萬水朝宗的現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)fficeffice" />
( n% X. x% d. M- p9 g0 {——兼談鋁合金鎂合金銅合金及其它高熔點(diǎn)合金(黑色金屬,、不銹鋼)的連鑄連鍛生產(chǎn) ' z X( g; o k3 Y
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連鑄連鍛是一項(xiàng)新興的傳統(tǒng)技術(shù),,我國發(fā)明的現(xiàn)代連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)——擠壓壓鑄模鍛,,更有強(qiáng)大的工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì),。 ) L$ V3 @+ ~/ Y7 |1 g& J
: A/ }! N( G% C 1.連鑄連鍛技術(shù)的特性
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! R; u6 V+ u9 W: D9 {! o 1.1連鑄連鍛是一項(xiàng)傳統(tǒng)的常見技術(shù) & X9 c0 `1 N; N% f. Z* c
連鑄連鍛特指在同一臺(tái)設(shè)備同一套模具內(nèi)連續(xù)完成鑄造充型與鍛造的技術(shù),。 & y9 g; e/ G& C& J: a4 B
連鑄連鍛技術(shù)并不新鮮,,是一項(xiàng)常規(guī)常見的技術(shù)。其工藝原理沒有什么稀奇, 是一項(xiàng)“將鑄造與鍛造工藝相結(jié)合的技術(shù)”,,工藝上最簡單的表述是:充型+鍛造,。 " P/ k2 B% U% g8 H5 b2 R
0 o) L# C" L# x- i; P 在工業(yè)應(yīng)用上,將鑄造與鍛造工藝相結(jié)合,,也不是什么困難的事,,“先充型,后鍛造”,,不外如是,。因而,廣義的連鑄連鍛工藝,,工業(yè)上可有很多很好的表達(dá)實(shí)現(xiàn)方式,。 ) {& C3 g+ z% ]) z
9 i. {1 S% s* H+ y \ 1.2連鑄連鍛技術(shù)是一項(xiàng)更具工業(yè)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)
! i1 m: ~6 ?" E 我們還可以下另一個(gè)定語,這就是,相對(duì)于其它的特種工藝來說,,連鑄連鍛技術(shù),,是最容易實(shí)現(xiàn),或最容易具有工業(yè)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù),。這一點(diǎn)非常重要,,它是連鑄連鍛技術(shù)近年來被人們重新認(rèn)識(shí)與加快開發(fā)的原因。
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5 R2 A; _1 u! r) ?6 F 2.連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)與機(jī)遇 % g" N9 B4 K& o
1 V% l7 @5 Z* }. p8 e, V 2.1連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)
* s4 [# G6 [7 x$ Z& D5 Z6 W 毫無疑問,,連鑄連鍛技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ),,首先依賴的是傳統(tǒng)的鑄造與鍛造技術(shù)的發(fā)展,它必定表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的工藝與裝備的發(fā)展,。
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上面這句話有更深一層的意思:工藝的發(fā)展依賴裝備的發(fā)展,;不同的裝備,它所表達(dá)的工藝內(nèi)涵是不盡一樣的,;沒有裝備的進(jìn)步,,就必然沒有工藝的進(jìn)步;工藝技術(shù)的本質(zhì)就是裝備技術(shù):工藝的內(nèi)容是通過裝備這個(gè)手段(形式)才能表達(dá)的,。所以,,當(dāng)我們說到具體的工藝時(shí),必然有其對(duì)應(yīng)的實(shí)施手段——具體的裝備,。 - M( d' j# @/ t5 z& q4 @
" }- V& A" h' ]% s 鑄造與鍛造作為兩項(xiàng)最傳統(tǒng)的成形工藝(與裝備)技術(shù),,發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟了。特別是鑄造技術(shù),,出現(xiàn)的工藝種類更多,,而以往被看作是特種鑄造的,如壓鑄,、液態(tài)模鍛(熔湯鍛造),、低壓(差壓)鑄造、半固態(tài)加工等,,幾成了常見常用的工藝,。
