鎂合金壓鑄業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
降低能耗、提高能源利用率、減少環(huán)境污染及節(jié)約地球資源是當(dāng)今人類面臨的重要而緊迫的問題。加工制造業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)越來越注意產(chǎn)品的輕量化問題。
由于鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、良好的抗腐蝕和抗電磁輻射能力、以及良好的充型流動(dòng)性和可再生利用性等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在汽車、電
子、家電、通信、儀表及航天航空等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。鎂合金壓鑄的汽車零部件在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家汽車工業(yè)中的應(yīng)用出現(xiàn)了持續(xù)快速增長(zhǎng)勢(shì)頭。根據(jù)國(guó)際鎂協(xié)會(huì)(IMA)的估計(jì)，未來隨著世界汽車業(yè)的發(fā)展，將促使鎂需求持續(xù)增長(zhǎng)。估計(jì)到2030年世界汽車保有量將比目前增加一倍，達(dá)10億輛。預(yù)計(jì)2001年汽車工業(yè)對(duì)鎂的需求總量將達(dá)11萬噸，今后10年汽車工業(yè)對(duì)鎂需求的增長(zhǎng)率將達(dá)15％。進(jìn)入21世紀(jì)．鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件將成為最主要的鎂應(yīng)用領(lǐng)
域。鎂合金壓鑄的快速增長(zhǎng)主要是由歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國(guó)家汽車工業(yè)面臨汽車重量輕、耗油少、符合新的環(huán)保要求而促成的。此外，鎂合金壓鑄件在汽車上的應(yīng)用還可以改善汽車的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力性能，也是目前汽車工業(yè)重視鎂合金應(yīng)用的原因之一。
在美國(guó)，汽車業(yè)處于世界領(lǐng)先地位，許多汽車零部件采用鎂臺(tái)金鑄造生產(chǎn)。在歐洲，隨著汽車公司入股鎂合金廠及對(duì)汽車輕量化、節(jié)能和環(huán)保要求的日益增強(qiáng)，將進(jìn)一步推動(dòng)鎂合金在汽車上的應(yīng)用。1999年在德國(guó)GIFA展覽上鎂合金壓鑄成品和相關(guān)技術(shù)成為熱點(diǎn)。目前。已采用鎂合金壓鑄件的汽車公司有通用、奔馳、克萊斯勒、菲亞特一阿爾法等公司．用鎂合金壓鑄的汽車零部件已超過60種，如：汽車儀表板、座位架、方向操縱部件、引擎蓋、變速箱、進(jìn)氣歧管、輪轂等。由于對(duì)壓鑄鎂合金產(chǎn)品的需求旺盛，使得生產(chǎn)鎂合金壓鑄機(jī)及相應(yīng)的壓鑄技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外知名壓鑄機(jī)廠商紛紛推出自己的鎂合金專用壓鑄機(jī)。
2 國(guó)內(nèi)外鎂合金壓鑄技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
2.1 鎂合金的物理化學(xué)性質(zhì)及壓鑄工藝特性
鎂合金密度小，約為1．81g/mm3左右。鎂合金的比彈性模量與高強(qiáng)度鋁合金和合金鋼大致相同。金屬鎂的熔點(diǎn)為650℃，鎂合金的熔化區(qū)間約為430～620℃。金屬鎂在液態(tài)時(shí)會(huì)劇烈氧化和燃燒，當(dāng)鎂合金加熱溫度達(dá)到350℃以上時(shí)，需要用保護(hù)氣體嚴(yán)密覆蓋鎂合金熔池表面，以防止鎂合金熔體的氧化和燃燒。為此，在熔化鎂合金時(shí)，應(yīng)通入保護(hù)氣體將爐內(nèi)空氣趕跑，并使熔化爐處于與外界空氣隔絕的封閉狀態(tài)，當(dāng)爐溫達(dá)到350℃后，應(yīng)按要求將保護(hù)氣體的壓力調(diào)到最佳值。
根據(jù)鎂合金的特點(diǎn)，使用熱室壓鑄機(jī)時(shí)，鎂臺(tái)金熔化保溫溫度為630～650℃左右；使用冷室壓鑄機(jī)時(shí)，鎂合金熔化保溫溫度為640～670℃。
