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如何在普通壓鑄機上應用擠壓壓鑄工藝
發布時間:2012/4/23 19:56:14 瀏覽次數:1598 [字號: ] 

  一、擠壓鑄造工藝與裝備應用現狀

  擠壓鑄造技術發明了65年,它所具有強大的技術優勢,已為機械制造工藝行業所重視。可惜受傳統思維方式和裝備研制滯后的制約,擠壓鑄造的優勢仍未得以最充分的展現。現時擠壓鑄造工藝基本以開式澆鑄立式擠壓方式進行,與工效最高的臥式冷室壓鑄工藝未能實現兼容。近年發展起來的立式閉模充型擠壓鑄造,與40年前發明的"精、速、密"壓鑄原理一樣,都是以壓射機構進行補縮,其公稱壓力有限,并未達到擠壓鑄造的補縮比壓要求,嚴格來說,還不能算作真正意義上的擠壓鑄造。

  與壓鑄技術相比,現有擠壓鑄造設備工效不高,零件成形尺寸精度低,成本相對較高。由于設備的自動化程度低,對工人的技能要求較高,操作難度較大,勞動強度高。同樣的零件,擠壓鑄造工藝的車間成本約為壓鑄工藝的2---3倍。加上壓射系統不完善,結構復雜的零件難以生產出來,限制了擠壓鑄造工藝的廣泛應用。

  擠壓鑄造工藝推廣應用所存在的問題,是由于裝備發展的滯后產生的。現時傳統的擠壓鑄造工藝與裝備,最大的癥結在于未能真正與傳統壓鑄裝置的壓射系統有效結合,合模、鎖模與擠壓如何很好地結合起來是其關鍵的問題。不突破這一點,擠壓鑄造的工藝潛能就不能完全發揮出來,其對傳統壓鑄工藝的替代性優勢也就難以充分表達,傳統壓鑄技術也不能借此技術進行復合而躍上一個新臺階。

  二、 在傳統壓鑄機上應用擠壓壓鑄工藝的優勢

  傳統壓鑄工藝與裝備技術已相當完善,特別是臥式冷室壓鑄機及臥式壓鑄工藝,它的壓射與合模鎖模裝置,具有極強的工藝適應性。因此,擠壓鑄造工藝如果不能與傳統壓鑄裝備相結合,將制約它的廣泛應用。跨出這一步,擠壓鑄造技術將出現另一個分支,這就是擠壓壓鑄技術。換言之,在傳統壓鑄機的基礎上應用擠壓鑄造技術,就是擠壓壓鑄技術。根據擠壓壓鑄自身工藝的特點,對傳統壓鑄機進行相應的完善改造,這套設備就是一臺全新的擠壓壓鑄機了。

  1. 正確而全面認識壓鑄工藝與傳統壓鑄機的功能

  把握擠壓鑄造工藝的原理,在傳統壓鑄機上地簡單應用擠壓壓鑄工藝并不是件難事,關鍵的是突破傳統觀念。它需要對傳統壓鑄機所擁有的性能有全面充分的認識,也要對傳統壓鑄工藝有深刻的理解,還要清除那些先入為主的模糊認識。

  事實上,現時傳統的壓鑄機,其功能已相當齊備,它不但能進行普通的壓鑄,還能進行擠壓壓鑄、帶型芯擠壓壓鑄;不但能進行各種的低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造,增加抽真空裝置后,還能進行真空吸鑄、真空壓鑄、真空擠壓壓鑄。如果思想再放開一點,將半固態加工、模鍛的技術與之相結合,形成連鑄連鍛的工藝,也是可以有效實現的。

  現有不少型號的壓鑄機,其壓射系統的壓射力、壓射速度都是"連續無級可調"的。就低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造的工藝特性來說,在普通壓鑄機上進行上述工藝是沒有任何問題。在壓鑄機上安裝這種模具,也不是人們想象中那么昂貴,因為它并非一定設計得如傳統壓鑄模一樣復雜。遺憾的是在實踐中我們難見相關的應用及報道。這是我們對傳統壓鑄機及傳統壓鑄工藝的一個認識誤區、觀念誤區和應用誤區。

  2.傳統壓鑄工藝與裝備的特點及與擠壓壓鑄工藝的適應性

  傳統壓鑄機分兩類,一類是全液壓主缸合(鎖)模壓鑄機,另一類是曲肘機構鎖模壓鑄機。由于曲肘機構鎖模的設備制造成本較低,現時市場上該類機型已占主導地位。

  傳統壓鑄機有一個重要的特征,就是它的型號都是以鎖模力為主體參數命名的,我們現在常說某臺壓鑄機是多少噸,就是指鎖模力的噸數。而擠壓壓鑄機,它不但有鎖模力的參數要求,還必須有一個擠壓補縮力的參數要求,且這個擠壓力參數還是最主要的指標。

