研磨資料

彈簧表面處理新技術 -東星振動研磨機械

現模模具是工業生產的主要工藝裝備。現代工業產品的發展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業的發展水平。第二次世界大戰以來，自動化程度的提高使國外模具迅速發展。我國雖是模具生產大國,卻過不是模具製造強國。對與于模具相配的彈簧，此細節卻也是成就品質的關鍵。影響整套模具的使用性能。

　　彈簧表面採用各種漆層來代作識別，如輕小荷重用黃色漆表示;輕荷重用藍色漆表示;中荷重用紅色漆表示;極重荷重用咖啡色漆表示;

　　性能分析:好的漆層來配套彈簧表面處理，可謂一舉兩得，用顏色來標識各種技術參數，方便工業生產操作，而且使彈簧表面的防腐性能得以更好的保証。

　　目前成功使用上述方式的主要廠家為國外廠家多，如日本東發公司等。

　　在國內，此還只有小部分廠家效訪，目前主要是一些固定的技術要求，如採用進口材料而達到國外水平外，但整個彈簧表面處理效果卻明顯存在差距。

　　國內一般用人工噴漆，外觀會出現流挂、漏噴、結合不好，防鏽能力差。本身的工藝侷限性造成大量的產品要脫漆返工。

　　國外採用的是電泳漆，在水溶性的漆槽內，把工件做陰極，施加一定的電壓和時間，便可在彈簧的所有表面形成厚度均勻的漆層，然後清洗烘乾便可。其外觀清潔光亮，無顆粒，無露底現象，結合力好不易脫落，硬度好有3-4H，如果採用英國LVH公司聚氨酯陰極電泳漆，則其柔軟性相當好。操作環境無濃的溶劑味，對空氣污染少，廢水處理排放流程簡易，只要調節PH沉降電泳漆的樹脂，然後排放清水。

　　我們為國內一廠家設計工藝流程:成形彈簧→噴丸→→上挂具→碱性除油→雙水洗→(微酸1%中和)磷化→雙水洗→雙去離子水洗→陰極系統聚氨酯彩色電泳漆→回收→雙水洗→助洗→烘烤固化→下挂具。

　　結果:

　　噴丸的粒子會夾在彈簧的兩頭的縫隙內。

　　噴丸導致粗糙表面，漆層也要相應地加厚，纔有光亮平整外觀，有10-20微米厚，這樣又導致彈簧的可收縮厚度變小。

　　磷化會導致氫脆，減少彈簧的使用壽命。

　　改進流程:成形彈簧→碱液光飾除油→離心摔水→上挂→碱性除油→雙水洗→(微酸中和1%)磷化→雙水洗→雙去離子水洗→陰極系統聚氨酯彩色電泳漆→回收→雙水洗→助洗→烘烤固化→下挂具。

　　分析:

　　光飾(整)工藝是將彈簧直接放入傾斜離心式或者螺旋振動式、渦流式等系列的光飾機中，並加入適量的研磨料、研磨劑和水，進行光整加工。光飾后的表面比噴丸的表面更光潔。

　　而且減少傳統工藝如如去油、清洗、酸洗、磷化、去氫等，生產工序簡化，彈簧在生產過程的鏽蝕機會少，不用酸洗。在表面上漆的厚度就可控制在10微米左右。

　　筆者採用浩金精細化工(上海)有限公司的吉利隆陰極電泳漆作實驗。其各方面性能較佳且塗覆率:當塗層為10微米時，每公斤漆可塗覆45-50個平方米。鹽霧測試:500-1000H。

　　但減去噴丸工序可能會使彈簧本身的強度降低，最好是根據不同彈簧規格，如間隙的大小，選擇合適直徑大小的鋼丸，避免鋼丸夾于彈簧縫隙。

　　不合格的漆層退除方法:

　　目前有的工廠採用油燒漆層，然後再用噴丸清潔表面，但操作過程造污染相當大，而且人工操作過程中易出現火情。

　　用濃硫酸碳化漆漆層，但強酸本身會導致氫脆，不適用彈簧。

　　採用KRT脫漆劑，用溶漲方法，剝離漆層，不傷彈簧基體，操作簡單，是比較先進的方法，但使用商品的脫漆劑可能會導致成本上升，但如果減免了報廢率，總體成本倒不會上升。

粉末冶金技術
　　2003年全球粉末貨運總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區18%。鐵粉占整個粉末總量的90%以上。從2001年起，世界鐵粉市場持續增長，4年時間增加了近20%。

　　汽車行業仍然是粉末冶金工業發展的最大動力和最大用戶。一方面汽車的產量在不斷增加，另一方麵粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤。中國由於汽車工業的高速發展，擁有巨大的粉末冶金零部件市場前景，已經成為眾多國際粉末冶金企業關注的焦點。