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% z+ a$ H: I1 D: q; U6 D* ^9 u 說鑄造技術(shù)相當(dāng)成熟,有兩個(gè)最重要的特性指標(biāo):一是無論結(jié)構(gòu)怎么復(fù)雜的毛坯都難不倒它,,它都能生產(chǎn)出來,;二是具有多種滿足實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、大批量和極具經(jīng)濟(jì)性的工藝與裝備,。它包括了多種可實(shí)現(xiàn)壓鑄,、低壓鑄造的傳統(tǒng)與特種工藝裝備。還有一個(gè)輔助性的指標(biāo)是,,圍繞這些主導(dǎo)設(shè)備的外圍配套設(shè)備如熔煉,、輸送給湯,、取件等機(jī)械手也已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化,、產(chǎn)業(yè)化,。
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說鍛造技術(shù)相當(dāng)成熟,可體現(xiàn)在各種精密模鍛技術(shù)層出不窮,,實(shí)現(xiàn)了“近凈成形”或“終極成形”,。還有一項(xiàng)鍛造技術(shù)就是多向模鍛。
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8 R9 R$ z. m9 Y3 `$ l% c 2.2現(xiàn)代連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間
# F. F5 ^ d$ z% Q W" l: E( | 現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)出現(xiàn)的機(jī)遇應(yīng)在現(xiàn)代壓鑄技術(shù)出現(xiàn)后,。而現(xiàn)代鍛造與壓鑄技術(shù)的出現(xiàn),,都受制于現(xiàn)代液壓技術(shù)的進(jìn)步,其中現(xiàn)代液壓技術(shù)(主要是高壓油泵與液壓閥技術(shù))的進(jìn)步對(duì)現(xiàn)代鍛造技術(shù)的進(jìn)步起到了至關(guān)作用,。以上為硬件技術(shù),。
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$ c" w" q' u. e! R" i: i* G' x3 R 還有一項(xiàng)帶有相對(duì)決定性的“軟件”技術(shù),是成熟可靠經(jīng)濟(jì)的電器控制系統(tǒng)技術(shù),,它有賴于計(jì)時(shí)(響應(yīng))技術(shù),特別是單片機(jī)(PC)與可編程(PLC)技術(shù)的進(jìn)步,。 / `4 c' T0 Z* m, C/ x1 A" b
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綜合來說,,現(xiàn)代連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)出現(xiàn)的機(jī)遇,最早能是上世紀(jì)60年代之后,。 . R, X8 Q! m" {8 `0 s
( h& o* F7 m5 r! } 2.3現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)的標(biāo)志性技術(shù) : U6 ~. e3 G3 \6 d3 j
現(xiàn)代連鑄連鍛標(biāo)志性技術(shù)的出現(xiàn),,是在上世紀(jì)末。這項(xiàng)技術(shù)的名字簡稱是“壓鑄模鍛”(全稱是“擠壓壓鑄模鍛”)技術(shù),。它是由中國工程技術(shù)人員發(fā)明的技術(shù),。
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3.最廣義的連鑄連鍛技術(shù) ) Y) l6 Q" J8 u+ W
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3.1最廣義的鑄造技術(shù)
. o6 w3 y m8 M' j' z! b' u& |" k 壓力鑄造是最廣義的鑄造技術(shù)。無論什么鑄造工藝,,它都得表現(xiàn)為在一定壓強(qiáng)下充型的過程,。在數(shù)學(xué)公式上,它表現(xiàn)為是壓強(qiáng)與時(shí)間的函數(shù),,即F = f( p ,,t )。 6 A+ {& I0 O) |3 t0 L- p
