壓鑄件的主要缺陷及控制

壓鑄件的主要缺陷及控制

1壓鑄件的缺陷—概述壓力精煉是現(xiàn)代金屬加工過程中發(fā)展起來的一種快速發(fā)展的獨(dú)特加工方法，無需切割。具有生產(chǎn)能力高、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好、鑄造尺寸精度高、交換性好等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，尤其是大型行業(yè)。壓力鑄造是鋁、鎂和鋅等輕金屬的主要成形方法,適用于生產(chǎn)大型復(fù)雜薄壁殼體零件。壓鑄件已成為汽車、運(yùn)動(dòng)器材、電子和航空航天等領(lǐng)域產(chǎn)品的重要組成部分,其中汽車行業(yè)是壓鑄技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域,占到70%以上在壓鑄過程中,熔融金屬在沖頭的作用下以高速充填型腔(一般可達(dá)10～100m/s),并在高壓(常見的壓力為15～100MPa)下結(jié)晶凝固形成鑄件。高壓、高速是壓鑄的主要特征。根據(jù)不同階段沖頭速度以及壓力的變化,以冷室壓鑄為例,壓鑄一般分為給湯、壓射(分慢壓射和快壓射兩個(gè)階段)、保壓凝固、開模和取樣等過程。在給湯過程中,高溫金屬液與空氣接觸,發(fā)生氧化,所產(chǎn)生的氧化物會(huì)隨著壓射過程進(jìn)入型腔,造成氧化夾雜。在低速壓射過程中,當(dāng)?shù)退偎俣冗^高時(shí),位于沖頭前端的金屬液易向前翻轉(zhuǎn)而卷入空氣,形成氣孔,在高速充填過程中,金屬液以湍流形式進(jìn)入型腔,型腔中的空氣來不及排出而被金屬液卷入,最終導(dǎo)致鑄件中出現(xiàn)氣孔。由于壓鑄件多數(shù)為復(fù)雜薄壁件,因此為了滿足其充型完整性,通常將內(nèi)澆口設(shè)計(jì)得非常小,以保證可以達(dá)到高速充填的效果,但在凝固過程中,較小的內(nèi)澆口相比于鑄件易于較早凝固,從而阻斷了壓室與型腔間的液相補(bǔ)縮通道,使得后續(xù)的高壓補(bǔ)縮階段作用時(shí)間較短,效果不甚理想。另一方面,壓室預(yù)結(jié)晶組織(ESCs)作為壓鑄件中一種典型組織,是金屬液在壓室中凝固形成的預(yù)結(jié)晶顆粒隨熔體充填型腔而形成的粗大枝晶狀晶粒,在ESCs聚集的區(qū)域,由于補(bǔ)縮效果不理想,極易出現(xiàn)縮孔缺陷。因此,氣孔和縮孔構(gòu)成了壓鑄制品的主要缺陷———孔洞缺陷?？锥慈毕菰斐蓧鸿T件力學(xué)性能的下降和不穩(wěn)定,降低壓鑄件的氣密性,并限制了壓鑄件的焊接和熱處理應(yīng)用?？拷砻娴目锥慈毕葸€會(huì)造成壓鑄件在機(jī)加工后報(bào)廢,極大地限制了壓鑄件的應(yīng)用范圍。雖然壓鑄件現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、通信電子及航空航天等領(lǐng)域,但由于其絕對(duì)強(qiáng)度較低、高溫力學(xué)性能較差且難以進(jìn)行后續(xù)的熱處理、焊接等工藝,因此,壓鑄件主要用于生產(chǎn)常溫下對(duì)力學(xué)性能要求不高的殼體零件,而對(duì)于對(duì)力學(xué)性能有較高要求的結(jié)構(gòu)件仍采用其他生產(chǎn)效率相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相對(duì)較差的成形工藝或其他比強(qiáng)度較低的材料。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,一方面對(duì)汽車用壓鑄件的需求量日益提升,另一方面為了應(yīng)對(duì)環(huán)境污染以及資源緊張的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)汽車用壓鑄件的質(zhì)量要求及應(yīng)用范圍提出了更高的要求。相關(guān)文獻(xiàn)指出,車身重量每降低10%,就可以降低5%～7%的能源消耗2關(guān)鍵技術(shù)2.1高性能雙材料開發(fā)2.1.1新型高強(qiáng)韌加壓鋁合金的開發(fā),進(jìn)展之一目前,工業(yè)上常用的壓鑄合金為鋁合金及鎂合金。其中壓鑄用鋁合金主要有Al-Si(Al-Si-Cu、Al-Si-Mg)及Al-Mg等幾種系列,其中Al-Si系合金應(yīng)用最為廣泛。然而,目前工業(yè)上所使用的壓鑄鋁合金,主要是針對(duì)壓鑄工藝特點(diǎn)所開發(fā)的,而對(duì)力學(xué)性能及后期的熱處理及焊接工藝要求等方面較少進(jìn)行考慮。