　　粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應用於發動機、傳送系統、ABS系統、點火裝置等。汽車發展的兩大趨勢分別為降低能耗和環保；主要技術手段則是採用先進發動機系統和輕量化。

　　歐洲對汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場。在目前的發動機工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優勢和成本優勢。

　　工具材料是粉末冶金工業另一類重要產品，其中特別重要的是硬質合金。目前製造業的發展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應性（Adaptivity）和可預測性（Anticipativity）。這要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的範圍擴大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環境影響要減到最小，干式加工比例更大。這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發展。硬質合金的晶粒（＜200nm＝和超粗晶粒（＞6um）；塗層技術發展很快，CVD、PVD、PCVD技術日益完善，塗層種類也很多，從常用的CVDTiCN/Al2O3/TiN到CVDPCBN（聚晶立方BN）以及PVDTiAIN，Al2O3，cBN（立方BN）和SiMAlON等，滿足加工場合的需要。

　　信息行業的發展也為粉末冶金工業提供了新的契機。日本電子行業用的粉末冶金產品已經達到了每年4.3美元，其中熱沉材料占23%，發光與點極材料占30%。前者主要包括散熱材料，如Si/SiC，Cu-Mo，Cu-W，Al-SiC，AlN以及Cu/金剛石等材料；後者則主要包括鎢、鉬材料。

　　粉末注射成型

　　粉末注射成形仍然是當前研究的熱點之一。粉末注射成形的材料已經從早期的鐵基、硬質合金、陶瓷等對雜質含量不敏感，性能要求不是非常苛刻的體系，發展到了鎳基高溫合金、鈦合金和鈮材料。材料應用領域也從結構材料向功能材料發展、如熱沉材料、磁性材料和形狀記憶合金。材料結構也從單一均勻結構向復合結構發展。金屬工注射成形技術可實現多種不同成分的粉末同時成形，因而能夠得到具有三明治形式的復合結構。例如將316L不鏽綱和17-4PH合金復合，能夠實現力學性能的連續可調。粉末注射成形的一個重要發展方向與與微系統技術密切相關。在與微系統技術密切相關。在與微系統相關的領域中，如電子信息、微化學、器械等，器件不斷小型化，功能更加復合化。而粉末注射成形技術提供了實現的可能。微注射成形技術是對傳統注射成形技術的改進。它是針對零件尺寸結構小到1um所開發的成形技術，基本工藝與傳統注射成形一致，但原料粉末粒度更小。採用微注射成形技術已經開發出了表面微結構精度10um的微流體裝置，尺寸為350um~900um的不鏽鋼零件；實現了不同材料成分、復合結構的共燒結或共連接，獲得了磁性/非磁性、導體/非導體微型復合零件。

　　粉末制備技術

　　粉末霧化一直是高性能粉末的制備技術。熱氣流霧化技術能夠延長金屬液滴在液相狀態的時間，使粉末可以經過二次破碎（霧化），因而大大提高了霧化的效率，所得到的粉末粒度更為細小。ASL公司的研究結果表明，若將氣體溫度提高到330℃。制備相同粒度粉末所需的氣體消耗量減少30%，其經濟分析和工程化問題研究說明該技術是完全可行的。粉末霧化方面的技術有很大的改進。例如，採用一種新型自由裸體式氣體霧化，能夠得到更細的工具鋼粉末，顆粒中碳化物的分布更均勻、缺陷更少。美國赫格拉斯公司將先進的鍊鋼技術用於粉末生產中，融合了電弧煉爐（EAF）技術、氬氧脫碳技術（ADO）、高性能霧化技術和氫退火技術，大大改善了粉末質量、粉末壓坯密度和強度得到了提高。在活性粉末霧化方面，為了減少熔煉過程熔體與坩堝的反應，德國開發了電極感應熔鍊氣霧化（EIGA）技術，可制備高活性的鈦、鋯以及TiAl金屬間化合物粉末。機械合金化仍然是研究的熱門，但大多數是實驗室工作。值得一提的是德國Zoz公司才用自己開發的高能球磨設備研磨電弧熔煉爐的爐渣，然後經過濕法冶金回收金屬，這一技術既改善了環境，有開拓了巨大的市場。

　　粉末壓制技術

　　傳統粉末壓制技術在很大程度上依賴於設備的改良和過程的優化。几家知名的壓機生產商均推出了精度控制更准、自動化程度更高的新型號。

　　粉末燒結理論與技術

　　微波燒結作為一種新的快速燒結技術，已經完全適用於金屬粉末材料，如粉末鋼、硬質合金、有色金屬等。微波燒結的工業化也許指日可待因為不管是設備和技術的成熟度，還是批量化生產能力都沒有太大問題而主要障礙是生產商的接受程度和風險度。