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重力鑄造(包括金屬模鑄造,、翻砂鑄造),,它的充型壓強(qiáng)是:金屬湯料的比重×入水口高度差;差壓鑄造,,它的充型壓強(qiáng)是:型腔內(nèi)與型腔外的壓強(qiáng)差±金屬湯料的比重×入水口高度差,。低壓鑄造的實(shí)質(zhì)就是差壓鑄造,只是它的充型壓強(qiáng)肯定是:充型比壓 - 金屬湯料的比重×入水口高度差,;真空吸鑄,,它的充型壓強(qiáng)是:金屬湯料的比重×入水口高度差鑄 - 1個(gè)大氣壓(0.1MPa),;普通壓鑄, 它的充型壓強(qiáng)是:充型比壓 - 金屬湯料的比重×入水口高度差。
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從上面的公式也可以看出,,差壓鑄造,、低壓鑄造與普通壓鑄,充型壓強(qiáng)的計(jì)算公式,,其代數(shù)意義是一樣的,。
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所以說,所有的鑄造工藝,,都可表達(dá)為充型壓強(qiáng)與充型速度的組合,。理論上說,如果某一鑄造裝置所實(shí)現(xiàn)的充型壓強(qiáng)是從零開始無級(jí)可調(diào),,工業(yè)上最大達(dá)到150 MPa的話,,那么這種裝置就可稱為全能的鑄造工藝裝備了。
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3.2壓鑄機(jī)是一種全能的或廣義的鑄造工藝裝置
8 j3 e" G- o# J" @ 或許很多人都不知道,,僅就充型特性來說,,我們常見的普通壓鑄機(jī),就是一種全能的鑄造工藝裝置,。舉例說,,在壓鑄機(jī)上合格地生產(chǎn)出某些低壓鑄造件、重力鑄造件,、差壓鑄造件是完全可能的,。
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% Z# x ^5 Q, s3 a6 x- i; H 普通壓鑄機(jī),不但能生產(chǎn)需要高速度高壓強(qiáng)充型的薄壁復(fù)雜毛坯,,它也可以以低速低壓充型,,生產(chǎn)一些簡單的厚大件毛坯。后一項(xiàng)功能,,我們平時(shí)使用壓鑄機(jī)時(shí)用得很少,,以至大部分人都忘記了,還習(xí)以為常,,誤以為壓鑄機(jī)沒有這項(xiàng)功能,,未能善用其解決實(shí)際的工藝問題。
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3.2“壓鑄模鍛”是最廣義的連鑄連鍛技術(shù) ' P8 D8 p/ f& R+ E; g; w
如果說,,壓鑄機(jī)是一種廣義的鑄造工藝裝置,,那么,將壓鑄機(jī)與模鍛機(jī)結(jié)合起來,,它就不但是廣義的連鑄連鍛工藝裝置,,而且是一種最具工業(yè)經(jīng)濟(jì)性的全能的連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)。
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: D( ~) ~% a3 Q* k6 n 現(xiàn)代的壓鑄機(jī)多種多樣,,有臥式和立式,,有熱室式和冷室式,。所以,現(xiàn)代的連鑄連鍛裝備——壓鑄模鍛機(jī),,也具有上述四種主體形式,。 4 Q. X0 B. ~+ C9 F
5 d7 q1 o: {5 b9 b8 M7 O- [ 4. 現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)的再進(jìn)步
2 @# U5 p1 Y, i/ b ] 如果說,壓鑄模鍛作為一項(xiàng)原理性技術(shù)的出現(xiàn),,使連鑄連鍛技術(shù)獲得了突破性進(jìn)步的話,,那么,壓鑄技術(shù)與多向模鍛技術(shù)的結(jié)合,,就使連鑄連鍛技術(shù)再上了一個(gè)新臺(tái)階,。
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; v, `/ Y+ ]7 h, B 多向壓鑄模鍛技術(shù),是解決更復(fù)雜鍛件的生產(chǎn)而派生出來的,。厚壁的柴油機(jī)鋁活塞毛坯生產(chǎn),,需要對(duì)向壓鑄模鍛機(jī)生產(chǎn);轎車鋁輪轂的生產(chǎn),,最好采用具有“對(duì)向三鍛壓”功能的壓鑄模鍛機(jī),;而更復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯生產(chǎn),就需要多向壓鑄模鍛機(jī)才能對(duì)付得了,。
