挤压铸造工艺简介

UBE挤压铸造工艺成就高品质铝合金铸造宇部興産機械株式会社环保节能汽车轻量化铝合金推广铝合金的推广以及产品轻量化的业态■由铸铁材料的使用变化由发动机缸体，向悬架、底盘延伸■铝合金铸件的高品质化通过热处理来提高强度和刚性通过焊接扩大铸件的应用范围(和不同材料的溶合)■成为节约成本的有效铸造方法替代锻造品低压铸造法重力铸造法锻造法挤压铸造法溶汤锻造法更高品质化的铸造法低成本化２高生产性１．挤压铸造工艺的概要２．挤压铸造工艺的特征３．挤压铸造工艺的应用实例４．总结演讲内容１．挤压铸造工艺的概要基本原理使用油压机械装置以极低速度高压使溶液充填入模腔，在凝固前保持加压通过加压，把残存溶液压向凝固收缩部位⇒“Squeeze”４(2)直接挤压法冲头溶汤模具冲头模具溶汤(1)柱塞加压凝固法･产品形状简单，加压后凝固･冲头起到加压的作用･冲头会成为产品的一部分･加压过程中、溶汤流动(3)间接挤压法模腔上模下模溶汤冲头･产品形状由上下模腔构成･冲头压入，溶液填入模腔･产品形状由上下模腔构成･冲头把熔杯内熔汤压入模腔･充填完毕同时即加压（挤压铸造的基本特征(4)向上挤压法固定模可动模溶汤模腔冲头压室１．挤压铸造工艺的概要HVSC系列可动模固定模汤勺压室冲头模具开合可动模固定模汤勺压室冲头模具开合Horizontal-die-clampingVertical-shotSqueezeCastingmachine(横向合模纵向挤压铸造机)VSC系列Vertical-die-clampingVertical-shotSqueezeCastingmachine(纵向合模纵向挤压铸造机)UBE挤压铸造设备的类型１．挤压铸造工艺的概要挤压铸造设备VSC系列HVSC系列有地沟型：250,350,500,630,800T无地沟型：：350,800,1250T有地沟型：315,500,630,800,1800TUBE挤压铸造设备的类型１．挤压铸造工艺的概要１．挤压铸造工艺的概要PL系列机型原有机型ＹＸHVSC挤压铸造设备的设置HVSCPL系列HVSC原有机型无地沟机型：350,800,1250T有地沟机型：250,350,500,630,800TXＹ350T800TX3,250mm4,100mmY2,600mm3,400mmZ2,000mm3,700mm压射单元的小型化・压射行程・油缸直径・熔杯直径・熔杯回倾角度FL55年1980年2年1990年12年2000年45年1970年35年1960年昭和17年2005年大型DC生产･大杠自动拆卸装置･压射一体框架･套筒螺母･自动化装置(给汤・取出等)VSC开发･射出速度0.05～0.1m/sGF装置开发･射出速度：1.0～2.8m/sDDV开发･射出速度1.0～2.8m/s超高速设备的开发･射出速度：max.10m/sPL机･NRC机开发･半凝固铸造（NRC）对应･射出速度:0.02～0.5m/sUNI-FF･高速射出机型的开发･射出速度3.2～4.5m/sHVSC开发･射出速度0.05～1.5m/sS-DDV开发･射出实时反馈控制･射出速度0.05～4m/sUH机开发･射出速度0.1～10m/s･2板机型･电动开闭平成･1961和美国某公司技术合作。･1962年导入1号机UBE压铸机的开发历史１．挤压铸造工艺的概要UBE挤压铸造机的出厂数量North&southAmerica:71setsKorea:20setsChina:10setsAustralia:４setsAsia:11setsEurope:38setsJapan:256setsSQZ:410setsAsofAug.2014P.10１．挤压铸造工艺的概要UBE压铸机技术的开发历史19601970199019802000大型DCUNI-FFGFDDVS-DDVSQZNRCHVSC0100020003000～'65'66～'70'71～'75'76～'80'81～'85'86～'90'91～'95'96～'00'01～'05压铸机累计台数0100200300400挤压铸造设备累计数量HPDCSQZ１．挤压铸造工艺的概要100μm铸造缺陷的典型案例／卷气巢１．スクイズ鋳造法の概要气巢轮廓显示为球形和带圆形的颗粒状气巢内部为光滑的曲面构成【光学显微镜下的组织】【电子显微镜下的组织】（SEM）100μm１．スクイズ鋳造法の概要溶汤的凝固收缩而产生的空洞,轮廓显示凹凸不平收缩巢内部呈现α相的树枝状晶体、象葡萄状一样铸造缺陷的典型案例／收缩巢【光学显微镜下的组织】【走査型電子顕微鏡組織】（SEM）和普通压铸的比较／充填挤压铸造・极低速层流充填浇口速度≤0.5m/s・防止空气卷入・产品品质重视从下部慢速向上注入溶液，排出气体①由汤勺向倾斜的熔杯内注入铝液②压射单元回倾后和模具对接③P.冲头向上充填溶液５普通压铸・高速充填（乱流）浇口速度≥20m/s・湯溶液流动性重视方案・生产效率重视１．挤压铸造工艺的概要和普通压铸的比较／凝固普通压铸制品浇口流道截面⇒窄小浇口部较早凝固６１．挤压铸造工艺的概要挤压铸造上部开始凝固、料柄处为最后凝固指向性凝固较大的压射力减少收缩巢（压力传递效果）制品浇口＆流道截面相对较宽⇒压力容易传递UBE挤压铸造机的倾斜对接装置1.分割压室的采用：模具压室和射出压室的分割可以实现平稳地给汤2.