　　放電等離子燒結（SPS）的研究也不少，材料體系也從陶瓷擴展到了金屬材料，特別是一些超細晶材料，如鋁合金、鎂合金和自潤滑鐵基材料等。但是由於其單件生產的特點，該方法恐怕只能用來作一些基礎研究。

　　噴射沉積在制備大型、細晶材料方面非常有優勢。該技術最初主要生產鋁合金和鋁硅合金。隨著熔煉技術的提高，噴射沉積已可用來制備工具鋼和高溫合金。德國不來梅大學報導採用噴射沉積制備出了單件質量超過100公斤，內徑40mm，外徑500mm，寬100mm的高溫合金環。

　　快速成形技術近年來引起了很多學者的關注。在粉末冶金領域應用最多的是直接金屬激光燒結。目前該技術已用於鋼鐵粉末和鈦合金粉末等。另一種金屬快速成形方法是三維印刷。該方法非常方便用於各種不同成分合金按照不同結構需要進行三維微觀堆積，目前尚處於概念階段。但該技術已用來制備了一些由金屬+粘結劑組成的結構，以及梯度功能材料。

　　金屬粉末多孔材料

　　金屬粉末多孔材料的應用非常廣氾，如輕質結構材料、高溫過濾裝置、分離膜等。目前最大的市場可能是柴油發動機的煙塵過濾裝置。德國的Fraunhofer研究所開發了一種金屬空心球制備技術，在聚合物基體上塗覆金屬粉末料漿，然後通過脫塗聚合物基體和粘結劑，最後燒結成各種具有空心結構的金屬球體。球體的直徑可叢1mm至8mm。所制備的鋼空心球的密度僅0.3g/cm3。

　　硬質合金

　　納米晶和梯度結構是硬質合金的兩個重點方向。納米晶材料方麵包括晶粒長大控制和納米粉末制備。梯度結構合金方麵包括工藝與結構的關係。將納米晶和梯度結構結合起來可能是一個很好的方向，能夠在更微觀層次上實現性能的可調。硬質合金的硬度高，可加工性差，因此採用注射成形制備複雜形狀中小型零件是發展趨勢，但是其商用化仍然受技術成熟度的控制。硬質合金其他方面的工作包括天家稀土及合金元素、斷裂韌性和可靠性表征等。

　　粉末輕金屬合金

　　汽車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應用前景。粉末鋁合金在汽車上可應用的部位非常多，但Al-Si合金由於高比強度、高比剛度、低熱膨脹係數和耐磨性好，有可能率先在油泵齒輪方面大規模應用。從工業化角度來看，對粉末冶金鋁合金制備過程的優化研究更為重要。鋁合金的另一個研究熱點是復合材料，包括傳統的Al/SiC，Al/C，Al/BN，Al/Ti（C，N）以及新出現的納米碳管增強鋁合金。高強粉末鋁合金與快速凝固技術密切相關。通過成分設計，在純鋁基體中加入金屬間化合物行成組元，可以制備高強度、高韌性、高熱穩定性兼顧的鋁合金。該材料的室溫強度大於600Mpa，延伸率超過10%，在400℃還有很好的熱穩定，疲勞極限是鍛造鋁合金的2倍。

　　鎂合金的密度更小，其應用前景可能更好，但目前仍處於研究狀態。採用快速凝固方法也是制備高性能粉末鎂合金的重要手段。目前該技術在安全性方面已經沒有太大的問題，所制備出的材料性能也遠遠高于鑄造合金。

振動研磨生產操作規程

1.0目的：

規範振動研磨機的操作，保証產品質量。

2.0適用範圍

研磨車間

3.0設備及工具：

3.1振動研磨機

3.2分選機

3.3篩子

3.4水舀

3.5膠皮管

3.6紗網

3.7週轉箱

4.0主要內容

4.1振動研磨的操作

4.1.1依據任務單規定稱重分選后的磨料用手推車推至振磨機附近，將磨料裝入振磨機內，啟動振磨機，后打開水龍頭，放水沖洗磨料。

4.1.2將脫脂后的工件置於振磨機附近，啟動振磨機，依據工件的規格及工件類型首先要進行試磨。

工件裝

入振磨機以後打開水龍頭，隨時觀察工件有無磕碰及表面出現麻點等現象，若有異常應及時關閉振動研磨機水龍頭，上報車間主任或生產調度，若

振磨機振動10-15分鐘后確認無異常現象發生時再將其餘工件裝入振動研磨機

機內，填加工件時一定要均勻分撒且要避免磕碰。

4.1.3加入相應的研磨劑。

4.1.4每隔1小時加大水流沖洗一次，將研磨過程中產生的磨屑及污物沖洗乾淨，特殊產品需要用防鏽液沖洗，每隔30-60分鐘觀察工件的研磨狀況，如有異常現象出現應立即關閉振動研磨機。