鎂合金壓鑄時(shí)的壓鑄型溫度要比壓鑄鋅合金和鋁合金的高，生產(chǎn)細(xì)小和薄壁件時(shí)，對(duì)型溫的控制更加嚴(yán)格
由于鎂合金的比熱容小，因此在同樣條件下，鎂合金充型時(shí)間比鋁合金要縮短30%～35%左右，在內(nèi)澆道出口處鎂合金的充型速度比鋁合金要快25％
以上(一般情況下．鎂合金的充型速度為50～60m/s，壓鑄壁非常薄的鑄件時(shí)甚至達(dá)到80m/s以上)，因此。鎂合金壓鑄機(jī)的沖頭壓射速度應(yīng)在5m／s(甚至8m/s)以上，其壓射比壓也要比鋅合金熱室壓鑄和鋁合金冷室壓鑄時(shí)的高，為此要求鎂合金壓鑄機(jī)應(yīng)具有更好的壓射性能
2．2 冷室壓鑄機(jī)及壓鑄技術(shù)
冷室壓鑄機(jī)分為臥式壓鑄機(jī)和立式壓鑄機(jī)兩類，現(xiàn)在世界上應(yīng)用最廣泛的是冷室臥式壓鑄機(jī)。大多數(shù)壓鑄件，尤其是大型、厚壁、受力和有特殊要求的壓鑄件，一般采用冷室臥式壓鑄機(jī)來生產(chǎn)。
世界上著名的壓鑄機(jī)生產(chǎn)廠商主要有：瑞士的BuHLER公司，德國(guó)的FREcH公司，意大利的IDRA公司和ITALPREssE公司，日本的UBE公司、TOYO公司和TOsHIBA公司．美國(guó)的HPM公司等。冷室壓鑄機(jī)基本上由合型系統(tǒng)、壓射系統(tǒng)和壓射過程監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成。這些公司生產(chǎn)的壓鑄機(jī)型號(hào)不一，但合型系統(tǒng)和壓射系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)大體相同，不同之處主要表現(xiàn)在壓射過程監(jiān)控系統(tǒng)上?？傮w來說，壓射過程監(jiān)控系統(tǒng)的功能包括：對(duì)壓鑄機(jī)的重要工藝參數(shù)、壓鑄型和金屬液的參數(shù)進(jìn)行記錄和評(píng)估，并與控制器的數(shù)據(jù)相配合，進(jìn)行集成操作和編程；記錄、顯示和儲(chǔ)存與壓鑄工藝相關(guān)的工藝參數(shù)．
并進(jìn)行人機(jī)對(duì)話；操作者可在主控面板上進(jìn)行機(jī)器的后道工序的編程工作，為了操作簡(jiǎn)便快捷，整個(gè)系統(tǒng)采用反饋實(shí)時(shí)控制，可實(shí)現(xiàn)自診斷、自修正、識(shí)別故障、診斷顯示及故障報(bào)警；利用intemet和intranet，與壓鑄機(jī)生產(chǎn)商和壓鑄件用戶相連，具有遠(yuǎn)程人機(jī)對(duì)話功能。
目前還沒有鎂合金專用的冷室壓鑄機(jī)。當(dāng)用普通冷室壓鑄機(jī)壓鑄鎂合金時(shí)，必須對(duì)壓鑄機(jī)的壓射系統(tǒng)和自動(dòng)給料系統(tǒng)進(jìn)行必要的改造，使之適用于鎂合金壓鑄的要求。改造的內(nèi)容包括：(1)將壓射系統(tǒng)的快壓射速度由壓鑄鋁合金時(shí)的4～5m／s提高到6～10rn／s；(2)縮短增壓過程的建壓時(shí)間；(3)提高壓
射力；(4)采用電磁自動(dòng)定量給料裝置，防止鎂合金在澆注過程中氧化；(5)如采用真空壓鑄等特種壓鑄工藝時(shí)，配置必要的配套設(shè)備。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及日益嚴(yán)格的輕量化和環(huán)保要求，鎂合金冷室壓鑄技術(shù)將成為鎂合金壓鑄的重要發(fā)展方向。可以預(yù)測(cè)，對(duì)鎂合金專用冷室壓鑄機(jī)的強(qiáng)勁需求，將促使鎂合金專用冷室壓鑄機(jī)很快形成系列產(chǎn)品。
2．3 鎂合金熱室壓鑄機(jī)及壓鑄技術(shù)
鎂合金熱室壓鑄機(jī)是針對(duì)鎂合金的物理化學(xué)性質(zhì)和壓鑄工藝特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，是目前國(guó)外在鎂合金壓鑄中應(yīng)用最廣泛的鎂合金壓鑄專用設(shè)備。國(guó)外主要壓鑄機(jī)制造商，如德國(guó)的FREcH公司，意大利的IDRA公司和ITAI．PRESSE公司，日本的TOYO公司、TOsHIBA公司、uBA公司和HIsHINuMA公司等．均生產(chǎn)和向市場(chǎng)提供鎂合金熱室壓鑄機(jī)系列產(chǎn)品。