回倾–对接构造的采用：合模和给汤-回倾的同时动作周期缩短3.纵向射出构造的采用：由溶汤从下向上排气可以防止气体卷入②向模具侧回倾状态③对接④射出-凝固①给汤-合模-回倾回倾合模P.13１．挤压铸造工艺的概要熔杯内的熔汤温度变化（模拟图）挤压铸造/纵向熔杯L/D≦2.5普通铸造/横向熔杯扁薄、狭长状熔杯内的铝液形状12345678注汤后的时间经过[sec]液相半凝固相固相DL圆筒状0P.14１．挤压铸造工艺的概要熔杯内的熔汤冷却(纵向和横向熔杯比较)600650550010203040注汤后的时间经过(sec)注入到熔杯内的熔汤温度(℃)AC4CH挤压铸造AZ91挤压铸造AC4CH普通铸造AZ91普通铸造１．挤压铸造工艺的概要AC4CH熔点：615℃AZ91熔点：595℃熔杯内温度测定热电偶２．挤压铸造件的特征２．挤压铸造品德特征换挡片内部品质比较／A390合金（ADC14相当)浇口AA100μm1mm100μm1mm挤压铸造普通铸造HPDCSQZCrosssectionofMotorrotor２．挤压铸造品德特征含气量(cc/100gAl)0.11101005低压铸造，重力铸造砂型铸造高压铸造真空+高压铸造（20～50kPa）挤压铸造半凝固铸造焊接部件热处理部件耐压气密性部件50品质要求铸造方法0.5高真空＋高压铸造（5kPa以下）各种铸造工艺下的铸件含气量比较２．挤压铸造品德特征各铸造工艺的微观组织４２．挤压铸造品德特征高圧鋳造影响共晶Si组织的形态的热处理（T４）时间２．挤压铸造品德特征AC4CH合金共晶Si［微细层状］α相凹陷状（白色）共晶Si［粗大针状］重力铸造挤压铸造As-cast(铸造)530℃10min530℃3hr共晶Si［微细粒状］共晶Si［粗大粒状］影响拉伸特性的热处理（T6）时间250260270280290300UTS(MPa)051015202501234567Solutiontime(hr)Elongation(%)●重力铸造○挤压铸造２．挤压铸造品德特征拉伸强度[MPa]断裂拉伸[％]溶体化处理时间[hr](AC4CH合金溶体化处理：530℃人工时效：160℃×3hr)285MPa275MPa3hr6hr20%15%①热处理时间：短②拉伸强度：大③断裂拉伸：大①②③微细组织α相凹陷状⇒①共晶Si⇒②③26.9cc/100gAL0.4cc/100gAL050100150200250300350普通压铸-F挤压铸造-F挤压铸造-T4挤压铸造-T605101520253035拉伸强度0.2％耐力断裂拉伸断裂拉伸[％]拉伸强度0.2％耐力［MPa］可以热处理含气量普通压铸和挤压铸造的拉伸特性ADC１２合金(A383.0相当)･模具形状：100×200×6.3t･铸造条件普通压铸：压射速度3m/s,铸造压力86MPa挤压铸造：压射速度0.05m/s,铸造压力88MPa･热处理T4：480℃×3.5hr⇒WQT6：480℃×3.5hr⇒WQ⇒160℃×2.0hr２．挤压铸造品德特征104105106107108020406080100120140160180200应力[MPa]普通压铸挤压铸造σu=67MPaσu=143MPa普通压铸和挤压铸造的拉伸特性ADC１２合金(A383.0相当)F材（As-cast）重复次数（Cycle）[次]２．挤压铸造品德特征３．挤压铸造工艺的应用实例ABSvalvebodyBrakecaliperHPpumpcaseFlangeSQZsample３．挤压铸造工艺的应用实例ALwheelCrossmemberArmKnuckleSQZsample３．挤压铸造工艺的应用实例使用VSC挤压铸造工艺的车架横梁･铸造设备：VSC１８００･压射速度：100－110mm/sec･合金：AC4CH运动跑车的前车架横梁制品重量：10kg全长：1,300mm最小壁厚：4.5ｍｍ３．挤压铸造工艺的应用实例･铸造设备：VSC2500･浇铸重量：31.2kg･制品重量：17.0kg･压射速度：50－65mm/sec･铸造压力：810kgf/cm2･合金：AC4CHSUV的轮毂20×8.5in.VSC挤压铸造工艺生产的轮毂AirSuspensionBeamFromISUZUMOTORSBROSHURE３．挤压铸造工艺的应用实例･铸造设备：VSC1800･合金：AC4CH･浇铸重量：10.5kg･制品重量：8.0kg･压射速度：50-60mm/sec.･铸造压力：800kgf/cm2VSC挤压铸造工艺生产的卡车部件铸造压附加溶液充填局部加压溶液含浸３．挤压铸造工艺的应用实例混合材･制动片･旋翼的铸造预备成形体部件铝合金材复合材部位的微观组织铝合金复合材部位（含SiC,Al2O3纤维)制动片旋翼AC4CH合金7mmAC4CH合金复合材部位VSC2500机～陶瓷和铝合金的复合部材～UBEス挤压铸造的特征・优点・适用制品极低速充填热处理OKUBEス挤压铸造的特征・优点・适用制品优点适用制品燃料管（燃料パイプ）耦合器的包角（スクロール）齿条架（ラックハウジング）轮毂悬挂臂(サスペションアーム)制动钳(ブレーキキャリパ)发动机缸体活塞制动片(ブレーキディスク)没有卷入气巢･制品的浇口、流道截面积较大･高压下凝固･指向性凝固可以适用复合材料以及溶液含浸处理(MMC)焊接OK没有收缩巢(车架横梁节(クロスメンバノード)４．总结