柴油發(fā)電機組連鑄連鍛是一項新興的傳統(tǒng)技術(shù),有強大的工藝技術(shù)優(yōu)勢。但介紹該技術(shù)的資料信息并不多,也比較分散,現(xiàn)綜合整理如下。
1.連鑄連鍛技術(shù)的特性
1.1連鑄連鍛是一項傳統(tǒng)的常見技術(shù)
連鑄連鍛技術(shù)并不新鮮,是一項常規(guī)常見的技術(shù)。其工藝原理沒有什么稀奇,是一項“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。
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)實現(xiàn)方式。
1.2連鑄連鍛技術(shù)是一項更具工業(yè)經(jīng)濟性的技術(shù)
我們還可以下另一個定語,這就是,相對于其它的特種工藝來說,連鑄連鍛技術(shù),是最容易實現(xiàn),或最容易具有工業(yè)經(jīng)濟性的技術(shù)。這一點非常重要,它是連鑄連鍛技術(shù)近年來被人們重新認(rèn)識與加快開發(fā)的原因。
2.連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的特點與機遇
2.1連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)
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)為對應(yīng)的工藝與裝備的發(fā)展。
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;沒有裝備的進步,就必然沒有工藝的進步;工藝技術(shù)的本質(zhì)就是裝備技術(shù):工藝的內(nèi)容是通過裝備這個手段(形式)才能表達(dá)的。所以,當(dāng)我們說到具體的工藝時,必然有其對應(yīng)的實施手段——具體的裝備。
鑄造與鍛造作為兩項最傳統(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。
說鑄造技術(shù)相當(dāng)成熟,有兩個最重要的特性指標(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現(xiàn)工業(yè)化、大批量和極具經(jīng)濟性的工藝與裝備。它包括了多種可實現(xiàn)壓鑄、低壓鑄造的傳統(tǒng)與特種工藝裝備。還有一個輔助性的指標(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、取件等機械手也已實現(xiàn)規(guī);、產(chǎn)業(yè)化。
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,實現(xiàn)了“近凈成形”或“終極成形”。還有一項鍛造技術(shù)就是多向模鍛。
2.2現(xiàn)代連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)應(yīng)出現(xiàn)的時間
現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)出現(xiàn)的機遇應(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))的進步對現(xiàn)代鍛造技術(shù)的進步起到了至關(guān)作用。以上為硬件技術(shù)。
還有一項帶有相對決定性的“軟件”技術(shù),是成熟可靠經(jīng)濟的電器控制系統(tǒng)技術(shù),它有賴于計時(響應(yīng))技術(shù),特別是單片機(PC)與可編程(PLC)技術(shù)的進步。
綜合來說,現(xiàn)代連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)出現(xiàn)的機遇,最早能是上世紀(jì)60年代之后。
2.3現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)的標(biāo)志性技術(shù)
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)。
3.最廣義的連鑄連鍛技術(shù)
3.1最廣義的鑄造技術(shù)
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)為在一定壓強下充型的過程。在數(shù)學(xué)公式上,它表現(xiàn)為是壓強與時間的函數(shù),即F=f(p,t)。
重力鑄造(包括金屬模鑄造、翻砂鑄造),它的充型壓強是:金屬湯料的比重×入水口高度差;差壓鑄造,它的充型壓強是:型腔內(nèi)與型腔外的壓強差±金屬湯料的比重×入水口高度差。低壓鑄造的實質(zhì)就是差壓鑄造,只是它的充型壓強肯定是:充型比壓-金屬湯料的比重×入水口高度差;真空吸鑄,它的充型壓強是:金屬湯料的比重×入水口高度差鑄-1個大氣壓(0.1MPa);普通壓鑄,它的充型壓強是:充型比壓-金屬湯料的比重×入水口高度差。
從上面的公式也可以看出,差壓鑄造、低壓鑄造與普通壓鑄,充型壓強的計算公式,其代數(shù)意義是一樣的。
所以說,所有的鑄造工藝,都可表達(dá)為充型壓強與充型速度的組合。理論上說,如果某一鑄造裝置所實現(xiàn)的充型壓強是從零開始無級可調(diào),工業(yè)上最大達(dá)到150MPa的話,那么這種裝置就可稱為全能的鑄造工藝裝備了。
3.2壓鑄機是一種全能的或廣義的鑄造工藝裝置
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,就是一種全能的鑄造工藝裝置。舉例說,在壓鑄機上合格地生產(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。
普通壓鑄機,不但能生產(chǎn)需要高速度高壓強充型的薄壁復(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。后一項功能,我們平時使用壓鑄機時用得很少,以至大部分人都忘記了,還習(xí)以為常,誤以為壓鑄機沒有這項功能,未能善用其解決實際的工藝問題。
3.2“壓鑄模鍛”是最廣義的連鑄連鍛技術(shù)
如果說,壓鑄機是一種廣義的鑄造工藝裝置,那么,將壓鑄機與模鍛機結(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)濟性的全能的連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)。
現(xiàn)代的壓鑄機多種多樣,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,也具有上述四種主體形式。