因此,盡管當(dāng)前壓鑄件的強(qiáng)度能夠達(dá)到300MPa,但塑性較差,斷后伸長(zhǎng)率較低,且無法滿足后續(xù)的熱處理及焊接工藝要求,極大地限制了壓鑄鋁合金件的應(yīng)用范圍。壓鑄用鎂合金主要有AZ系(Mg-Al-Zn)、AM系(Mg-Al-Mn)及AE系(Mg-Al-RE)等幾種系列,如AZ91D、AM60B及AE42等壓鑄鎂合金在汽車、電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與壓鑄鋁合金相似,壓鑄鎂合金的開發(fā)同樣是基于壓鑄工藝特點(diǎn)進(jìn)行的。而由于常用的壓鑄鎂合金絕對(duì)力學(xué)性能較低,耐蝕性及高溫性能較差,因此,壓鑄鎂合金件難以大范圍應(yīng)用對(duì)于新型高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金的開發(fā),主要包括兩個(gè)方面:一是針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)壓鑄鋁合金的合金成分或添加合金元素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);二是開發(fā)新型壓鑄鋁合金系。而新型壓鑄鋁合金一般要求其滿足以下幾點(diǎn):(1)適用于壁厚為2～4mm復(fù)雜結(jié)構(gòu)壓鑄件的生產(chǎn);(2)鑄態(tài)下的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別可以達(dá)到300MPa和150MPa,且具有15%的伸長(zhǎng)率;(3)具有良好的耐腐蝕性能;(4)可以通過工業(yè)上對(duì)變形鋁合金常用的高溫噴漆過程對(duì)合金進(jìn)行一定的強(qiáng)化;(5)可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化處理;(6)可回收利用且環(huán)境友好。當(dāng)前常用的高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金有Silafont-36、Magsimal-59、Aural-2及ADC-3等牌號(hào),均為國(guó)外開發(fā),其共同特點(diǎn)是Fe含量均比普通壓鑄鋁合金更低,另外其他雜質(zhì)元素如Zn、B、Ti等均進(jìn)行了嚴(yán)格控制。目前,國(guó)外關(guān)于高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金的研究?jī)?nèi)容較為全面,包含微觀組織形成機(jī)理,組織與性能之間的關(guān)系,以及不同合金元素及其含量對(duì)合金力學(xué)性能的影響。如德國(guó)AluminumRheinfelden公司開發(fā)的Silafont-36合金,在確保強(qiáng)度的前提下,將Fe元素含量降到0.2%一下,從而使得塑性提高,同時(shí)為了避免粘?，F(xiàn)象,加入0.5%～0.8%的Mn元素,并且可進(jìn)行后續(xù)熱處理工藝,進(jìn)一步提高合金性能,目前已將該合金應(yīng)用于汽車車門的制造。對(duì)于新型壓鑄鎂合金的開發(fā),主要包含三個(gè)方面:超輕高強(qiáng)度壓鑄鎂合金;抗高溫蠕變壓鑄鎂合金;耐蝕壓鑄鎂合金。針對(duì)超輕高強(qiáng)度壓鑄鎂合金的研究主要集中在Mg-Li系合金,Li元素可提高合金的韌性,而強(qiáng)度則下降,通過添加第三元素,經(jīng)過熱處理后,可使合金的強(qiáng)度得到大幅度提高。針對(duì)抗高溫蠕變壓鑄鎂合金主要集中在添加合金元素,其有三方面作用:一是細(xì)晶強(qiáng)化,合金元素的添加有利于形成高熔點(diǎn)形核質(zhì)點(diǎn)達(dá)到異質(zhì)形核細(xì)化晶粒的效果;二是析出相強(qiáng)化并釘扎晶界,組織晶界滑移;三是固溶強(qiáng)化,Y等元素固液界面前沿形成強(qiáng)的溶質(zhì)過冷層,抑制了初生相生長(zhǎng)而細(xì)化晶粒。而針對(duì)耐蝕壓鑄鎂合金同樣集中在添加合金元素上,同時(shí)還應(yīng)與提高力學(xué)性能和抗高溫蠕變性能相結(jié)合,以開發(fā)耐腐蝕熱穩(wěn)定優(yōu)良的壓鑄鎂合金系列為目的,加強(qiáng)對(duì)壓鑄鎂合金添加合金元素的研究;開展壓鑄鎂合金后期處理的研究,例如對(duì)鎂合金表面進(jìn)行涂層、強(qiáng)化處理,阻止氧化反應(yīng)和介質(zhì)腐蝕。