4.1.5研磨至規定時間后，取出工件樣本檢測。

4.1.6研磨結束后，用水舀取或自出料口用紗網接取工件，舀取或接取工件時要小心操作，防止工件磕碰或灑落，需要依據不同規格進行不同方式的分選：1.用分選機分選2.用鐵板進行分選3.用篩子進行篩選4.人工挑選。一定要分選徹底，防止混片，分選后磨料要裝入指定的儲料箱內，

4.2精磨的操作

4.1需要精磨的工件按任務單規定進行精磨，首先檢查振動研磨機內有無工件或雜物，並清理乾淨。

4.2將精磨用的磨料裝入振動研磨機內，開啟振動研磨機，根據任務單將適量的工件放入精磨機內。精磨時應觀察是否有磕碰想象，並防止工件掉落在外面。

5.0注意事項：

5.1保証車間電器設備週圍環境的乾燥，以防短路。

5.2進出工件時，要輕拿輕放，以免磕碰。

5.3規格相近的工件同時進行振動研磨時，應在各自振動研磨機所在的區域範圍內操作。

5.4保持衛生，嚴防工件混亂。

5.5對於體積較大，容易磕邊，角度要求較松的工件可以先在砂帶機上進行倒角，然後再進入到振動研磨機內。

*振動研磨中研磨石的選用原則***

工件形狀磨具形狀尺寸磨具與工件比例磨具分類主要用途

圓弧面件球形、圓柱形、球的半徑應小於工件圓弧面半徑。
粗磨2:1--3:1
中精磨3:1--5:1 粗磨石磨削效率最高，可去工件粗毛刺、飛邊、氧化皮、鏽斑、紋痕等。

平面較多餐具、刀具球形、三角形、斜圓柱形、方形工件應大於磨具的一倍左右。
粗磨2:1--3:1
中精磨3:1--5:1 中磨石去除金屬、非金屬工件小毛刺、飛邊、細紋痕等，可加工粗拋后需中拋的工作

剛性較強件磨具形狀不限、磨具尺寸應大於工件、可提高磨削工效、便於分選。
粗磨2:1--3:1
中精磨4:1--6:1 細磨石主要用於粗拋磨及中拋磨后需精拋磨的工件和一次性精拋磨的表面光飾。

易變形性（薄片薄壁件、細長件）工件越小，選擇磨具尺寸就小，一般用球形、圓柱形、方形。
中磨2:1--3:1
精磨4:1-6:1 細磨石用於金屬、非金屬工件超精光飾加工

孔、帶槽件需穿孔槽件，磨具應小於孔的2/10-3/10，以防堵塞，表面拋光應大於孔槽的1/3-2/5，用球形、斜圓柱形、三角形
粗磨2:1--3:1
中精磨3:1--5:1 塑膠石用於軟質金屬、鋁、鋅、銅等合金件粗、中、精拋磨，達到光飾效果。

螺紋件磨具選擇球形、圓錐體形、以防碰傷螺紋及變形。 3:1--5:1 高鋁瓷魔石緻密、耐磨，用於各種工件的精拋加工，可提高表面光潔度和光亮度。

東星振動研磨機械廠
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壓鑄技術的現狀及展望

壓力鑄造自本世紀40 年代問世以來，作為一種金屬零件接近最後形狀尺寸的精密加工工藝，其發展方興未艾。在壓鑄設備及其控制、壓鑄工藝及壓鑄合金等方面不斷取得新的進展。同時市場需要大量生產複雜薄壁和美觀的金屬零件，滿足當今汽車工業、電子通訊和家用電器、玩具等產業對壓鑄件越來越高的要求。但由於壓鑄件一些固有的問題未得到徹底解決，合金的潛能未得到充分發揮。
當前廣東省乃至全國的壓鑄業，離國際先進水平尚有很大差距。自改革開放以來，從香港遷入廣東的與壓鑄有關的企業有几百家。所以，近十多年來，廣東壓鑄業得到飛速的發展[1 ] 。據不完全統計，全省有一定規模的壓鑄廠家超過600 家，年產壓鑄件3 000～5 000 t 的廠家有8 家以上，1 000～3 000 t 的廠家有10 多家，500～1 000 t 的有几十家。年產鋅合金壓鑄件接近10 萬t ，鋁合金壓鑄件約4 萬t 。全省擁有壓鑄機約2 000 多台，最大的是21 000 kN 合模力的意大利壓鑄機。全省有壓鑄機製造廠7 家，壓鑄週邊設備生產廠有10 多家。年產壓鑄機約600 台，絕大部分為熱室機。主要存在下述幾個問題:壓鑄設備以小型為主，控制系統都比較落後；壓鑄件以鋅合金為主，多為家電、玩具等非受力零件，汽車、摩托車等零件比重還比較少；模具製造是個薄弱環節，模具廠家不少，但多是小規模的，設備比較落後，生產週期長，只有個別模具廠開始實施CAD/ CAM 技術。要使我國的壓鑄行業達到世界先進水平，還有一段相當長的路要走。必須推行壓鑄技術創新工程；開發新的壓射系統和控制系統；提高壓鑄件的內在質量；發展新的壓鑄技術；研究新的壓鑄合金材料；實行現代化管理。

