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擠壓鑄造原理

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擠壓鑄造原理

發布日期:2018-12-31 作者:溫嶺立驊機械有限公司 點擊:

        一, 擠壓壓鑄技術的全稱是“真空擠壓壓鑄模鍛工藝與裝備及其模具”技術,1997年由我國工程技術人員發明。 

擠壓壓鑄是為了解決普通壓鑄和傳統擠壓鑄造(液態模鍛)兩項技術存在的主要問題,集合了兩項工藝的優勢提出來的。它是兩項技術突破現有技術瓶頸,走向綜合的必然結果,具有強大的技術優勢和誘人的經濟價值。

       擠壓壓鑄也是型腔模具成形工藝一項多年來尋求突破的技術。 

       擠壓壓鑄的工藝特征是:普通壓鑄充型,擠壓鑄造補縮。它是在壓鑄充型之后通過增加擠壓補縮工步,以解決傳統壓鑄、真空壓鑄技術普遍存在的氣密性(主要是縮孔與縮松)質量問題,消除各種收縮性缺陷。

       擠壓壓鑄也可說是在壓鑄機上實現擠壓鑄造的技術。 

       這項擠壓壓鑄技術不僅提出了一項工藝原理,更重要的是提出了實現工藝的裝備,它簡單實用,使擠壓壓鑄工藝的技術與經濟價值得到最充分的表達。 

       擠壓壓鑄的工藝流程是:合模、鎖模、壓射缸壓射充型、主缸動力擠壓補縮、開鎖、分模、頂出、復位。

       以主缸動力擠壓補縮,是該技術區別于現有以壓射機構同時作為擠壓補縮機構的“擠壓鑄造機”或“精、速、密壓鑄機”最大的技術特征。 

       擠壓壓鑄的技術經濟指標達到:可用主缸動力對全零件投影面積進行擠壓補縮,擠壓補縮比壓最低50 MPa,最高1000 MPa以上;充型比壓(壓鑄比壓)從0—150MPa(或更高)連續無級可調,充型速度無級可調,其工藝特性覆蓋普通壓鑄、擠壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造范圍,可實現與上述設備的兼容設計;模具可設計安裝的面積就是零件最大可充型面積(以低壓鑄造充型,擠壓鑄造補縮的工藝實現),比傳統壓鑄工藝提高50—100倍;具有擠壓與鎖模雙動力機構,擠壓主缸動力與鎖模力相同,設備成本的提高可控制在5%以內。

      傳統壓鑄機可改造成為擠壓壓鑄機;可壓鑄帶型芯鑄件,鑄件可進行固溶強化熱處理,擠壓壓鑄件的車間成本與傳統壓鑄件基本相同。 


二、傳統相關技術的現狀和存在問題 

       傳統擠壓鑄造工藝的特征是:開式澆注立式擠壓。它最大的問題有兩方面:一是充型能力不足,復雜的鑄件不能很好充型;二是軸向(厚度)尺寸精度低。

這個兩個方面的問題屬于該技術在生產適應能力方面的。傳統壓鑄技術存在的主要問題,是壓鑄件內部普遍存在收縮性缺陷,其氣密性缺陷主要是縮孔、縮松,屬于其工藝特性必然產生的質量問題。值得說明的是,真空壓鑄只能解決鑄件氣孔中的氣的存在問題,并不能解決氣孔的產生或存在問題,它完全不能解決壓鑄工藝存在的縮孔與縮松問題。

       縮孔與縮松,顧名思義是鑄件收縮時形成的真空孔隙,是因為鑄件內部不能補縮而產生的,孔隙內部并沒有氣體。傳統擠壓鑄造技術在冷凝補縮方面具有絕對的工藝優勢,而傳統壓鑄技術在充型方面的優勢則非常明顯,有相當完善的壓射充型系統。 

