如何以共性关键的挤压压铸模锻技术改造和提升传统压铸低压和液态模锻

如何以共性关键的挤压压铸模锻技术改造和提升传统压铸、低压和液态模锻摘要纵述了挤压压铸模锻技术的特性，对相关的压铸、低压铸造、液态模锻（熔汤锻造）技术的特性进行了比较，提出了一些新概念，更新明晰了传统观念。以挤压压铸模锻工艺与传统压铸、液态模锻、低压铸造以及其它特种铸造工艺的共性兼容关系，推动传统产业升级；提出建立全国性生产与技术推广体系的构思。关键词：压铸挤压铸造挤压压铸模锻液态模锻半固态加工真空压铸熔汤锻造连铸连锻技术推广一、挤压压铸模锻是一项什么样的技术挤压压铸模锻技术的全称是“真空挤压压铸模锻工艺与装备及其模具”技术，简称“压铸模锻”技术，1997年由我国工程技术人员发明。挤压压铸模锻是为了解决普通压铸和传统液态模锻（熔汤锻造）两项技术存在的主要问题，集合了两项工艺优势而提出来的一项连铸连锻技术。它是两项技术突破现有技术瓶颈，走向综合的必然结果，具有强大的技术优势和诱人的经济价值。挤压压铸模锻也是型腔模具成形工艺一项多年来寻求突破的技术。挤压压铸模锻的工艺特征是：普通压铸充型，液态模锻（熔汤锻造）补缩。它是在压铸充型之后通过增加锻压补缩工步，以解决传统压铸、真空压铸技术普遍存在的气密性（主要是缩孔与缩松）质量问题，消除各种收缩性缺陷。挤压压铸模锻也可说是在压铸机上实现液态模锻（熔汤锻造）的技术。这项挤压压铸模锻技术不仅提出了一项工艺原理，更重要的是提出了实现工艺的装备，它简单实用，使挤压压铸模锻工艺的技术与经济价值得到最充分的表达。挤压压铸模锻的工艺流程是：合模、锁模、压射缸压射充型、主缸动力锻压补缩、开锁、分模、顶出、复位。以主缸动力锻压补缩，是该技术区别于现有以压射机构同时作为挤压补缩机构的“挤压铸造机”或“精、速、密压铸机”最大的技术特征。挤压压铸模锻的技术经济指标达到：可用主缸动力对全零件投影面积进行锻压压补缩，锻压压补缩比压最低50MPa，最高1000MPa以上；充型比压(压铸比压)从0—150MPa（或更高）连续无级可调，充型速度无级可调，其工艺特性覆盖普通压铸、液态模锻（熔汤锻造）、低压铸造、差压铸造、重力铸造范围，可实现与上述设备的兼容设计；模具可设计安装的面积就是零件最大可充型面积（以低压铸造充型，液态模锻补缩的工艺实现），比传统压铸工艺提高50—100倍；具有锻压与锁模双动力机构，锻压主缸动力与锁模力相同。传统压铸机可改造成为挤压压铸模锻机；可压铸带型芯铸件，所生产出来的铸锻件可进行固溶强化热处理，挤压压铸模锻件（简称“铸锻件”）的车间成本与传统压铸件基本相同。二、传统相关技术的现状和存在问题传统液态模锻（熔汤锻造）工艺的特征是：开式浇注立式锻压。它最大的问题有两方面：一是充型能力不足，复杂的铸件不能很好充型；二是轴向（厚度）尺寸精度低。这个两个方面的问题属于该技术在生产适应能力方面的。传统压铸技术存在的主要问题，是压铸件内部普遍存在收缩性缺陷，其气密性缺陷主要是缩孔、缩松，属于其工艺特性必然产生的质量问题。值得说明的是，真空压铸只能解决铸件气孔中的气的存在问题，并不能解决气孔的产生或存在问题，它完全不能解决压铸工艺存在的缩孔与缩松问题。缩孔与缩松，顾名思义是铸件收缩时形成的真空孔隙，是因为铸件内部不能补缩而产生的，孔隙内部并没有气体。传统液态模锻（熔汤锻造）技术在冷凝补缩方面具有绝对的工艺优势，而传统压铸技术在充型方面的优势则非常明显，有相当完善的压射充型系统。