1 開發壓鑄控制系統

壓力鑄造是使金屬液在高壓條件下以極高速度充填型腔的過程，是一個複雜的動態熱力學過程。一方面，壓鑄可以生產出複雜薄壁、表面美觀和高精度的金屬鑄件。而另一方面，一般壓鑄過程難于達到層流充填狀態而捲入氣體和夾雜物，得不到緻密、可熱處理的工件，影響了它的力學性能。如果用降低充填速度這種手段來改善金屬液的充填狀態，又勢必犧牲上述壓鑄生產所帶來的優勢，且對複雜薄壁零件不一定有效。而生產高質量、無氣孔的薄壁壓鑄件卻又是我們追求的目標，這是壓鑄工藝其他工藝競爭時賴以取勝的籌碼之一。為了提高競爭力，薄壁這個指標也在不斷推高，它是一個非常柔性的指標。如50 年代汽車工業的薄壁車身是2 mm ，現在已是0. 7 mm ，到2000 年將是0. 5 mm。鋅壓鑄件所指薄壁，60 年代為2 mm ，70 年代為1 mm ，80 年代為0. 7 mm ，90 年代為0. 3～0. 5 mm。鋁壓鑄件有類似的發展，90 年代為0. 5～1 mm。緻密薄壁鑄件是以足夠的金屬壓力和短的充填時間為條件的，也就是在一個極短的時間內以高的內澆口流速和足夠的金屬壓力進行充填。這就要求壓鑄機在既能產生高的壓射速度的同時又能產生高的金屬壓力。即根據鑄件工藝要求，壓鑄機要能提供一定的壓射能量，以便能夠實現高能充型。要得到0. 75 mm 以下壁厚的緻密鑄件，就需要壓射能量在550 kW·h 以上的壓鑄機。高能充型還能調節各種工藝參數，得到高質量的壓鑄件。高能充型是壓鑄機壓射系統的發展方向。一台壓鑄機要達到高的充型能量，就要儘量減少各種摩擦阻力和局部阻力以及慣性力所造成的能量損失———壓力降。

壓鑄機的先進性主要體現在生產過程中的穩定性和可再現性，即每次壓射盡可能接近預先設定的理想的壓射曲線。但在壓鑄過程中存在很多變量影響壓鑄過程的穩定性[2 ] 。壓鑄機和模具的工作狀態、儲能器壓力等靜態因素在工藝設備選定之後是不可改變的。而一些動態因素和人為因素所引起的變量(如每次壓射的金屬量及其溫度、模具溫度、液壓油粘度、塗料的噴塗質量、人為設定的參數等等) 必須通過壓射控制系統進行修正。一次壓射時間平均需20～80 ms ，薄壁鋁合金或鎂合金件要求的充填時間更短，為5～12 ms[3 ] ，壓射控制系統必須能夠以只相當于一次壓射所用時間的10 %左右，即2～8 ms 的響應時間來控制壓射曲線。這對電子線路系統就提出了嚴峻的要求，即電子線路控制系統必須在幾微秒內作出反應。可再現性要求高，就要安裝金屬前沿傳感器[4 ] 。在金屬液封住傳感器時，金屬液的前沿被精確地辨認出，信息反饋到電子控制設備，電子儀器重新計算，可以得到穩定的最佳壓射曲線。先進的傳感器的發展推動著壓鑄機及壓鑄工藝的發展。壓鑄件的組織和性能取決于壓鑄型腔內及其鄰近區域的熱物理條件，所以發展靠近型腔的熱探測器和傳感器有重要意義。

2 發展新的壓鑄技術

半固態合金壓鑄

半固態合金同全液態和全固態合金相比，其物理性能有兩個特點。一是這種半固態合金的固態組分超過50 %之後，隨著固態組分的增加，其粘度急劇增加。而對未經攪拌的合金來說，固態組分超過15 %左右之後，其粘度就隨固態組分的增加而急劇增加。二是這種受激烈攪拌的合金具有攪溶性。正是由於這種受激烈攪拌的半固態合金具有這種特殊的物理性能，所以它的鑄造性能優良，在固態組分比較高的情況下，它的流動性還相當好，比起全液態合金並沒有嚴重下降。另外，補縮性能也比較好，一方面其本身收縮量已減少，另一方面還可通過液2固兩相同時流動而補縮。又由於這種合金具有攪溶性，因此用於成型時受到很大剪切作用的壓鑄和擠壓工藝是比較合適的。比起全液態合金，半固態壓鑄更有其獨特之處。