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5.不同始鑄溫度材料(包括鋅合金,、鋁合金、鎂合金,、銅合金、黑色金屬,、不銹鋼)的連鑄連鍛生產(chǎn) & Y6 B# r+ x. t) c/ t* C1 _) m
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連鑄連鍛機(jī)是一種成形設(shè)備,,功能上并不因所生產(chǎn)的毛坯所用的材料有關(guān)。也就是說,,生產(chǎn)不同材質(zhì)的毛坯,,只是其始鑄溫度不同,在其后的充型與模鍛階段,,盡管工藝參數(shù)不同,,但其工藝(工步)過程卻是一樣的,對(duì)設(shè)備應(yīng)具備的功能要求也相同,。 4 B+ \* h/ d9 _" z4 Q6 h8 G1 k8 S
! w! Q0 T L5 u2 O% _4 Z 5.1鋁合金及其它低溫合金的連鑄連鍛生產(chǎn) 7 T7 R# u2 R5 u' s6 W0 ^8 e# ~
鋁合金及其它低溫合金(鋅合金,、錫合金)的連鑄連鍛生產(chǎn),可采用冷室式和熱室式連鑄連鍛機(jī)生產(chǎn),。
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鋁合金用熱室式壓鑄模鍛機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)時(shí)并不困難,,不要因?yàn)榭吹戒X合金的熱室壓鑄工藝少見,就認(rèn)為工藝技術(shù)還不過關(guān)或不夠成熟,。 4 E7 @) k P. _) g- p8 h
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熱室式工藝的生產(chǎn)效率比冷室式高,,沒有大量的余料(水口),,生產(chǎn)成本要比冷室式低。所以,,對(duì)于鋅基,、錫基合金等,都普遍采用了這種工藝,。鋁合金采用熱室式充型,,壓室只需更換可長期承受更高溫度(攝氏700以下)更耐腐蝕的材料就可以了。
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# u! l$ H5 k" E9 }; [ 5.2銅合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
' m( S! A c( {+ \ 銅合金的連鑄連鍛生產(chǎn)建議用冷室式壓鑄模鍛機(jī)生產(chǎn),。由于冷室式壓鑄工藝(主要是耐高溫模具材料)已相當(dāng)成熟,,能承受攝氏1100度的壓鑄模具材料,同樣適用于壓鑄模鍛的模具制造上,,壓鑄模鍛模具的壽命與壓鑄模相近,。 / f+ R4 j7 X. u
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5.3不銹鋼與黑色金屬的連鑄連鍛生產(chǎn) 1 S# b5 @1 q0 \ f% ]6 X. ]. k
從經(jīng)濟(jì)角度上說,不銹鋼比鋼材等其它黑色金屬的連鑄連鍛生產(chǎn)具有極好的效益,,但制約兩者的,,是同一個(gè)問題,是相同的技術(shù)難度,。 ' @1 h6 X8 p/ }; F$ G+ O: P4 W, W
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不銹鋼與其它黑色金屬的始鑄溫度大致相同,,采用什么樣的耐高溫模具材料,是其連鑄連鍛生產(chǎn)的最難點(diǎn),。非金屬陶瓷復(fù)合材料的出現(xiàn)和應(yīng)用,,應(yīng)能解決這個(gè)問題。在具體的細(xì)節(jié)上,,降低充型速度,,以減少熱沖擊,模具涂料的改進(jìn),,選擇適當(dāng)?shù)氖煎憸囟群褪煎憰r(shí)間等,,都對(duì)提高模具壽命有極大的幫助。
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其中,,大膽采用不需制備的半固態(tài)槳料充型,,以顯著降低充型溫度,是一個(gè)很值得走的方向,。值得說明的是,,在連鑄連鍛工藝上,半固態(tài)槳料并不需制備,,因?yàn)槊鲀?nèi)部晶粒,,最終由鍛壓工步實(shí)現(xiàn)破碎,不會(huì)產(chǎn)生枝晶體,;還有一個(gè)有利因素是,,連鑄連鍛工藝并不要求充型的百分百,,因?yàn)樵谀e懙墓げ竭有一個(gè)二次成形過程。某些簡單的毛坯,,充型滿足率達(dá)到八成也可能足夠了,。連鑄連鍛的這兩項(xiàng)工藝特性,在不銹鋼與黑色金屬的連鑄連鍛生產(chǎn)上應(yīng)更好的加以利用,。 # m% C$ L/ I2 K: Z
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5.4鎂合金與其它需熔煉保護(hù)合金的連鑄連鍛生產(chǎn) , }- ~4 O1 G" V: F* z
5.4.1鎂合金連鑄連鍛生產(chǎn)的基本形式 3 d, q% o% A, X9 Y4 ?
