视。

    （2）半固态成形、挤压铸造等高性能零件制备技术方面的研究内容，占有相当大的比例，也是与会代表讨论的热点；但是，利用这些技术进行产业化方面的研究与进展仍然十分有限，特别是国内批量应用半固态零件的报道还很少，这也是该领域未来开发和研究的重点。

    （3）压铸、半固态成形、挤压等技术的应用领域仍以汽车零配件为主。

    （4）知名压铸专家对压铸的现状和发展趋势给予了相当高的重视，比较全面地分析了各类压铸工艺和相关技术的发展现状和面临的问题，为压铸生产和研究的进一步发展指明了方向。