  如上所述,由于傳統壓鑄機有全液壓式和曲肘式兩種不同的機型,在進行傳統普通壓鑄時沒有分別,但如果用作擠壓壓鑄時就不同了。擠壓壓鑄與普通壓鑄的分別在于,鑄件在充型之后,擠壓壓鑄增加了一個主缸動力向前推進進行補縮的工步,而普通壓鑄則只是自然冷卻,沒有補縮的工步。

  在此還要細分和明確兩個概念,即合模力和鎖模力(或稱鎖模抗力)。合模力是指推進動模所需的向前的動力,鎖模力則是為抵抗充型、脹型所需的抗力,它可以只是一個靜力(反作用力)。因此,以傳統壓鑄機直接應用擠壓壓鑄工藝,只能利用其合模力,也只有合模力才是一個向前推進的動力。合模力的大小,決定了擠壓補縮力的大小。因此,全液壓式傳統壓鑄機,其最大合模力就是其最大的鎖模力,也可作為其擠壓補縮力。而曲肘式壓鑄機的最大向前擠壓力等于其合模油缸力乘以鎖模機構的杠桿比,但最大也不能超過其鎖模機構所能承受的抗壓強度。用這種設備進行擠壓壓鑄,由于其合模初期位置并未到達合模機構的自鎖"死點",而擠壓終結位置才是其最大鎖模抗力的"死點",若以同樣壓鑄比壓充型,所能生產的零件的投影面積有所減少。

  3.界定擠壓鑄造的主體技術特征

  擠壓壓鑄最高的擠壓補縮比壓約為普通壓鑄壓射比壓的5-10倍。以擠壓壓鑄的擠壓比壓衡量,現時除了用四柱油壓機改造的立式開模澆注擠壓鑄造機符合擠壓鑄造主體技術指標外,其余裝置實現的,還只是屬于傳統壓鑄所屬工藝范圍,還不是真正意義上的擠壓鑄造。這個概念,我們是要界定清楚的。

  4.以傳統壓鑄機壓射裝置進行擠壓壓鑄工藝的不可行性

  現時傳統壓鑄機無論是哪一種鎖模機構,受帕斯卡定律的制約,設計的壓射力約是鎖模力的十分之一。現行壓鑄工藝一般要求壓射比壓大致在80MPa至130MPa 之間,每100噸鎖模力能承受壓鑄的投影面積約150----250平方厘米。由于擠壓鑄造工藝所要求的是補縮比壓而不是壓鑄比壓,擠壓補縮比壓最高要求在500MPa至1000MPa 之間,對于小尺寸內澆口的壓鑄件,我們不能采取用壓射缸或輔助缸擠壓或"加壓"的方式進行冷卻補縮,必須由主缸動力擠壓補縮才有實效。若真以"精、速、密"壓鑄方式進行擠壓壓鑄,就要加大內繞口尺寸,使之具有順序凝固的特征。由于內澆道一般先于鑄件冷卻,不加大內澆口尺寸,擠壓補縮就根本不可能實現。這種方法對于很多壓鑄件是不適用的。如要達到上述擠壓補縮比壓,壓鑄機所能生產的擠壓壓鑄件投影面積,就只及原來的十分之一。傳統壓鑄機生產的毛坯本來"可壓鑄投影面積"已經不大,再減少九成,顯然是不經濟的,實踐上就失去了其應用的意義。現時的壓鑄機都有壓鑄充型后期的"加壓"環節,但壓鑄件氣密性缺陷依然如故,用加大機型生產小件零件這種"大牛拉小車"辦法,效果也好不到哪里去,所謂"精、速、密"壓鑄,還只是一個漂亮的名字,40年來都未見有實質性進步,生產這種壓鑄機廠家的商業性宣傳,倒強化了工程技術和應用人員的認識誤區,使人迷失了方向。

  5.認識擠壓壓鑄技術的主體技術特征及其強大的技術經濟優勢

  擠壓壓鑄的主體技術特征,是體現"普通壓鑄充型,擠壓鑄造補縮"原理,它是利用現有壓鑄機完善的壓射系統進行充型,同時又盡最大限度避開金屬液相充型時帕斯卡定律對充型條件(零件可充型面積)的制約。這一點具有很重要的意義,它也是擠壓壓鑄工藝的重要特征:擠壓壓鑄工藝強調的是在滿足充型條件下,盡可能采用最低的充型比壓和速度,這種工藝思想,對要低壓充型的各種厚大零件和成功實現帶型芯壓鑄是一個莫大的優勢。這是它能替代低壓、差壓、重力鑄造及部分帶型芯翻砂鑄造工藝的原因。擠壓壓鑄工藝的提出,極大地拓展了傳統壓鑄機和壓鑄工藝可應用的范圍,其重大的經濟性還在于,一臺傳統壓鑄機如以1.4Mpa的低壓充型,所生產零件的投影面積是原來的80----100倍,可以說,現有設備的工作臺能安裝的模具有多大,就能生產多大尺寸的零件。用一臺傳統J1140型全液壓400噸壓鑄機改造為同時具有400噸擠壓補縮力的擠壓壓鑄機,基本可以滿足擠壓壓鑄一般的汽車、摩托車輪轂這種大規格零件的工藝要求了。以擠壓壓鑄的工藝性推測,一臺同時具有500噸鎖模力和500噸擠壓力的擠壓壓鑄機,即可對付現時九成以上的壓鑄件生產,使用500噸以上鎖模力的傳統壓鑄機,已是一個很不經濟的做法,對小型壓鑄廠來說,則具有極大的投資風險。

