压铸铝合金液一体化制备工艺及装备研究

压铸铝合金液一体化制备工艺及装备研究

赵永成

青海盐湖特立镁有限公司 青海西宁 816000

摘要：压铸铸造是一种在精密铸造加工过程中可以实现少应力切削、无应力切削的新型精密一体成型铸造技术。与其他传统高压铸造生产工艺铸件相比,大大降低传统压铸铸件生产中的原材料和生产能源消耗的成本同时,提高了整体铸件使用性能。如今铸造轻量化已逐渐成为铸造业界普遍共识,我国压铸铸造技术尤其特别是大型铝合金铸件压铸铸造技术已经得到了突飞猛进的快速发展。与国外先进发达国家水平相比,我国工业压铸在生产技术、设备、管理、人员素质等各个方面仍然存在较大水平差距,压铸生产能耗与发达国家平均水平仍然相差甚远。

关键词：压铸铝合金液；一体化制备生产工艺；除气定量浇注

一、现有生产模式

目前,压铸件的批量生产一般都是采用各生艺工序人机分离的生产方式,即压铸铝合金液的熔炼、压铸、清洗等各个工序均在指定技术部门负责完成,以充分满足对压铸件的大批量生产的技术要求。采用这种生产方式的最大主要优势之处在于人员分工明确、任务单一、设备配合专业,是我国实现现代工业化生产的必由之路。采用铝合金一体压铸机的生产工艺模式普遍要求各生产工序在不同生产地区同时进行。熔炼输送车间将检验合格的各种铝合金金属熔体快速输送至整个压铸铸造车间。熔体毛坯浇铸后,合格的熔体毛坯将被快速运送安装到经过清洗后的车间。清洗工作完毕后,将抽检合格后的毛坯成品运至工厂加工设备车间。加工工作完成后,将检测合格后的毛坯自行运至工厂检验加工车间,最后一次检测结果合格后毛坯送至加工仓库,其所使用产生的加工废料等处理集中后进行返还后送到机械熔炼机加工部。特别是在各种熔体材料输送工作过程中,熔化的铝合金可由熔体通过氧化铝炉输送到不锈钢包中,然后输送到专用测温仪的平台上以进行连续测温。如果产品温度试验合格,则可以进行温度搅拌精炼。放置锅炉一段时间后,清除锅内浮渣,然后由专业工人开车运送原料到工厂压铸加工车间。工人们根据新型压铸机侧面保温炉内的现有熔体和热量不断补充新的熔体,然后倒出。

二、压铸铝合金熔体一体化制备工艺

针对目前生产方式普遍存在的制备能耗高、材料复杂熔化过程损耗大等难点问题,提出了一套集成多种压铸金属铝合金材料熔化、精炼、浇注等制备功能的压铸铝合金材料熔体冲压一体化材料制备技术工艺,所有制备功能点均可自动连续操作完成。采用数控一体化进行自动熔体产品制备和物料供应,可以大大缩短熔体物料的自动调度供应距离。特别指的是当在采用现行压铸熔炼时,熔体不仅需要在具有熔炼与炉车间内部和具有熔炼与炉的压铸零件车间之间进行转移,而且在采用压铸整体炉时,消除了冶炼熔体需要转移的两个小部分;同时,由于这些压铸零件工艺材料废品和压铸废品废料可直接联合放入一个集成炉体中作为炉体材料一并进行联合冶炼,可广泛用于压铸零件间的再生产,消除了这部分工艺废品的生产物流通道封闭和材料调度,降低了压铸材料生产管理的操作难度和生产成本。此外,零件熔体生产使用过程中可能产生的熔体废料仍可以用于其他零件的熔体生产,这样就使得零件熔体更加稳定,熔体中的质量更加容易有得到保障。