現在的壓鑄機已普遍進行了改進,壓射系統基本上按“精、速、密壓鑄”工藝原理進行設計,增加了由壓射缸在鑄件開始冷凝時再“加力”進行補縮的工步。

       但這種“補縮”,與擠壓鑄造完全不是一回事,這從該方法問世40年不能解決壓鑄件縮孔、縮松問題的結果反過來得到認證。以抽芯裝置用于向前擠壓補縮,只能解決零件的一個“熱節”問題,并不能算作擠壓鑄造工藝。 

現有的擠壓鑄造機從兩方面進行了改進:一是以立式油壓機的頂出缸進行“閉模反壓充型”(或叫“間接沖頭充型擠壓”),以解決擠壓鑄造傳統裝置充型能力不足問題,加上澆口的特別設計,也能解決某特種鑄件局部收縮性缺陷問題。

       二是將壓鑄機的整個壓射裝置添加進來(置換原來的頂出缸),實現“壓鑄充型”與傳統壓鑄同樣復雜的零件。但這兩項改進并沒有在確保擠壓鑄造最重要的特征即主缸動力擠壓補縮的基礎上進行,主缸動力改用作了合模、鎖模動力,而用壓射缸的壓射力進行補縮,它的擠壓補縮力就比主缸動力少了八九成。

       這項改進的結果,是使傳統的擠壓鑄造機成為一臺立式或臥式的“精、速、密壓鑄”壓鑄機,頂多可用作“普通壓鑄充型,立式沖頭擠壓”,但這個工藝,在現行的壓鑄機上也能完成。 

       兩項不同技術從各自的出發點進行改進,都改進到完全相同的技術平臺上,與其說是巧合,倒不如說這兩項技術的突破方向相同,有內在的必然聯系,有其共性的關系。

   

 三.擠壓鑄造是壓鑄和擠壓鑄造的共性關鍵技術 

       擠壓壓鑄技術就是將壓鑄和擠壓鑄造這兩項技術結合起來,取長補短,從生產鑄件的質量和工藝適應能力兩方面取得基本統一,在兩項工藝改進后共同的技術平臺上取得突破,同時實現兩項技術的升級換代。 

      壓鑄(包括真空壓鑄)工藝在鑄件充型后是自然冷卻的,它沒有一個擠壓補縮的工步,各種收縮性缺陷由此而生。

       在普通壓鑄機上增加擠壓補縮的裝置,就能解決上述問題;解決擠壓鑄造(液態模鍛)工藝壓射充型能力不足的問題,可將壓鑄機的壓射裝置加上去,但這只解決了問題的一個方面,難解決的是零件軸向尺寸精度低和零件主投影面的成形問題。這個問題實質是合模問題,沒有獨立的合模機構,因此還要增加合模機構。

   

       日本、臺灣公司所生產的標稱為“擠壓鑄造機”的設備,只是在傳統擠壓鑄造機的基礎上增加了原來壓鑄機的壓射系統,與其說是解決了擠壓鑄造工藝與裝備現存的問題,倒不如說是解決了一種以萬能油壓機改造而成的壓鑄機的壓鑄充型能力不足問題,這種“擠壓鑄造機”其實就是普通壓鑄機,功能并沒有超過普通壓鑄機,倒是思維的定勢把這種設備搞復雜了,同時把人們的思維也搞混亂了。

        兩項技術剩下要解決的其實是同一個難題:擠壓鑄造機有了擠壓補縮的機構,卻沒有合模機構;壓鑄機的問題正好相對,它是有了合模機構,卻沒有擠壓機構。說是同一個難題,是因為擠壓機構和鎖模機構都要求提供同樣大的壓力或抗力,承力機構剛度也要一樣大,關鍵還在于能不能共用一套承力機構。

