壓力鑄造是一種將液態(tài)或半固態(tài)金屬或合金,或含有增強(qiáng)物相的液態(tài)金屬或合金,在高壓下以較高的速度填充入壓鑄型的型腔內(nèi),并使金屬或合金在壓力下凝固形成鑄件的鑄造方法。
帶壓開(kāi)孔機(jī)部件如選用壓鑄時(shí),其鑄造所常用的壓力為4~500MPa,金屬充填速度為0.5至120m/s。因此,高壓、高速是壓鑄法與其他鑄造方法的根本區(qū)別,也是重要特點(diǎn)。
壓力鑄造的原理主要是金屬液的壓射成形原理。通常設(shè)定鑄造條件是通過(guò)壓鑄機(jī)上速度、壓力,以及速度的切換位置來(lái)調(diào)整的,其他的在壓鑄型行進(jìn)行選擇。
壓鑄時(shí)由于液態(tài)金屬充填型腔速度高,流態(tài)不穩(wěn)定,故采用一般壓鑄法,鑄件易產(chǎn)生氣孔,不能進(jìn)行熱處理。因此,這就決定了帶壓開(kāi)孔機(jī)關(guān)鍵部件如采用鑄造方式來(lái)生產(chǎn),即不能去除部件內(nèi)的氣孔,也無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的熱處理來(lái)增加強(qiáng)度。因此,在帶壓開(kāi)孔施工作業(yè)中無(wú)法抵御管道內(nèi)高壓介質(zhì)的沖擊力,造成部件龜裂,從而使管道開(kāi)孔作業(yè)失敗。
鑄鋼的機(jī)械性能比鑄鐵高,但其鑄造性能卻比鑄鐵差。因?yàn)殍T鋼的熔點(diǎn)較高,鋼液易氧化、鋼水的流動(dòng)性差、收縮大,其體收縮率為10~14%,線收縮為1.8~2.5%。為防止鑄鋼件產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮孔和縮松、裂紋及粘砂等缺陷,必須采取比鑄鐵復(fù)雜的工藝措施。這些措施嚴(yán)控下來(lái),要比采用鍛造和機(jī)加工方法制造方法成本高出許多。這就從成本的控制上來(lái)講,有些不劃算。
如果鑄造的產(chǎn)品價(jià)格比正常的價(jià)格還要低不少,那就只能是產(chǎn)品質(zhì)量堪憂。尤其是高熔點(diǎn)合金(如銅,黑色金屬),壓鑄型壽命較低。并且由于壓鑄件具有尺寸相對(duì)精確,表面泛光平整等特點(diǎn),掩蓋了內(nèi)部金相錯(cuò)雜、混有氣泡、夾渣等缺隱。這就是為什么有些鑄造方法生產(chǎn)的帶壓開(kāi)孔設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)斷齒、壓力桿斷裂和壓力底座破碎的原因。從另一方面原因來(lái)分析,這些部件的熔料質(zhì)量也參差不齊。
而近年來(lái),國(guó)內(nèi)鍛造技術(shù)的興起,逐漸代替了鑄件的生產(chǎn)方式。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用及先進(jìn)鍛造設(shè)備的開(kāi)發(fā)等原因,使鍛造技術(shù)前伸至鑄造,并實(shí)施雙重?cái)D壓,其模具須設(shè)計(jì)成可預(yù)合模,可鎖模,并可實(shí)施兩次擠壓的功能,其擠壓鑄造設(shè)備須是有三個(gè)獨(dú)立操控的油缸的液壓機(jī),以便可實(shí)現(xiàn),預(yù)合模并鎖模、第一次擠壓和第二次擠壓動(dòng)作。此液壓機(jī)必須用電腦(PLC)控制,以便可精確掌握,澆注至第一次擠壓、第二次擠壓的時(shí)間間隔。
雙重?cái)D壓是當(dāng)前擠壓鑄造形式的一種新發(fā)展,它在為復(fù)雜高質(zhì)量的或鑄造性能差的變形合金的鑄件生產(chǎn),提供了一種有潛力的工藝形式。
當(dāng)前,計(jì)算機(jī)技術(shù)在擠壓鑄造工藝中的應(yīng)用開(kāi)發(fā),主要圍繞兩方面:第一是進(jìn)行擠壓鑄造過(guò)程的數(shù)據(jù)模擬(CAE)以進(jìn)行擠壓鑄造工藝參數(shù)及模具設(shè)計(jì)的優(yōu)選。進(jìn)行鑄造過(guò)程的數(shù)據(jù)模擬,以給出鑄件充型和凝固過(guò)程的任何時(shí)刻的溫度場(chǎng),速度場(chǎng),壓力場(chǎng)和凝固順序分布圖等。以便可分析判斷實(shí)際鑄造過(guò)程中出現(xiàn)縮松,縮孔,裂紋及卷氣的可能性,進(jìn)行工藝參數(shù),模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。報(bào)告均表明,使用CAE技術(shù)后,可大大減少工藝試驗(yàn)的次數(shù),節(jié)省了時(shí)間和資金的投入,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
計(jì)算機(jī)應(yīng)用的第二方面是建立模具設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)件圖庫(kù)以實(shí)現(xiàn)模具的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)及智能化設(shè)計(jì),在擠壓鑄造模具設(shè)計(jì)中,上述技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例,它明顯提高了設(shè)計(jì)效率,降低了設(shè)計(jì)成本。
參考文獻(xiàn):
1.郭建燁,于超,張艷麗編著.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ):北京航空航天大學(xué)出版社,2016.04
2. 樊自田,吳和保,董選普編著.鑄造質(zhì)量控制應(yīng)用技術(shù) 第2版:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.06
3. 王再友,王澤華主編;詹紹思,陳慧敏,張炎副主編;糜朝華主審.鑄造工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用:機(jī)械工業(yè)出版社,2016.02