三、铝合金熔体制备工艺研究

1. 加热熔化技术研究

为了有效实现熔体炉料的快速预热、熔化和保温,采用了一种反向蓄热式的高比例熔体燃烧工艺方式。炉的一侧分别设有两个相对换向蓄热式和大比例式的燃烧炉和燃烧器。为了有效保证小型燃烧器的气流在火炉熔池上方均匀对称分布,四个小型燃烧器沿着火炉侧均匀对称方向分布。两对熔池燃烧器的整体工作气流状态由通用集成控制软件进行控制,保证在任何复杂工况下,熔池整体表面均被燃烧器气流均匀流动覆盖。在两对空气燃烧器后,设置一个蓄热体,对燃烧废气中的余热部分进行高温收集和加热储存,并对每个燃烧器的空气余热进行高温预热,以利于保证燃烧热的最大限度利用。在锅炉综合控制软件和锅炉燃烧管理控制系统的相互协调控制下,整个锅炉燃烧控制过程必须具有准确的空燃比,保证整个炉膛内的烟气始终处于微弱的还原燃烧状态,炉膛燃料的最高氧化温度熔融和热损失也被控制在最低消耗状态。为了有效防止锅内炉门自动打开时炉内烟气突出或直接吸入炉内空气中而导致锅内炉料快速燃烧,在炉内煤气锅炉加热工作过程中,炉子实时自动监控炉内烟气压力,并自动实时调整炉内烟气加热抽吸机的状态,保证炉料燃烧时和加热时煤气炉膛始终保持处于稳定微压运动状态。

2. 在线连续精炼技术研究

采用旋转喷吹法对铝熔体连续进行精炼。净化后的石墨气体由一个石墨金属转子或吸盘将气吹入石墨铝合金熔体。在高速石墨净化转子沿着高速旋转方向运动时所产生的强大力湍流高速运动的外力作用下,净化后的气体被高速石墨转子冲击破碎,产生比单管或多排气管更细、更均匀的石墨气泡。在气体离心力和气体浮力的共同相互作用下,气泡首先向外流层辐射,然后通过螺旋旋向上升而达到整个熔体层的表面。这样它就可以有效地通过增加熔体气液比重和表面积,增加传质率和扩散隔热能力,显著大大改善改性铝合金材料熔体的隔热净化性和动力学隔热条件,从而可以达到优异的隔热净化熔体效果。为了能够获得良好的固体净化气泡效果,必须尽量保证熔化气泡气体数目少、分布均匀、熔化固体液位稳定。在保证无气体涡流、无气泡、无气体离析、无气体聚结的技术前提下,尽可能多地选择大的汽缸进气量和高的转速。通过远程控制自动涡流,偏置自动搅拌系统可以轻松满足各种液位稳定、转速高、进气量相对较大的场合要求,实现高效精炼。

3. 定量浇注技术研究

精炼后的铝合金材料熔体自动流入浇注室,由一台定量熔体浇注自动泵按预先设定的熔体浇注室流量自动注入需要加热或绝热保温的浇溜槽。熔体在保温压铸滑槽的自动引导下直接注入保温压铸机内压室,完成保温熔体加工制备和原料供应的全整个过程。熔体保温浇注监控系统由自动螺杆式加热陶瓷熔体浇注材料泵、加热保温材料流道和加热炉膛熔体液位自动检测三个大部分共同组成。根据设定浇注熔体重量,调节电动定量泵的浇注转速和定量工作持续时间,实现浇注熔体的精确度和定量泵的输送。

结语：针对目前铝合金熔体压铸设备生产的现状和存在的一些问题,提出了铝合熔体冲压一体化铸件制备的生产工艺解决方案。实际临床应用研究结果表明,整个新型熔体产品制备生产过程的所有熔体损失、热损失和熔体物流运输成本都将大大降低,更加安全可靠。

参考文献：

[1]卢宏远董显明王峰.压铸技术与生产[M].北京:机械工业出版社2008.

[2]吴殿杰.国内汽车发动机缸体铸件铸造技术发展趋势[J].中国压铸，2013

[3]冯俊鲍卫宁刘超英等.压铸铝合金金属液的精炼处理[J].特种铸造及有色合金2001(S1)