鎂合金熱室壓鑄機(jī)由合型機(jī)構(gòu)、沖頭鵝頸噴嘴壓射機(jī)構(gòu)、熔化保溫坩堝爐氣體保護(hù)裝置和壓射監(jiān)控系統(tǒng)組成。與普通熱室壓鑄機(jī)的主要不同點(diǎn)是：鎂合金熱室壓鑄機(jī)要求具有更高的壓射速度(一般在8m／s以上)；壓射完畢時(shí)要求壓射系統(tǒng)液壓沖擊?。蝗刍刿釄鍫t的工作溫度比鋅合金熱室壓鑄機(jī)的工作溫度要高(約為660℃左右)．且對(duì)溫度控制較嚴(yán)格；鎂合金對(duì)雜質(zhì)元素Fe和cr的含量控制極其嚴(yán)格，因此鎂合金熔化保溫爐的坩堝應(yīng)采用雜質(zhì)元紊c和cr含量極低的合金材料制造；由于鎂合金熔體易氧化燃燒，因此鎂合金熔化保溫坩堝爐應(yīng)為封閉式結(jié)構(gòu)，并配置防止鎂合金熔液氧化的保護(hù)氣體輸入裝置。
由于熱室壓鑄時(shí)鎂合金熔液是在熔化保溫坩堝爐中在熔池液面下經(jīng)過封閉的鵝頸噴嘴直接進(jìn)入壓鑄型的，避免了冷室壓鑄時(shí)在澆注過程中合金液的氧化和所形成的氧化浮渣，而且溫度損失小．因此鎂合金熱室壓鑄機(jī)更適合用于生產(chǎn)外觀要求較高的薄壁鑄件，如家電、計(jì)算機(jī)、通訊、日用五金、儀表和一些不要求承受載荷的外殼類零件等。
由于鎂合金熱室壓鑄機(jī)采用沖頭直接將鎂合金熔液經(jīng)封閉的鵝頸噴嘴直接壓入壓鑄型腔中，壓射壓力較小且通常無增壓，一般不適用于生產(chǎn)汽車、航天航空器中要求較高的大型、厚壁、高載荷零件。
近年來美國(guó)、日本和英國(guó)等國(guó)的公司相繼成功開發(fā)出鎂臺(tái)金半固態(tài)觸變射壓鑄造機(jī)。鎂合金半固態(tài)觸變射壓鑄造機(jī)以一定壓力將半固態(tài)鎂合金射入壓鑄型內(nèi)而使之成形，其工作原理類似于注塑機(jī)。它將預(yù)制的非枝晶態(tài)鎂粒送入螺旋給料機(jī)構(gòu)，在螺旋給料機(jī)構(gòu)中將鎂粒加熱到半固態(tài)。并通過螺旋給料機(jī)構(gòu)另一端的鎂合金漿料收集室將半固態(tài)鎂合金漿料送入壓射室進(jìn)行射壓成形。用鎂合金半固態(tài)觸變射壓鑄造機(jī)可生產(chǎn)汽車、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、家用電器、數(shù)碼像機(jī)、攝像機(jī)上的要求輕巧精致和高比強(qiáng)度的鎂合金零件。鑄件具有高強(qiáng)度、高可靠性，接近成品尺寸，再生性強(qiáng)，幾乎不產(chǎn)生廢品，可大大降低鎂合金鑄件的生產(chǎn)成本。截至1998年底，全球共有100臺(tái)左右的鎂合金半固態(tài)觸變射壓鑄造機(jī)投產(chǎn)。這種鑄造成形方法代表了鎂合金鑄件生產(chǎn)的一個(gè)發(fā)展方向。
隨著智能家電、電子、計(jì)算機(jī)、通訊等新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，將會(huì)對(duì)作為綠色制造材料的鎂合金產(chǎn)生旺盛的需求，鎂合金熱室壓鑄機(jī)將朝著系列化、多功能、全自動(dòng)、可遠(yuǎn)程人機(jī)對(duì)話等方向發(fā)展。
2．4我國(guó)鎂合金壓鑄裝備的發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)在我國(guó)的鎂合金壓鑄生產(chǎn)還近乎于零，在汽車制造業(yè)，目前只有上海乾通汽車附件制造有限公司生產(chǎn)鎂合金壓鑄件；在家電和電子制造行業(yè)，目前只有深圳嘉瑞金屬制品有限公司等很少幾個(gè)港資企業(yè)生產(chǎn)鎂合金壓鑄件；在其他領(lǐng)域，如江西宜春風(fēng)動(dòng)工具廠等一些廠家，多年來用壓鑄鎂合金生產(chǎn)一些風(fēng)動(dòng)工具器件，如森林機(jī)械及降落傘的一些構(gòu)件等。上述廠家為此引進(jìn)了一些國(guó)外先進(jìn)的熱室壓鑄機(jī)和配套的熔煉設(shè)備，為國(guó)內(nèi)壓鑄鎂合金的擴(kuò)大應(yīng)用提供了有利條件。但是，總體來說，國(guó)內(nèi)目前對(duì)鎂合金壓鑄機(jī)的需求非常有限。