由于鎂合金的熔點(diǎn)與鋁合金相近,,鎂合金連鑄連鍛生產(chǎn)的裝備與鋁合金一樣,所不同的是它在熔煉與給料過程,,需要防氧化保護(hù),。 / l& H: W) u4 A- |
( z/ S& N) u w p 鋁合金連鑄連鍛生產(chǎn)可以是熱室式,也可以是冷室式,,似乎冷室式我們更樂意采用,。但由于鎂合金在熔煉與給料過程,需要防氧化保護(hù),,就工藝實(shí)施的難易程度看,,熱室式鎂合金連鑄連鍛工藝顯然比冷室式更簡單可靠,工藝系統(tǒng)也比冷室式成本低,。因此,,在一般情況下,應(yīng)加快發(fā)展熱室式鎂合金壓鑄模鍛機(jī),,大膽應(yīng)用熱室式鎂合金壓鑄模鍛工藝,。
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6 A2 G# h, o$ H) u/ o; S$ F 5.4.2非保護(hù)正常氣氛(在大氣下無保護(hù)氣氛)鎂合金的連鑄連鍛生產(chǎn) 1 Z% g& a/ D8 [$ R; k9 l# g
( m1 g6 a4 i4 a* U! B) G/ s r g( K 實(shí)現(xiàn)非保護(hù)正常氣氛鎂合金的連鑄連鍛生產(chǎn),它的前提是阻燃鎂合金的使用,,所以,,其實(shí)質(zhì)就是阻燃鎂合金鑄鍛件的生產(chǎn)。
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現(xiàn)時(shí),,阻燃鎂合金在功能上與普通鎂合金是一樣的,如果客戶沒有對(duì)鎂合金品種提出要求,,建議我們都使用阻燃鎂合金,,運(yùn)用連鑄連鍛工藝生產(chǎn),并作為新上鎂合金鑄鍛件項(xiàng)目推薦的最優(yōu)選工藝,。 0 a6 N, j R: r2 s2 K
9 g i7 r) F( Y& N0 [# w! m 材料方面,,我國已有達(dá)到國際先進(jìn)水平的阻燃鎂合金研制成果,并獲2003年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),。這種鎂合金的燃點(diǎn)溫度從熔點(diǎn)以下的520℃ (AZ91D鎂合金的燃點(diǎn)是510℃)提高到高于熔煉溫度(760℃),,實(shí)現(xiàn)了鎂合金在大氣下的無保護(hù)熔煉與鑄鍛生產(chǎn)。 ) A) B0 D7 I) V- M6 }
1 J; ?2 g: Y7 f8 p 設(shè)備方面,,可選用現(xiàn)時(shí)所有的普通擠壓壓鑄模鍛機(jī)作配套生產(chǎn),,也就是說,,生產(chǎn)鎂合金連鑄連鍛件的裝備與生產(chǎn)鋁合金擠壓壓鑄模鍛機(jī)是完全一樣的。
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5.4.1阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛生產(chǎn) & @6 k T9 j( R1 X; f% k
5 \4 W+ |* ^" C; { 擠壓壓鑄模鍛的另一個(gè)工藝優(yōu)勢(shì)可在阻燃鎂合金鑄鍛件生產(chǎn)時(shí)充分發(fā)揮出來,,這就是能夠采用鎂合金的半固態(tài)連鑄連鍛工藝,。 " v% I4 n' X- |2 B3 I' J
8 w( u( h, ^. p. t4 z& K8 g4 M* O# I 運(yùn)用阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛工藝生產(chǎn)的目的,就是為了使最大部分的普通鎂合金(而不是特制的幾種阻燃鎂合金),,都能實(shí)現(xiàn)無保護(hù)氣氛的正常壓鑄與鑄鍛生產(chǎn),。