现在的压铸机已普遍进行了改进，压射系统基本上按“精、速、密压铸”工艺原理进行设计，增加了由压射缸在铸件开始冷凝时再“加力”进行补缩的工步。但这种“补缩”，与液态模锻（熔汤锻造）完全不是一回事，这从该方法问世40年不能解决压铸件缩孔、缩松问题的结果反过来得到认证。以抽芯装置用于向前“挤压”的补缩，只能解决零件的一个“热节”问题，绝不能算作液态模锻（熔汤锻造）工艺。现有的“挤压铸造机”（——注意，并不能叫“液态模锻机”。有关“挤压铸造”与“液态模锻”两概念的区别，请参考《挤压铸造绝不是液态模锻，该为液态模锻正名》一文）从两方面进行了改进：一是以立式油压机的顶出缸进行“闭模反压充型”（或叫“间接冲头充型挤压”），以解决“液态模锻传统装置——以普通油压机进行的液态模锻工艺”充型能力不足问题，加上浇口的特别设计，也能解决某特种铸件局部收缩性缺陷问题。二是将压铸机的整个压射装置添加进来（置换原来的顶出缸），实现“压铸充型”与传统压铸同样复杂的零件。但这两项改进并没有在确保液态模锻最重要的特征，即能实现主缸动力锻压补缩的基础上进行，它的主缸动力改用作了合模与锁模动力，而使用压射缸的压射力（或油压机的顶出缸动力）进行补缩，它的锻压补缩力就比主缸动力少了八九成。这项改进的结果，是使传统的四柱油压机成为一台立式或卧式的“精、速、密压铸”压铸机。通过预合模的生产方法，顶多可用作“普通压铸充型，立式冲头挤压”，但这个工艺，在现行的压铸机上也能完成，毛坯的轴向精度仍然不能保证。两项不同技术从各自的出发点进行改进，都改进到完全相同的技术平台上，与其说是巧合，倒不如说这两项技术的突破方向相同，有内在的必然联系，有其共性的关系。三．挤压压铸模锻是压铸和液态模锻的共性关键技术挤压压铸模锻技术就是将压铸和液态模锻这两项技术结合起来，取长补短，从生产铸件的质量和工艺适应能力两方面取得基本统一，在两项工艺改进后共同的技术平台上取得突破，同时实现两项技术的升级换代。压铸（包括真空压铸）工艺在铸件充型后是自然冷却的，它没有一个锻压补缩的工步，各种收缩性缺陷由此而生。在普通压铸机上增加锻压补缩的装置，就能解决上述问题；解决液态模锻工艺压射充型能力不足的问题，可将压铸机的压射装置加上去，但这只解决了问题的一个方面，难解决的是零件轴向尺寸精度低和零件主投影面的成形问题。这个问题实质是合模问题，没有独立的合模机构，因此还要增加合模机构。日本、台湾公司所生产的标称为“挤压铸造机”的设备，只是在传统油压机的基础上增加了在压铸机上使用的压射系统，与其说是解决了液态模锻工艺与装备现存的问题，倒不如说是解决了一种以万能油压机改造而成的压铸机的压铸充型能力不足问题，这种“挤压铸造机”其实就是普通压铸机，功能并没有超过普通压铸机，而绝不是更好的“液态模锻机”，倒是思维的定势把这种设备搞复杂了，同时把人们的思维也搞混乱了。两项技术剩下要解决的其实是同一个难题：“液态模锻机”有了锻压补缩的机构，却没有合模机构；压铸机的问题正好相对，它是有了合模机构，却没有锻压机构。说是同一个难题，是因为锻压机构和锁模机构都要求提供同样大的压力或抗力，承力机构刚度也要一样大，关键还在于能不能共用一套承力机构。用来锻压的机构也可用来合模，用来合模的机构变一下也可以用来锻压。难题是怎样增加一个动力机构，增加一个怎样结构的机构。难题是新增功能后，设备成本不能高起来，生产工艺不能复杂化。解决了这个难题，两种工艺的装备变成一回事：液态模锻机和普通压铸机都变成了可兼容传统两项工艺的挤压压铸模锻机，装置可以是立式，也可以是卧式。