目前我國(guó)有壓鑄機(jī)生產(chǎn)廠家十幾個(gè)，壓鑄機(jī)年生產(chǎn)能力超過1200臺(tái)，可生產(chǎn)各種系列的冷室和普通熱室壓鑄機(jī)，國(guó)產(chǎn)壓鑄機(jī)基本形成較完整的系列產(chǎn)品．產(chǎn)量也大于國(guó)內(nèi)的需求。但是適用于鎂合金壓鑄的熱室壓鑄機(jī)尚處于開發(fā)階段，只有香港力勁(深圳)機(jī)械有限公司和香港科源(亞洲)有限公司生產(chǎn)少數(shù)幾個(gè)型號(hào)的鎂合金壓鑄機(jī)。
深圳力勁機(jī)械有限公司生產(chǎn)的鎂合金熱室壓鑄機(jī)Dc一160M可生產(chǎn)投影面積小于800cm2的鎂合金壓鑄件，其電控系統(tǒng)、液壓部件和熔化保溫坩堝爐的零部件基本上采用國(guó)外現(xiàn)有產(chǎn)品，使機(jī)器具有良好的整機(jī)技術(shù)性能和可靠性，壓射速度最高達(dá)6m／s，采用SR保護(hù)氣體，并具有生產(chǎn)管理、故障診斷、型溫控制等功能。適合鎂合金壓鑄的冷室壓鑄機(jī)DCC一630M在關(guān)鍵核心技術(shù)上，如自動(dòng)調(diào)控壓射參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)、液壓元件和電器元件等均采用進(jìn)口產(chǎn)品，既可生產(chǎn)強(qiáng)度要求高的鎂臺(tái)金薄壁件，又可生產(chǎn)大型厚壁鎂合金壓鑄件。其空壓射速度可達(dá)8m／s，壓射增壓匝力可達(dá)150MPa以上，建壓時(shí)間為20ms。綜上所述，鎂合金熱室壓鑄機(jī)和適合鎂合金壓鑄的冷室壓鑄機(jī)的關(guān)鍵核心技術(shù)還有待進(jìn)一步開發(fā)。
3 我國(guó)鎂合金壓鑄業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)
鎂臺(tái)金壓鑄企業(yè)主要分布在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于價(jià)格偏高．因此鎂合金壓鑄零部件在許多領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了很大限制。
我國(guó)在1992年以前是鎂金屬進(jìn)口國(guó)，1992年以后．我國(guó)的產(chǎn)鎂業(yè)得到_r迅速發(fā)展，由金屬鎂進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹趪?guó)。目前，我國(guó)原鎂產(chǎn)量居世界首位，占
全球產(chǎn)量的三分之一。1999年全國(guó)產(chǎn)量16．5萬噸，但鎂產(chǎn)品結(jié)構(gòu)極不合理，80％以上作為初級(jí)原料低價(jià)出口。雖然目前我國(guó)鎂合金壓鑄業(yè)還十分薄弱，但是今后其發(fā)展優(yōu)勢(shì)卻是得天獨(dú)厚的，面臨著很大的發(fā)展機(jī)遇。這主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
(1)我國(guó)鎂資源非常豐富，菱鎂礦儲(chǔ)量居世界首位，約27億噸，占全球儲(chǔ)量的22．5％。此外，在青海鹽湖還有儲(chǔ)量巨大的廉價(jià)高品質(zhì)鎂資源。因此，我
國(guó)鎂合金的發(fā)展有可靠的原材料保障。
(2)進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)在汽車、計(jì)算機(jī)、通訊等領(lǐng)域?qū)⒂袠O大的發(fā)展。在汽車行業(yè)，我國(guó)家用轎車需求量將飛速增長(zhǎng)，對(duì)汽車高速、節(jié)能、環(huán)保、輕量
化的要求將日益突出。目前國(guó)產(chǎn)汽車只有上海大眾汽車公司的桑塔納轎車采用了鎂合金壓鑄件，鎂合金用量?jī)H為8．5kg／輛，與國(guó)外汽車鎂合金平均用量為40k∥輛相比，差距十分懸殊。另外，目前國(guó)產(chǎn)的計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備幾乎沒有采用質(zhì)輕、耐用、具有減振、屏蔽等功能的鎂合金零部件，使產(chǎn)品質(zhì)量和銷路受到很大影響?？梢婃V合金壓鑄件在我國(guó)有著廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆?/span>