一是全液態合金操作起來很不方便，這對改善工作條件和提高機械化和自動化程度都是個障礙，而半固態合金只是在成型時才表現出象流體一樣的特性，在成型之前可以象固態一樣搬運，這對組織高度機械化和自動化生產非常有利。二是半固態合金壓鑄時，鑄型受熱狀態得到很大改善。一個原因是合金本身的溫度降低了，所含熱量已較少，半固態金屬從壓鑄到完全凝固所需要散出的熱量僅為過熱狀態金屬的一半左右。另一個原因是半固態合金進入型腔的模式不同，不流淌，紊流程度又低，基本上可達到全壁厚充填，對鑄型的熱衝擊很低，鑄型壽命得到提高。因此，半固態壓鑄對高熔點合金很有應用前景。半固態合金也為以鑄造方法製造金屬基復合材料提供了有利條件。在半固態合金受激烈攪拌時加入非包覆非金屬顆粒以制備復合材料是一種比較簡便的方法。由於半固態合金存在固態初晶，可以防止非金屬顆粒的浮沉或凝聚，分布比較均勻。另外，非金屬顆粒受到激烈攪拌、摩擦，表面得到活化，使其和基體合金結合緊密。

儘管半固態合金鑄造的概念在70 年代初就為M.C. Flemings 等人所提出[5 ] ，但到目前為止半固態合金漿料如何有效地制取並進行成型還是個問題[6 ，7 ] 。應用起來受到限制，材料選擇受到限制，對工藝規範要求十分嚴格。特別是固、液相分數要精確控制，其偏差要求在±3 %的範圍內。為了達到半固態壓鑄的工藝要求，工藝裝備設計是個關鍵。H. Peng 等[6 ]提出了流變成型工藝(Rheomolding) ，原理是將液態金屬送入特殊設計的壓射成型機筒中，由旋轉的螺旋裝置施加剪切而使之冷卻成為半固態漿料，達到工藝要求后進行壓鑄成型，一台機器完成兩個工序(生產漿料和壓鑄) 。溫度控制是個關鍵。N. Bradley 等人[8 ] 提出了觸變成型工藝(Thixomolding) ，它是將固態鎂金屬粒或碎屑送入螺旋壓射成型機中，在加熱和受剪切的情況下，金屬變成漿料並壓鑄成型。該工藝多了一個切碎工序。

新的噴塗技術

脫模劑的噴塗與壓鑄件質量關係很大。脫模劑從噴射裝置噴出時如果是非霧化的或非均勻分散的，凝聚的液體要求更長時間的汽化，當這一過程未完成就合模並強行將金屬液壓入，將加速潤滑劑的汽化和形成更高的蒸氣壓，這往往是造成鑄件疏鬆的根源。水基塗料對工藝要求很高。對模溫有嚴格要求，有一個“潤濕溫度”。模溫低於此限，塗料才能成膜。成分不同，“潤濕溫度”不同。塗料膜的厚度也要嚴格控制，太厚時冷卻慢，容易形成氣孔，鑄件表面也易起皺；太薄時易裂，鑄件表面起痕跡。水基塗料噴塗時冒煙，不利於環保。

金屬液澆入壓室時往往出現局部凝固現象，形成彌散激冷組織，沖入型腔后會明顯降低鑄件的力學性能。往壓室噴塗液態塗料也不能徹底解決問題。為此，很多研究工作者都致力于開發固體潤滑劑或半永久性塗料。目標是提高鑄型壽命，防止焊合，提高鑄件質量，改善環境條件。

3 發展新的壓鑄合金材料

金屬基復合材料(MMCs)

汽車的輕量化、降低油耗和排放以及提高性能以保証質量與安全是當今汽車工業發展的主要方向。在新材料中，金屬基復合材料由於具有高的比強度、比模量、耐磨和減摩性能，熱強性和低的熱膨脹係數，可望在今後汽車工業的發展中有重要的地位。特別是用鑄造工藝製造金屬基復合材料零件有一定優勢。工藝比較簡單，成本低，應用上的侷限性小。已經做了很多開發研究工作。據David Weiss 等人報道，SiC 顆粒增強的鋁基復合材料壓鑄比較成功，充填性有時比一般鋁合金還好，表面質量令人滿意。所用工模具和一般鋁合金壓鑄的一樣。鋅鋁合金基復合材料用於耐磨減摩材料有很好的前景。以ZA227 合金為基體，在熔融狀態下與石墨復合成均勻漿料，經擠壓鑄造成型。微觀結構表明，金屬2石墨界面結合良好，石墨分布均勻。這種材料在石墨質量分數低於5 %時的承載能力比青銅ZQSn62623 的高。線膨脹係數下降10 %以上。減摩性、耐磨性和相對抗咬合性都遠比基體合金ZA227 的好。
高鋁鋅基合金( ZA) [ 13]