在壓鑄過程中產(chǎn)生的金屬原料廢料以及報(bào)廢后壓鑄合金的回收利用方面,國(guó)外部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家因其具有技術(shù)先進(jìn)、濟(jì)實(shí)力強(qiáng)、環(huán)保意識(shí)強(qiáng)及標(biāo)準(zhǔn)要求高等多方面有利因素和條件,在壓鑄合金廢料的回收處理及再利用領(lǐng)域投入研究較多,技術(shù)相對(duì)先進(jìn)、成熟,率先走出了一條經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、實(shí)用的路子。其在回收利用的合金原料中加入其他元素或調(diào)整元素成分,以開發(fā)出新的具有優(yōu)良性能的壓鑄合金2.1.2新技術(shù)的開發(fā)隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,為了滿足汽車輕量化及大批量的需求,壓鑄鋁、鎂合金的質(zhì)量需要進(jìn)一步提高,以替代鋼制品或其他成形工藝。當(dāng)前傳統(tǒng)的壓鑄鋁合金塑性較差,且不宜進(jìn)行熱處理及焊接等后續(xù)工藝,而傳統(tǒng)的壓鑄鎂合金絕對(duì)力學(xué)性能較低,耐腐蝕性及高溫性能較差,均難以滿足汽車結(jié)構(gòu)件對(duì)力學(xué)性能的要求。目前,國(guó)外車企及研究學(xué)者已開發(fā)出多種結(jié)構(gòu)件用壓鑄合金,并展開了系統(tǒng)的研究。而國(guó)內(nèi)關(guān)于結(jié)構(gòu)件用壓鑄合金的研究鮮有報(bào)道,在結(jié)構(gòu)件用壓鑄合金開發(fā)方面基本處于空白,所使用的結(jié)構(gòu)件用壓鑄合金基本依靠進(jìn)口。因此,亟需自主開發(fā)新型結(jié)構(gòu)件用壓鑄合金,并開展合金工藝-組織-性能之間關(guān)系的基礎(chǔ)研究,來應(yīng)對(duì)和滿足國(guó)內(nèi)外汽車用壓鑄結(jié)構(gòu)件的挑戰(zhàn)及需求。另一方面,需針對(duì)壓鑄合金廢料及報(bào)廢后的壓鑄零件,開展相關(guān)研究以其為基礎(chǔ)開發(fā)出新型壓鑄合金進(jìn)行回收利用。2.1.3鋁、鎂合金鑄件的開發(fā)及應(yīng)用展望1)預(yù)計(jì)到2020年,要達(dá)到的目標(biāo):開發(fā)一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金,及高強(qiáng)度、抗高溫蠕變及耐蝕性良好的鎂合金,使其兼具良好的壓鑄性能及力學(xué)性能,并對(duì)其工藝-組織-性能之間的關(guān)系進(jìn)行研究分析并建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。2)預(yù)計(jì)到2025年,要達(dá)到的目標(biāo):基于自主開發(fā)的新型壓鑄鋁、鎂合金,采用先進(jìn)的壓鑄技術(shù)進(jìn)行鋁、鎂合金結(jié)構(gòu)件的開發(fā)及應(yīng)用。3)預(yù)計(jì)到2030年,要達(dá)到的目標(biāo):開發(fā)基于壓鑄合金廢料及報(bào)廢后的壓鑄零件為原料的新型壓鑄合金,探索出一條經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、實(shí)用的壓鑄合金回收利用的工藝方法。2.2高真空壓延工藝2.2.1真空回收工藝高真空壓鑄技術(shù)是在壓鑄過程中抽除型腔內(nèi)氣體,以消除或減少壓鑄件內(nèi)的氣孔,提高壓鑄件力學(xué)性能和表面質(zhì)量的一種壓鑄工藝。在高真空壓鑄過程中,型腔處于真空狀態(tài),紊流的金屬液不再會(huì)卷入氣體形成氣孔,從根本上消除了壓鑄零件氣孔的成因。因此,鑄件含氣量得到降低,氣孔率下降,致密度提高;鑄件的整體力學(xué)性能得到改進(jìn),抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度和密度均有所提高;同時(shí)可以滿足熱處理、焊接及耐壓實(shí)驗(yàn)等要求。當(dāng)前,真空壓鑄以抽除型腔內(nèi)氣體的形式為主流,將真空閥裝在模具上,其最大的優(yōu)點(diǎn)在于模具的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)基本上與常規(guī)壓鑄相同,在分型面、推桿配合面、模具型腔鑲拼接合面和沖頭壓室配合面等各處進(jìn)行密封,只有排氣道的設(shè)計(jì)和計(jì)算有所不同。