(3)近年來，鎂合金壓鑄件在應(yīng)用中顯示出的巨大優(yōu)勢(shì)，得到了我國(guó)政府相關(guān)部門的高度重視。國(guó)家將結(jié)臺(tái)西部大開發(fā)的戰(zhàn)略舉措，將鎂合金的應(yīng)用開發(fā)
工程列入國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃。
鎂合金壓鑄裝備及其零部件生產(chǎn)工藝，在技術(shù)上講是成熟的。隨著鎂合金熔煉及鎂合金液的保護(hù)技術(shù)的完善、鎂合金定量自動(dòng)輸液裝置性能的提高、新型壓鑄機(jī)及鎂臺(tái)金壓鑄新工藝的應(yīng)用、鎂合金零部件的表面處理技術(shù)的完善和改進(jìn)，將使汽車、計(jì)算機(jī)、通訊、家電等行業(yè)生產(chǎn)和使用鎂合金壓鑄零部件得到有力的技術(shù)保證。
鎂合金制品在國(guó)際上剛剛形成需求市場(chǎng)。主要市場(chǎng)在歐盟、北美、日本和南韓等地區(qū)。就鎂合金制品國(guó)際市場(chǎng)需求來看，市場(chǎng)容量大、層次多。隨著我國(guó)加入WTO進(jìn)程的加快，由于人力資源豐富、便宜，發(fā)達(dá)地區(qū)的鎂合金制品生產(chǎn)會(huì)向我國(guó)轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在應(yīng)是提升鎂合金及鎂合金制品出口附加值的最好時(shí)機(jī)。
為更快地促進(jìn)我國(guó)鎂合金壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的民族壓鑄機(jī)制造業(yè)也應(yīng)在21世紀(jì)有所發(fā)展，抓住當(dāng)前發(fā)展鎂合金壓鑄的大好時(shí)機(jī)，大力推進(jìn)新型鎂合
金壓鑄機(jī)的研究、開發(fā)及系列化工作，壯大我國(guó)的民族壓鑄機(jī)工業(yè)，為今后的更快發(fā)展打下良好基礎(chǔ)，爭(zhēng)取在未來全球化的鎂合金壓鑄件和壓鑄機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。
4 今后的工作目標(biāo)
2l世紀(jì)將是鎂合金壓鑄飛速發(fā)展的時(shí)代，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)了世界鎂合金壓鑄的新潮流，而目前我國(guó)的鎂合金壓鑄業(yè)還十分薄弱。因此．要想使我國(guó)在激烈的世界高新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地，必須盡快地開展鎂合金壓鑄關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究，建立鎂合金零部件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研制鎂合金壓鑄專用設(shè)備，開發(fā)鎂合金的合金化、熔煉、成形工藝優(yōu)化與控制技術(shù)。
結(jié)合我國(guó)的具體國(guó)情，充分發(fā)揮我國(guó)擁有充足的鎂資源、廣闊的鎂合金壓鑄產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展鎂合金壓鑄的好技術(shù)基礎(chǔ)等優(yōu)勢(shì)，借鑒十幾年來發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展鎂合金壓鑄的經(jīng)驗(yàn)，搞好產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合。尤其是在當(dāng)前西部開發(fā)中，引進(jìn)外資，充分利用豐富的鹽湖鎂資源及電力資源，重點(diǎn)扶持汽車、計(jì)算機(jī)、通訊等領(lǐng)域的幾個(gè)鎂合金壓鑄產(chǎn)品的開發(fā)，并以這些產(chǎn)品為龍頭建立起采用先進(jìn)技術(shù)、符合環(huán)保要求的高效率鎂合金壓鑄生產(chǎn)體系，盡快將原材料轉(zhuǎn)化為高附加值的鎂合金壓鑄產(chǎn)品，并通過優(yōu)質(zhì)鎂合金壓鑄件的廣泛應(yīng)用，提高我國(guó)與壓鑄鎂合金相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
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