四．挤压压铸模锻技术具有强大的技术经济优势挤压压铸模锻的主体技术特征是“普通压铸充型，液态模锻补缩”，挤压压铸模锻的工艺思想是：在满足充型条件下，尽可能采用最低的充型比压和速度。它与传统压铸工艺以高速高压充型的工艺思想是相对的，它对于低流动性金属所需的低压低速充型，对于各种厚大零件、带型芯大型复杂压铸件的生产是必须的工艺保证。这是它能替代低压、差压、重力铸造及部分大型复杂带型芯翻砂铸造工艺的原因。挤压压铸模锻工艺的提出，极大地拓展了传统压铸机和压铸工艺可应用的范围，其重大的经济性还在于，一台传统压铸机如以1.4MPa的低压充型，所生产零件的投影面积是原来的80----100倍，可以说，现有设备的工作台能安装的模具有多大，就能以“低压铸造模锻工艺”生产多大尺寸的零件。用一台传统J1150型5000KN压铸机设计为同时具有5000KN锻压补缩力的挤压压铸模锻机，基本可以满足挤压压铸模锻小型的汽车、摩托车轮毂这种大规格零件的工艺要求，可对付现时九成以上的压铸件生产。对投影面积为直径400毫米规格的汽车轮毂，要完全满足挤压压铸轮毂的挤压补缩比压指标，建议还是要选择具有9000KN锻压力的挤压压铸模锻机。挤压压铸模锻工艺所蕴含的技术经济能量是巨大的。一个同等规模的挤压压铸模锻厂，其设备投资可比传统压铸厂减少三分之二以上，其工艺适应性却能覆盖除翻砂铸造外绝大部分的型腔铸造成型。挤压压铸模锻技术的提出，在观念上的突破可能比其技术本身的突破，意义还要深远。挤压压铸模锻工艺的发明，极大地拓展了传统压铸机和压铸工艺可应用的范围，改变用传统压铸机生产零件总是存在锁模能力不足，不能生产大尺寸零件的现状，可消除生产厂家受高锁模力大型压铸机缺乏的制约。这项技术将对传统压铸机生产企业产生重大影响。五、建立全国性的技术开发、生产应用和推广的体系一、建立科研开发体系1.挤压压铸模锻属于原理性发明技术，满足工艺特性的装备可以很多，现有装备的设计方案也需完善提高。挤压压铸模锻涉及压铸、液态模锻和模锻三项领域的技术，其工艺特性又横跨“液态—半固态—固态”成形，涉及低压、差压、重力、连铸连锻和半固态加工等多项特种成形工艺。特别是挤压压铸的“低速低压充型—高比压锻压补缩”的工艺思想，具有强大的适应力，但其界限在哪里，参数如何优化组合，有待深入研究。挤压压铸模锻涉及多项成形工艺领域，极可能只是一个敲门砖，相信还会有更新的突破性技术出现。2.建立挤压压铸模锻的标准化体系。这项工作需要得到全国铸造（压铸）标准化技术委员会的支持，目前的标准化工作应先在概念定义、工艺、装备、模具等几方面做相应的基础工作。大量的实践还需同行们的广泛参与。二、建立生产应用推广体系一是工艺的推广。我国传统的压铸、液态模锻设备的保有量很大，对设备进行适度的改造或直接应用挤压压铸模锻工艺是必须的，也是可行的。这需要在全国各地建立一支传授技术和改造设备的队伍。加大对挤压压铸模锻技术的宣传，使行内工程技术人员认识和掌握这套技术，对它有更深的理解，以更快更好地得用它。二是装备的生产。改装的设备毕竟不够完善理想，真正的“全能”挤压压铸模锻机还得专业设备生产厂家根据挤压压铸模锻的工艺特性设计生产。特种专用设备，专业厂家的生产才具优势。三是产业化和国际化。挤压压铸模锻工艺的全面推广及其装备生产体系的建立，最大的目标是可促进我国传统型腔成形和装备生产新产业的形成，提高我国在该工艺领域的技术水平和国际竞争能力，并藉此专利技术优势，形成新的国际产业分工，实现产业升级。