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/ k) C0 d& x9 f& l) y 鎂合金的熔點(diǎn)是650°C,其半固態(tài)溫區(qū)寬,,是一種理想的半固態(tài)射注成型金屬,。采用鎂合金的半固態(tài)擠壓壓鑄模鍛工藝,可將鎂合金的始鑄溫度從原來的760℃,,降到合金熔融狀態(tài)的560~630℃,。 * w: j$ l2 B8 T) E% x5 }
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很多普通鎂合金經(jīng)簡單的阻燃合金化后,燃點(diǎn)都能高于560~630℃這個(gè)溫度,,這就使鎂合金在大氣下的無保護(hù)熔煉與鑄鍛生產(chǎn)具有普遍性,,不再局限于現(xiàn)時(shí)研制出來的少數(shù)幾個(gè)牌號(hào)。 " x4 @7 O8 c% k9 n
4 \1 @9 g' |8 Y8 [8 |; ?阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛工藝,,是一個(gè)很有工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的技術(shù),,它可以將鎂合金的壓鑄與鑄鍛件車間生產(chǎn)成本與生產(chǎn)工藝技術(shù)難度,降到與鋁合金一樣低,!
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* v V$ v4 o" V0 E 6.結(jié)語
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連鑄連鍛工藝有很多的表現(xiàn)形式,,擠壓壓鑄模鍛機(jī)只是連鑄連鍛工藝表達(dá)裝備的一種。
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換言之,,擠壓壓鑄模鍛機(jī)的本質(zhì)也是一種連鑄連鍛設(shè)備,,它的最大優(yōu)勢(shì)是能與壓鑄機(jī)完全兼容,既可生產(chǎn)普通壓鑄件,,也可生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的液態(tài)模鍛件,、低壓鑄造件,以及運(yùn)用半固態(tài)加工工藝,,在大氣下無保護(hù)就能生產(chǎn)最普通的阻燃鎂合金件,。所生產(chǎn)出來的各種鑄鍛件毛坯,內(nèi)部均為破碎晶粒,、鍛態(tài)組織,。 . T: B. ?+ o8 \( X! `5 l( ^
& m+ k6 L s$ V4 H' f2 M( o, M 所以,在同等投資與新上項(xiàng)目的一般情況下,,我們都建議選擇普通擠壓壓鑄模鍛機(jī),,并特別希望,注意大膽運(yùn)用半固態(tài)連鑄連鍛加工工藝,一方面可生產(chǎn)各種高熔點(diǎn)合金(如銅合金,、黑色金屬,、不銹鋼),以大幅度降低這種合金的始鑄溫度,,降低高溫熔體對(duì)模具型腔的熱沖擊,,提高模具壽命;另一方面,,使各種牌號(hào)鎂合金,,通過最普通的阻燃合金化處理后,就能在大氣環(huán)境下無保護(hù)的正常鑄鍛生產(chǎn),,使鎂合金生產(chǎn)的技術(shù)與裝備門檻,,降到與普通鋁合金鑄鍛生產(chǎn)完全一樣。 " B) O2 e& V" N* @2 ]9 p! I
" ]/ K$ ~) D% e+ T" U我國發(fā)明的現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)——擠壓壓鑄模鍛技術(shù),,不但具有原創(chuàng)性,,并具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),達(dá)到世界最先進(jìn)水平,。 ) ~8 }2 `7 `3 A( O
2 M1 e" u) q, }2 H4 [連鑄連鍛—— 一項(xiàng)萬水朝宗的技術(shù),! |