國(guó)外研究了幾種以模具內(nèi)設(shè)置排氣槽和抽氣截流閥為特征的真空壓鑄系統(tǒng),當(dāng)壓射沖頭越過壓室澆料口時(shí),模具型腔與真空管道由排氣截流閥接通大流量真空泵,合金液在型腔具有一定負(fù)壓的情況下充型。典型的代表有瑞士方達(dá)瑞公司研發(fā)設(shè)計(jì)的雙芯真空閥的真空壓鑄系統(tǒng),其工作特點(diǎn)是當(dāng)金屬液開始填充型腔時(shí),真空系統(tǒng)及時(shí)對(duì)型腔進(jìn)行大排量的抽氣,當(dāng)金屬液通過溝槽進(jìn)入真空閥時(shí),首先沖擊真空啟動(dòng)閥芯從而觸發(fā)連鎖機(jī)構(gòu),在極短的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉真空排氣閥芯實(shí)現(xiàn)斷流。這種雙閥芯的主要優(yōu)點(diǎn)是在填充過程能夠?qū)崿F(xiàn)全程排氣,真空閥在型腔充滿的極短瞬時(shí)可靠地關(guān)閉,同時(shí)實(shí)現(xiàn)全程排氣和及時(shí)防止金屬液進(jìn)入真空管道而阻礙抽真空的進(jìn)行。國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)真空壓鑄技術(shù)的關(guān)注過程主要分為兩個(gè)方向:型腔排氣建模和鑄件性能分析。在型腔排氣建模方面,大量研究者對(duì)壓鑄型腔內(nèi)金屬液卷氣、通過排氣道抽除型腔氣體的過程進(jìn)行了數(shù)理建模分析以及模擬計(jì)算,并對(duì)真空壓鑄的充型和排氣過程進(jìn)行了建模分析,得出了計(jì)算真空閥排氣通道有效截面積的理論公式,定量分析了排氣通道截面積對(duì)真空效果的影響規(guī)律。上述工作均為真空壓鑄系統(tǒng)和真空模具的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。隨著國(guó)外真空壓鑄技術(shù)的蓬勃發(fā)展,我國(guó)國(guó)內(nèi)也有一大批技術(shù)工作者對(duì)真空壓鑄進(jìn)行了研究和報(bào)道,引入了大量技術(shù)文獻(xiàn)。然而國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)真空壓鑄技術(shù)應(yīng)用存在明顯瓶頸,對(duì)型腔真空壓力和真空時(shí)間的控制不足,普遍停留在真空輔助充型階段,高真空壓鑄工藝有待開發(fā)。受應(yīng)用程度所限,國(guó)內(nèi)廠家對(duì)真空壓鑄的認(rèn)識(shí),對(duì)真空壓鑄工藝減少鑄件缺陷、提升鑄件性能的機(jī)理研究亦不夠充分,對(duì)這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的潛力仍需深入挖掘。國(guó)內(nèi)院校、科研機(jī)構(gòu)對(duì)真空壓鑄工藝的研究逐漸開展起來,主要分為兩個(gè)方向:設(shè)備、工藝研發(fā);鑄件性能研究。前者主要基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)的真空壓鑄專利技術(shù),以真空系統(tǒng)、真空壓鑄周邊設(shè)備、輔材為研發(fā)對(duì)象。后者與國(guó)外有所區(qū)別,主要集中在真空壓鑄件中氣孔的減少以及組織的細(xì)化上,而對(duì)真空壓鑄件的焊接、熱處理工藝則鮮有研究,這主要是由于我國(guó)的真空壓鑄水平有限,得到的真空壓鑄件中孔洞含量相對(duì)較高,尚未達(dá)到熱處理及焊接工藝的要求。2.2.2真空壓鑄件的熱處理與性能的研究高真空壓鑄工藝一般要求壓射過程中型腔有效真空壓力<5kPa,以大幅度減少鑄件中氣孔的存在,滿足后續(xù)熱處理及焊接工藝的要求。開發(fā)高真空壓鑄工藝的關(guān)鍵問題在如何保持型腔有效真空壓力,而此問題的解決則主要在于高真空系統(tǒng)的開發(fā)及其與壓鑄工藝之間的配合問題,即在保證壓射過程中金屬液不損失過多熱量的前提下,提高抽真空效率,以達(dá)到高真空狀態(tài)。國(guó)內(nèi)開展的大量真空壓鑄生產(chǎn)及研究案例表明,若無法將充型時(shí)刻的型腔真空壓力嚴(yán)格控制在一個(gè)較低的水平(<5kPa),常常只能得到真空壓鑄帶來的輔助充填效果,盡管仍可以觀察到宏觀孔洞缺陷的一定改善,但壓鑄件的可焊性和可熱處理性都難以得到保證,力學(xué)性能的提升也并不明顯?