4.現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)的再進步
如果說,壓鑄模鍛作為一項原理性技術(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)再上了一個新臺階。
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。厚壁的柴油機鋁活塞毛坯生產(chǎn),需要對向壓鑄模鍛機生產(chǎn);轎車鋁輪轂的生產(chǎn),最好采用具有“對向三鍛壓”功能的壓鑄模鍛機;而更復(fù)雜的發(fā)動機缸體毛坯生產(chǎn),就需要多向壓鑄模鍛機才能對付得了。
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)
連鑄連鍛機是一種成形設(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,對設(shè)備應(yīng)具備的功能要求也相同。
5.1鋁合金及其它低溫合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
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生產(chǎn)。
鋁合金用熱室式壓鑄模鍛機生產(chǎn)現(xiàn)時并不困難,不要因為看到鋁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。
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。
5.2銅合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
銅合金的連鑄連鍛生產(chǎn)建議用冷室式壓鑄模鍛機生產(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。
5.3不銹鋼與黑色金屬的連鑄連鍛生產(chǎn)
從經(jīng)濟角度上說,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,是同一個問題,是相同的技術(shù)難度。
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。非金屬陶瓷復(fù)合材料的出現(xiàn)和應(yīng)有,應(yīng)能解決這個問題。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,選擇適當(dāng)?shù)氖煎憸囟群褪煎憰r間等,都對提高模具壽命有極大的幫助。
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,因為毛坯內(nèi)部晶粒,最終由鍛壓工步實現(xiàn)破碎,不會產(chǎn)生枝晶體;還有一個有利因素是,連鑄連鍛工藝并不要求充型的百分百,因為在模鍛的工步還有一個二次成形過程。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。
5.4鎂合金與其它需熔煉保護合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
5.4.1鎂合金連鑄連鍛生產(chǎn)的基本形式
由于鎂合金的熔點與鋁合金相近,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。
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,就工藝實施的難易程度看,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,大膽應(yīng)用熱室式鎂合金壓鑄模鍛工藝。
5.4.2非保護正常氣氛(在大氣下無保護氣氛)鎂合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
實現(xiàn)非保護正常氣氛鎂合金的連鑄連鍛生產(chǎn),它的前提阻燃鎂合金的使用,所以,其實質(zhì)就是阻燃鎂合金鑄鍛件的生產(chǎn)。
現(xiàn)時,阻燃鎂合金在功能上與普通鎂合金是一樣的,如果客戶沒有對鎂合金品種提出要求,建議我們都使用阻燃鎂合金,運用連鑄連鍛工藝生產(chǎn),并作為新上鎂合金鑄鍛件項目推薦的最優(yōu)選工藝。
材料方面,我國已有達(dá)到國際先進水平的阻燃鎂合金研制成果,并獲2003年國家科技進步二等獎。這種鎂合金的燃點溫度從熔點以下的520℃(AZ91D鎂合金的燃點是510℃)提高到高于熔煉溫度(760℃),實現(xiàn)了鎂合金在大氣下的無保護熔煉與鑄鍛生產(chǎn)。
設(shè)備方面,可選用現(xiàn)時所有的普通擠壓壓鑄模鍛機作配套生產(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是完全一樣的。
5.4.1阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛生產(chǎn)
擠壓壓鑄模鍛的另一個工藝優(yōu)勢可在阻燃鎂合金鑄鍛件生產(chǎn)時充分發(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。
鎂合金的熔點是650°C,其半固態(tài)溫區(qū)寬,所以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℃。
很多普通鎂合金經(jīng)簡單的阻燃合金化后,燃點都能高于560~630℃這個溫度,這就使鎂合金在大氣下的無保護熔煉與鑄鍛生產(chǎn)具有普遍性,不再局限于現(xiàn)時研制出來的少數(shù)幾個牌號。
6.結(jié)語
連鑄連鍛工藝有很多的表現(xiàn)形式,擠壓壓鑄模鍛機只是連鑄連鍛工藝表達(dá)裝備的一種。
換言之,擠壓壓鑄模鍛機的本質(zhì)也是一種連鑄連鍛設(shè)備,它的最大優(yōu)勢是能與壓鑄機完全兼容,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,以及運用半固態(tài)加工工藝,在大氣下無保護就能生產(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。
所以,在同等投資與新上項目的一般情況下,我們都建議選擇普通擠壓壓鑄模鍛機,并特別希望,注意大膽運用半固態(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,降低高溫熔體對模具型腔的熱沖擊,提高模具壽命;另一方面,使各種牌號鎂合金,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。