  擠壓壓鑄工藝所蘊含技術經濟能量是令人驚嘆的。一個同等規模的擠壓壓鑄廠,其設備投資將可比傳統壓鑄廠減少三分之二以上,其工藝適應性卻能覆蓋除翻砂鑄造外絕大部分的鑄造成型。擠壓壓鑄技術的提出,在觀念上的突破可能比其技術本身的突破,意義還要深遠。

  6.擠壓壓鑄工藝與傳統壓鑄裝備的切入口

  以臥式壓鑄機為例,這種傳統裝備不用新增加機械裝置,也能應用擠壓壓鑄工藝,也能生產擠壓壓鑄件,只是所生產的零件結構稍為簡單,零件的厚度尺寸精度受到一定的限制。

  由于傳統臥式壓鑄機并沒有一個專用的擠壓補縮機構,合模機構須同時承擔合模和擠壓補縮功能,所用的擠壓壓鑄模具,設計的凸模是必須是整個零件投影面積,實質是一個"沖頭",與開式擠壓鑄造機所用模具相似,是一種最傳統、典型的擠壓鑄模具結構。

  因此,在傳統臥式壓鑄機上應用擠壓鑄工藝,需要控制好其合模的尺寸精度。最簡單的辦法,可通過所謂的"實時控制"控制好合模的準確位置。通過在壓鑄機上增加一個"位置電控"開關,并對壓鑄機的邏輯電路作相應的調整。壓鑄件厚度精度,受制于這個"位置電控開關"的可控精度。通過這樣改進,整個擠壓壓鑄工藝與現有的立式閉模(沖頭式模具)反壓充型擠壓鑄造工藝極為相似。

  用普通臥式壓鑄機進行擠壓壓鑄生產,由于是閉模充型,它不但可生產比傳統立式擠壓鑄造機開模澆注方法生產復雜結構的零件,而且由于壓射系統也比用四柱油壓機改造而成的擠壓鑄造機更完善,它也比立式閉模反壓擠壓鑄造方法可生產出更復雜的零件,其復雜系數與傳統壓鑄工藝是一樣的。

  7.擠壓壓鑄的模具頂出裝置與傳統壓鑄模具的異同

  用傳統臥式壓鑄機應用擠壓壓鑄工藝,還有一個很不同的特征是其頂出裝置。傳統壓鑄機一般使毛坯留在動模,而擠壓壓鑄工藝則是留在動模或靜模兩種情形都可存在,它對模具結構、模具承力和模具成本產生決定性影響。新設計生產的擠壓壓鑄機必須充分考慮這個問題。

  值得注意的是,擠壓壓鑄模承擔高壓擠壓補縮,它比傳統壓鑄模應具有更高的機械強度,應參考鍛壓模具的設計規范進行承壓強度設計,其頂出桿所需強度也比傳統壓鑄模具的大。

  要更好解決擠壓壓鑄模具的強度和剛度這個問題,必須簡化擠壓壓鑄模具的結構,這就要按擠壓壓鑄工藝對傳統壓鑄機進行徹底的改造,或應用真正的擠壓壓鑄機了。

  三、新型擠壓壓鑄機的設計和傳統壓鑄機的改造簡述

  在傳統壓鑄機的基礎上改造擠壓壓鑄機,有兩種途徑:

  一是生產壓鑄機的廠家,按擠壓壓鑄工藝的特征,設計生產適應性廣的全能的擠壓壓鑄機。壓鑄機生產廠家按該技術思路設計生產的具有相同鎖模力和擠壓力的擠壓壓鑄機,整機的制造成本只比普通壓鑄機高3%左右。具體改進方案可參考該技術相關的專利文獻介紹。

  二是現有的壓鑄廠家對其自有壓鑄機自行改造。

  改造傳統的全液壓式鎖模壓鑄機為擠壓壓鑄機,成本是最低的,它只要在設備上加上鎖模機構,成本在5000元至1萬元左右,設備型號噸位大小,相差并不大。

  曲肘式鎖模壓鑄機在一般機械廠都能完成改造工作。改造費用一般為設備價值的5%左右。將一臺鎖模力為500噸的曲肘式壓鑄機改造為一臺同時具有500噸鎖模力和的擠壓補縮力的擠壓壓鑄機,成本約3萬元。

  兩種不同類別壓鑄機改造成的擠壓壓鑄機,其擠壓壓鑄模具結構會有所差異,這是設計人員需要留意的。有關擠壓壓鑄模具的特點,將另文介紹。

  四、結語

  擠壓壓鑄工藝與裝備技術的提出,使擠壓鑄造技術大大向前邁進了一步,但它還是一個新生事物,有待同行們在實踐中豐富和提高。


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