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)真空壓鑄技術(shù)水平不高,研究不夠深入的主要原因在于,對(duì)真空壓鑄中影響型腔真空壓力的諸多環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,高真空壓鑄工藝尚不成熟。因此,設(shè)計(jì)高真空壓鑄系統(tǒng)并使其與壓鑄工藝有效的結(jié)合起來,有效地實(shí)現(xiàn)高真空壓鑄技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。另一方面,在前期高真空技術(shù)的限制下,壓鑄件的性能也因后續(xù)的熱處理工藝的研究停滯不前而受到限制。在傳統(tǒng)壓鑄條件下,與壓鑄態(tài)相比,在較高的固溶溫度和較長(zhǎng)的固溶時(shí)間處理下,壓鑄件表面有鼓泡現(xiàn)象出現(xiàn),從內(nèi)部組織可以看出,鑄件內(nèi)部的孔洞存在膨脹擴(kuò)大現(xiàn)象。而隨著固溶溫度及時(shí)間的下降,鑄件的表面鼓泡現(xiàn)象逐漸消失,且內(nèi)部組織觀察不存在孔洞膨脹現(xiàn)象。因此,對(duì)于傳統(tǒng)壓鑄件,國(guó)外生產(chǎn)廠家主要采用短時(shí)低溫?zé)崽幚砉に噥硖嵘T件性能。而對(duì)于高真空壓鑄件,由于基本消除了氣孔的存在,國(guó)外生產(chǎn)廠家即可根據(jù)不同需求采取不同的熱處理方式來達(dá)到鑄件的要求。鑒于目前我國(guó)真空壓鑄技術(shù)水平與國(guó)外有一定的差距,對(duì)真空壓鑄件后續(xù)的熱處理及焊接工藝的研究較少,因此,在學(xué)術(shù)界及工業(yè)界亟需相關(guān)研究,從而為后續(xù)高真空壓鑄件的熱處理及焊接工藝奠定基礎(chǔ)。2.2.3高真空系統(tǒng)熱處理工藝研究1)預(yù)計(jì)到2020年,要達(dá)到的目標(biāo):完成高真空壓鑄系統(tǒng)(<5KPa)的研究開發(fā),建立不同模具型腔特征的抽真空系統(tǒng)的適應(yīng)性研究。并針對(duì)不同高真空系統(tǒng),完成相應(yīng)壓鑄工藝參數(shù)的配合研究。2)預(yù)計(jì)到2025年,要達(dá)到的目標(biāo):結(jié)合已建立的高真空壓鑄系統(tǒng),針對(duì)相應(yīng)零件,建立符合標(biāo)準(zhǔn)的熱處理工藝。并建立相應(yīng)熱處理工藝與性能之間的聯(lián)系,為日后產(chǎn)品開發(fā)提供參考數(shù)據(jù)。3)預(yù)計(jì)到2030年,要達(dá)到的目標(biāo):在前期基礎(chǔ)上,建立典型高真空壓鑄件工藝-組織-性能關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),并結(jié)合車身結(jié)構(gòu)件需求,實(shí)現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)件的自主設(shè)計(jì)及工藝開發(fā)。2.3可溶性芯軸壓技術(shù)2.3.1可溶性型芯鑄造技術(shù)及工藝隨著汽車、通訊電子及航空工業(yè)的發(fā)展,零件的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜,常設(shè)計(jì)有許多數(shù)量不等、形狀各異的復(fù)雜孔或內(nèi)腔等。這些復(fù)雜孔或內(nèi)腔有些可直接采用機(jī)械加工的方法形成,但絕大多數(shù)只能采用鑄造工藝直接形成。而采用傳統(tǒng)的砂型、金屬型、低壓鑄造等,生產(chǎn)效率較低,成本較高,不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。因此,國(guó)外許多生產(chǎn)廠家利用可溶型芯壓鑄技術(shù)來替代其他鑄造工藝,用以生產(chǎn)帶有復(fù)雜孔或內(nèi)腔的零件。采用可溶型芯壓鑄技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單易行的工藝措施,可以滿足具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品要求,成本降低,所生產(chǎn)的鑄件具有尺寸精度高,表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)當(dāng)前常用的型芯材料及成形工藝主要是針對(duì)其他鑄造工藝所開發(fā)設(shè)計(jì)的,而型芯的質(zhì)量極大的影響著最終鑄件的質(zhì)量和性能。