從1979 年開始，高鋁鋅基合金壓鑄就成了ZA 合金技術一個最具活力的方面。ZA 合金壓鑄為設計高強、耐磨和輕質鑄件以代替較重材料和成本較高的製造方法提供了唯一的機會。 ZA 類合金最突出的特點就是高的強度和優良的摩擦學特性。高鋁鋅基合金的抗拉強度比鋁合金380 約高20 %～35 % ，比鎂合金AZ91 高50 %～70 %。壓鑄ZA28 的抗拉強度約為394 MPa ， ZA212 為422 MPa ， ZA227 為450MPa 。最新研究表明，薄壁壓鑄件的強度值比上述的還要高。所以ZA227 壓鑄件的比強度接近380 合金。在汽車工業有很大競爭力。

ZA 合金特別是ZA227 具有很高的耐磨性能，優于傳統的耐磨合金材料錫青銅和鋁青銅。其壓鑄件可以用於越野車絞盤的傳動裝置和其他零件。 ZA 合金還有一個很大的優點是熔化溫度低，耗能低，約為鋁合金的1/ 3。 ZA 合金的工藝性好，充填性能甚佳，壓鑄件壁厚可到0. 5～1. 0 mm。可以滿足輕質鑄件要求。加工性能也十分優良，切削速度可以是鑄鐵的3～5 倍，刀具壽命得到延長。

4 提高對市場的快速反應能力，推行並行工程( CE) 和快速原型製造技術(RPM) [14 ，15]

並行工程

近十年來在技術上迅速取得的進展，足以使壓鑄工業發生革命性改變。這些最新技術包括:改進的傳感器和控制系統，更快速而可靠的計算機和軟件，廣域的三維(3D)計算機輔助設計(CAD) 和分析能力，改進的電子數據交換和接口技術，以及快速原型製造技術。使用這些技術的最大優點是信息量得到擴大和並行使用。在產品設計階段就同時進行工藝設計，考慮產品整個生產週期的所有因素，大大縮短了產品投放市場的時間。

4. 2 快速原型製造技術

所謂快速原型製造技術，簡單地說就是將要製作的零件的三維CAD 數據在計算機上作出水平環切的數據資料，用激光按這些數據資料對模型材料(如光硬化性樹脂) 進行逐層掃描和固化，掃描完了，層疊起來的最終產物就是所要求的模型。

快速原型製造法，如立體印刷(Stereolitho graphy) 和分層實體製造(Laminated Object Manufacturing) 已應用於很多產品。過去，多半用於設計製造檢驗工具，現在的發展是為製造工模具鋪路。這使開發新產品更為迅速。

目前壓鑄工業主要用快速原型製造技術為重力鑄造(如砂型鑄造或石膏型鑄造) 製造鑄模，再用此鑄模澆注出要開發的樣板壓鑄件。也可以用快速原型製造技術直接製造壓鑄模具。但要考慮的問題是公差精度問題。CNC 可生產高精度的壓鑄模具，但週期長成本高。也許鑄造模具可以達到接近最後形狀，然後經加工達到最後公差。用快速原型製造技術開發新的壓鑄模是有前景的。

5 開展CAD/ CAE/ CAM系統的研究與開發

90 年代出現了第三代液壓驅動的壓鑄機，具有更大的功率和速度，有更高的精度和可靠性，儘管如此，生產高質量無孔的薄壁壓鑄件仍然十分困難。原因是還缺乏準確地預測熔融金屬在型腔中的行為。

隨著計算機在壓鑄過程中應用的深度和廣度的不斷增加，壓鑄中出現的問題應該可以得到逐步解決。

計算機在壓鑄過程中的應用，曆史不長，但進展很快。起初只能進行壓鑄工藝參數的選擇，澆注系統的設計。後來可以對壓鑄件進行凝固模擬，顯示鑄型的溫度分布，預測縮孔的位置和應力分布等。不久又發展到充填模擬，預測澆不到、冷隔和其他與充填有關的缺陷。由於計算機模型的改進和計算機硬件性能的提高，使得充填和凝固模擬更為精確和快捷。不但可以設計壓鑄模，並能形成圖形和指令，輸出到數控機床進行模具加工，初步建立了CAD/ CAE/ CAM系統。

為了使模擬結果更接近壓鑄過程的實際情況，使加工出來的壓鑄模能一次試壓成功。還需做很多工作。一方面通過對壓鑄過程瞭解的逐步深化，帶入更多的與之有關的物理量到計算機模型中。如最近考慮的[16 ] ，在壓射過程中，熔體在流動時剪切應力不可逆地將機械能轉變為熱能而使粘度下降，對補縮有利。充填模擬也會由於考慮背壓對充填模式的影響而更為準確。為充填模擬提供更精確的物理邊界條件，根據壓鑄機的機械參數及特性進行壓射曲線的預測，以避免充填時壓射沖頭速度超過其臨界速度和內澆口流速超過其最大值。