       用來擠壓的機構也可用來合模,用來合模的機構變一下也可以用來擠壓。難題是怎樣增加一個動力機構,增加一個怎樣結構的機構。難題是新增功能后,設備成本不能高起來,生產工藝不能復雜化。解決了這個難題,兩種工藝的裝備變成一回事:擠壓鑄造機和普通壓鑄機都變成了可兼容傳統兩項工藝的擠壓壓鑄機,裝置可以是立式,也可以是臥式。

   

 四.擠壓壓鑄技術具有強大的技術經濟優勢 

       擠壓壓鑄的主體技術特征是“普通壓鑄充型,擠壓鑄造補縮”,擠壓壓鑄的工藝思想是:在滿足充型條件下,盡可能采用最低的充型比壓和速度。它與傳統壓鑄工藝以高速高壓充型的工藝思想是相對的,它對于低流動性金屬所需的低壓低速充型,對于各種厚大零件、帶型芯大型復雜壓鑄件的生產是必須的工藝保證。

       這是它能替代低壓、差壓、重力鑄造及部分大型復雜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,就能以低壓擠壓壓鑄生產多大尺寸的零件。

       用一臺傳統J1150型全液壓5000KN壓鑄機改造為同時具有5000KN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,可對付現時九成以上的壓鑄件生產。 

擠壓壓鑄工藝所蘊含的技術經濟能量是巨大的。

        一個同等規模的擠壓壓鑄廠,其設備投資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型腔鑄造成型。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。  擠壓壓鑄工藝的發明,極大地拓展了傳統壓鑄機和壓鑄工藝可應用的范圍,改變用傳統壓鑄機生產零件總是存在鎖模能力不足,不能生產大尺寸零件的現狀,可消除生產廠家受高鎖模力大型壓鑄機缺乏的制約。

        這項技術將對傳統壓鑄機生產企業產生重大影響。 


五、建立全國性的技術開發、生產應用和推廣的體系 

(一)建立科研開發體系 

        1。擠壓壓鑄屬于原理性發明技術,滿足工藝特性的裝備可以很多,現有裝備的設計方案也需完善提高。擠壓壓鑄涉及壓鑄、擠壓鑄造和模鍛三項領域的技術,其工藝特性又橫跨“液態—半固態—固態”成形,涉及低壓、差壓、重力、連鑄連鍛和半固態加工等多項特種成形工藝。

       特別是擠壓壓鑄的“低速低壓充型—高比壓擠壓補縮”的工藝思想,具有強大的適應力,但其界限在哪里,參數如何優化組合,有待深入研究。擠壓壓鑄涉及多項成形工藝領域,極可能只是一個敲門磚,相信還會有更新的突破性技術出現。 

       2。建立擠壓壓鑄的標準化體系。

       這項工作需要得到全國鑄造(壓鑄)標準化技術委員會的支持,目前的標準化工作應先在概念定義、工藝、裝備、模具等幾方面做相應的基礎工作。大量的實踐還需同行們的廣泛參與。 

(二)建立生產應用推廣體系 

        一是工藝的推廣。我國傳統的壓鑄、擠壓鑄造(液態模鍛)設備的保有量很大,對設備進行適度的改造或直接應用擠壓壓鑄工藝是必須的,也是可行的。

       這需要在全國各地建立一支傳授技術和改造設備的隊伍。加大對擠壓壓鑄技術的宣傳,使行內工程技術人員認識和掌握這套技術,對它有更深的理解,以更快更好地得用它。 

       二是裝備的生產。改裝的設備畢竟不夠完善理想,真正的“全能”擠壓壓鑄機還得專業設備生產廠家根據擠壓壓鑄的工藝特性設計生產。

        特種專用設備,專業廠家的生產才具優勢。 

       三是產業化和國際化。擠壓壓鑄工藝的全面推廣及其裝備生產體系的建立,最大的目標是可促進我國傳統型腔成形和裝備生產新產業的形成,提高我國在該工藝領域的技術水平和國際競爭能力,并藉此專利技術優勢,形成新的國際產業分工,實現產業升級。


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