常用的型芯有砂芯、塑料型芯、低熔點(diǎn)金屬型芯及無機(jī)鹽型芯。其中砂芯成形工藝簡(jiǎn)便,但表面較為粗糙;塑料型芯高溫性能較差,低熔點(diǎn)金屬型芯表面質(zhì)量較好,但成本相對(duì)較高;無機(jī)鹽型芯可根據(jù)不同要求選擇不同的成形工藝,型芯溶解工藝簡(jiǎn)單,但對(duì)鑄件表面易造成損傷。型芯的成形工藝主要包括高壓擠壓成形、噴射成形和鑄造+壓實(shí)成形,其中:高壓擠壓成形可制備出具有良好力學(xué)性能及防潮性能,孔洞含量較少及可進(jìn)行機(jī)加工的型芯,但其缺點(diǎn)是適用于簡(jiǎn)單形狀的型芯;噴射成形可制備出形狀較為復(fù)雜的型芯,但其缺點(diǎn)是型芯的力學(xué)性能及表面質(zhì)量較差,孔洞含量較多;鑄造+壓實(shí)成形可制備出具有良好力學(xué)性能及表面質(zhì)量,且尺寸精度高的型芯,但其缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大,且耗能較大,型芯成形過程中縮孔較多綜上所述,可溶型芯壓鑄技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵是開發(fā)設(shè)計(jì)出具有優(yōu)良性能且適用于壓鑄生產(chǎn)的可溶型芯材料及其相應(yīng)的成形工藝。在滿足尺寸精確、表面光潔、可長(zhǎng)期儲(chǔ)存、具有良好的力學(xué)性能的條件下,如何降低成本,將成為此技術(shù)發(fā)展的重中之重。2.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀可溶型芯壓鑄技術(shù)克服了傳統(tǒng)壓鑄過程中分型面對(duì)零件形狀設(shè)計(jì)過程中的束縛,可大批量、規(guī)?；a(chǎn)具有復(fù)雜孔及內(nèi)腔的零件。這一技術(shù)在國(guó)外尚處于起步階段,大部分的研究主要集中在型芯材料和成形工藝的選擇、優(yōu)化及開發(fā),而對(duì)于可溶型芯壓鑄技術(shù)及所生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量的研究鮮有報(bào)道,國(guó)內(nèi)在這方面的工業(yè)基礎(chǔ)及研究工作基本處于空白。由于壓鑄具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),隨著各行業(yè)的發(fā)展,對(duì)具有復(fù)雜孔及內(nèi)腔零件的數(shù)量及質(zhì)量的要求會(huì)越來越高,傳統(tǒng)砂型鑄造等將難以滿足需求,因此需要發(fā)展可溶型芯壓鑄技術(shù)來應(yīng)對(duì)這方面的挑戰(zhàn)。2.3.3壓鑄型芯生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用計(jì)劃1)預(yù)計(jì)到2020年,要達(dá)到的目標(biāo):開發(fā)多種力學(xué)性能及成形性能良好的壓鑄用型芯材料,來滿足不同零件的需求。2)預(yù)計(jì)到2025年,要達(dá)到的目標(biāo):開發(fā)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良,生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的壓鑄用型芯成形工藝及設(shè)備,來滿足壓鑄型芯大批量的需求。3)預(yù)計(jì)到2030年,要達(dá)到的目標(biāo):對(duì)可溶型芯壓鑄技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,建立技術(shù)-應(yīng)用-成本曲線,并對(duì)相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行升級(jí),降低成本。