另一方面，由於壓鑄過程是在高壓高速下進行的，靜態的和動態的影響因素很多，因此還需要進行大量的基礎理論工作，建立起精確的數學模型以描述這個複雜的壓鑄過程系統。

6 推行計算機集成製造系統(CIMS)

實施CIMS 工程就是借助計算機網絡、數據庫集成各部門產生的數據，綜合運用現代管理技術、製造技術、信息技術、系統工程技術，將企業生產全過程中有關人、技術、設備及經營、管理四要素及其信息流、物質流有機地集成，並實現企業整體優化，解決企業參與競爭所面臨的一系列問題，以實現產品的高效、優質、低耗、上市快，使企業在競爭中立于不敗之地。CIMS 是贏得競爭的手段。

鋅合金壓鑄件起泡缺陷分析

產生原因：

1．孔洞引起：主要是氣孔和收縮機制，氣孔往往是圓形，而收縮多數是不規則形。

（1）氣孔產生原因：

a 金屬液在充型、凝固過程中，由於氣體侵入，導致鑄件表面或內部產生孔洞。
b 塗料揮發出來的氣體侵入。
c 合金液含氣量過高，凝固時析出。

當型腔中的氣體、塗料揮發出的氣體、合金凝固析出的氣體，在模具排氣不良時，最終留在鑄件中形成的氣孔。

（2）縮孔產生原因：

a 金屬液凝固過程中，由於體積縮小或最後凝固部位得不到金屬液補縮，而產生縮孔。
b 厚薄不均的鑄件或鑄件局部過熱，造成某一部位凝固慢，體積收縮時錶面形成凹位。

由於氣孔和縮孔的存在，使壓鑄件在進行表面處理時，孔洞可能會進入水，當噴漆和電鍍后進行烘烤時，孔洞內氣體受熱膨脹；或孔洞內水會變蒸氣，體積膨脹，因而導致鑄件表面起泡。

2．晶間腐蝕引起：

鋅合金成分中有害雜質：鉛、鎘、錫會聚集在晶粒交界處導致晶間腐蝕，金屬基體因晶間腐蝕而破碎，而電鍍加速了這一禍害，受晶間腐蝕的部位會膨脹而將鍍層頂起，造成鑄件表面起泡。特別是在潮濕環境下晶間腐蝕會使鑄件變形、開裂、甚至破碎。

3．裂紋引起：水紋、冷隔紋、熱裂紋。

水紋、冷隔紋：金屬液在充型過程中，先進入的金屬液接觸型壁過早凝固，后進入金屬液不能和已凝固金屬層熔合為一體，在鑄件表面對接處形成疊紋，出現條狀缺陷，見圖2。水紋一般是在鑄件表面淺層；而冷隔紋有可能滲入到鑄件內部。

熱裂紋：

a 當鑄件厚薄不均，凝固過程產生應力；
b 過早頂出，金屬強度不夠；
c 頂出時受力不均
d 過高的模溫使晶粒粗大；
e 有害雜質存在。

以上因素都有可能產生裂紋。

當壓鑄件存在水紋、冷隔紋、熱裂紋，電鍍時溶液會滲入到裂紋中，在烘烤時轉化為蒸氣，氣壓頂起電鍍層形成起泡。

解決缺陷方案：

控制氣孔產生，關鍵是減少混入鑄件內的氣體量，理想的金屬流應不斷加速地由噴嘴經過分流錐和澆道進入型腔，形成一條順滑及方向一致的金屬流，採用錐形流道設計，即澆流應不斷加速地由噴嘴向內澆口逐漸減少，可達到這個目的。在充填系統中，混入的氣體是由於湍流與金屬液相混合而形成氣孔，從金屬液由澆鑄系統進入型腔的模擬壓鑄過程的研究中，明顯看出澆道中尖銳的轉變位和遞增的澆道截面積，都會使金屬液流出現湍流而卷氣，平穩的金屬液纔有利於氣體從澆道和型腔進入溢流槽和排氣槽，排出模外。

對於縮孔：要使壓鑄凝固過程中各個部位儘量同時均勻散熱，同時凝固。可通過合理的水口設計，內澆口厚度及位置，模具設計，模溫控制及冷卻，來避免縮孔產生。對於晶間腐蝕現象：主要是控制合金原料中有害雜質含量，特別是鉛<0.003％。注意廢料帶來的雜質元素。
對於水紋、冷隔紋，可提高模具溫度，加大內澆口速度，或在冷隔區加大溢流槽，來減少冷隔紋的出現。對於熱裂紋：壓鑄件厚薄不要急劇變化以減少應力產生；相關的壓鑄工藝參數作調整；降低模溫。