2.4智能壓延技術(shù)2.4.1有利于智能化鑄模技術(shù)的智能技術(shù)當(dāng)前壓鑄產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)方案均是運(yùn)用CAD及CAE相結(jié)合的方式,在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,而針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題則多數(shù)依靠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析并采取措施。隨著“工業(yè)4.0”的提出,智能壓鑄技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生,歐盟EU-FP7資助的MUSIC項(xiàng)目即是針對(duì)壓鑄生產(chǎn)智能控制及自學(xué)習(xí)系統(tǒng)所設(shè)立的,其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期采用CAD及CAE相結(jié)合的方式,進(jìn)行壓鑄產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)方案的確定,并在實(shí)際生產(chǎn)過程中監(jiān)測(cè)各生產(chǎn)參數(shù),包括金屬溶液溫度、含氣量、夾雜物數(shù)量,模具溫度、型腔壓力,壓射速度、壓力和壓鑄各工藝參數(shù)等,通過所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量,并利用其專家系統(tǒng)來給出解決壓鑄過程中所出現(xiàn)問題的解決方案,通過智能控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,以獲取優(yōu)良鑄件1)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓鑄技術(shù)可以規(guī)?；a(chǎn)優(yōu)質(zhì)的復(fù)雜薄壁零件,但其對(duì)工藝參數(shù)較為敏感,理想工藝參數(shù)范圍較小,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,任何影響實(shí)際壓鑄工藝參數(shù)的因素都有可能導(dǎo)致壓鑄廢品率的上升。因此,建立可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、靈敏度較高的傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是智能壓鑄技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵,是智能壓鑄技術(shù)的“感知器官”。而對(duì)諸如金屬溶液、壓鑄機(jī)參數(shù)、噴涂修整、工藝條件的實(shí)時(shí)監(jiān)控,無疑對(duì)技術(shù)的開發(fā)起著重要的作用。2)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是智能壓鑄技術(shù)的核心環(huán)節(jié),是智能壓鑄技術(shù)的“大腦”。其主要作用是分析傳感器檢測(cè)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù),根據(jù)其智能化及自認(rèn)知系統(tǒng)來預(yù)測(cè)每一次壓鑄過程所生產(chǎn)的零件質(zhì)量,已實(shí)現(xiàn)將廢品自動(dòng)區(qū)分。另一方面,專家系統(tǒng)還可分析現(xiàn)有壓鑄工藝所存在的問題,根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù),分析問題出現(xiàn)的原因,并根據(jù)現(xiàn)實(shí)的可操作性給出相應(yīng)的解決措施。目前,歐盟的MUSIC項(xiàng)目已針對(duì)AUDI公司的減震塔零件建立了相應(yīng)的系統(tǒng)。3)智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)是智能壓鑄技術(shù)的終端控制系統(tǒng),是智能壓鑄技術(shù)的“效應(yīng)器”。其主要是執(zhí)行專家系統(tǒng)分析問題后所給出的解決措施。國(guó)外已經(jīng)可以對(duì)金屬溶液含氫量,壓鑄生產(chǎn)過程中的噴涂過程以及真空壓鑄過程中型腔中的濕度等進(jìn)行智能控制。如專家系統(tǒng)可通過分析金屬溶液中含氫量的變化,借助智能控制系統(tǒng)的操控,開啟除氣裝置,并根據(jù)含氫量調(diào)整每一次除氣處