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半固态成形工艺

时间:2016-06-12 来源:睿甲精工浏览次数:165

半固态合金成形方法很多,但是,其中的流变成形和触变成形是两种主要成形方式。
 
一、半固态金属触变成形

1、 Thixomolding 成形工艺及设备

Thixomolding 工艺是由美国 Dow chemical 公司开发的技术,1992年由日本制钢所引人并完成成形机的研制开发,已成为目前半固态加工领域中最成功的、应用最广的技术之一。下图为 Thixomolding 工艺的简图,其设备由原料入料与预热装置、螺旋注射机及加热装置以及压铸机等部分组成。该技术类似于塑料的注射成形法,利用碎化的颗粒状镁合金作为原料,通过料斗送入高速螺旋机进行混合、加热半固态状态,通过喷嘴高速注射到压铸模具中,经充模、压铸、凝固成型得到成型件。该设备的特点是预制颗粒状镁合金原料,使原料进入料斗后边加热边剪切搅拌,最后形成半固态的状态再射入模具中。半固态浆料的固相分数可控性强,成形件质量高、性能稳定,因螺旋机内密闭性好,在成形过程中不需要严格的保护性气氛进行保护,仅在投料口处用少量的 Ar 气保护即可,工作环境得到明显改善。
 


目前Thixomolding设备的合模力从75t至850t有6种机型系列,

特殊机种也有合模力 1600t 机型,到 2000 年在世界上已销售 120 余台,现在正在计划开发 2000~4000t 级的超大型机。其所用原料为将普通镁合金锭用专用设备切削成长轴为 3~5mm 的米粒状颗粒,利用抽吸式装料器自动地供给料斗,不需要模铸那样的熔化炉、液态金属罐及其搬运装置。

Thixomolding 成形件有以下主要特点:(1) 表面质量和内部质量改善;(2) 成形件尺寸精度提高;(3) 力学性能提高;(4) 耐蚀性提高;(5) 可精密成形薄壁件。

下面是三种镁合金分别采用 Thixomolding 工艺和普通模铸工艺成形件的力学性能比较。


2、触变压铸(Thixo-casting)

触变压铸是半固态金属通过一定截面的孔洞注入闭合的模具内并合模、加压。触变压铸是目前在工业上制造半固态金属零件应用最多的半固态成形方法之一。与普通压铸成形工艺相比,半固态压铸具有成形温度低,凝同时间短,成形周期短,部件质量好(更少的缩孔和疏松),微观组织均匀,高度自动化等优点。

3、 触变锻造(Thixo-forging)

触变锻造是将半固态金属坯料移人锻压模具内,然后模具的一部分向另一部分运动并加压成形,其成形原理如下图所示。图示为锻压成形过程中,半固态金属向模具形腔流动的情况。

半固态锻造成形的优点是:扩大了复杂成形件的范围,可实现近
终成形(如薄壁件、底切槽件、孔形件和刃形辐射件等)。显著减少工艺环节,加工成本低,锻造耗能低,切削量少,材料利用率高等。

4、 触变挤压(Thixo-extrusion)

触变挤压是将半固态金属坯料移人挤压腔内,然后通过模具孔挤出成形。

触变挤压成形的优点是:扩大了复杂成形件的范围,改善了产品的成形性,无锻压效应(无织构),Al、Mg 轻质高强合金、MMC 以及钢等都可以挤压成形(如复杂的几何形状,薄壁构件等)。

5、 触变轧制(Thixo-rolling)

触变轧制是将半固态金属坯料送人轧辊辊缝中进行轧制成形的方法,其成形原理如图 4-36 所示。触变轧制成形的特点是:在半固态金属坯料的固相分数很高时(如 80%以上),其变形与热轧时的情隋况基本相同,板坯内的固相和液相变形均匀,可得到沿板厚方向固相颗粒均匀的产品。但当坯料的固相分数较低时(如 70%以下),则变形时会出现固液相偏析,这种固液相偏析有时是需要的,但不需要时,需采取措施进行控制,这是触变轧制需解决的课题。

二、半固态金属的流变成形
 
如前所述,半固态加工的基本工艺方法可分为触变成形(thixoforming)和流变成形(rheoforming)两种,两种成形方法各自特点都很明显。触变成形需将坯料进行二次加热再进行成形加工,其工艺可控性强、过程较稳定且易操作,因而较快进入了工业化生产,目前美国、日本、意大利、德国等国已建立了多个铝合金、镁合金触变成形工厂进行大批量汽车及电器用部件生产,但触变成形的生产流程较长、成本高。
 
相比较而言,流变成形省去了二次加热,由半固态浆料直接进行成形,但其工艺过程控制难度要大一些。近年来,由于流变成形的生产流程短、相对成本较低,受到国内外许多研究者的重视,因而对流变成形方法从理论、实验、技术和设备各方面都开展了大量的研究工作,并取得了迅速的进展,成为半固态加工领域的新热点。国际半固态加工领域的几位著名学者Flemings、Hall、Apelian、Kiuchi、Okano。以及 Kopp 等都对半固态流变成形给予了高度的关注,并指出由于其经济性,在未来的几年中,半固态流变成形将有更快的发展。

实际上,在最近几年中,半固态流变成形技术确实得到了很大的进步,如奥地利 LKR 公司的“新流变铸造工艺 NRC——newreheocastingprocess”,英国 Z. Fan 的双螺旋流变技术,日本 T.Haga 等的采用倾斜板制备半固态浆料并直接铸轧薄带和流变挤压成形方法以及中国康永林等的半固态直接轧制和锥桶式半固态流变成形技术等新的流变成形方法及技术不断出现,在铝合金半固态流变铸造方面,瑞典“RSF—rapid slurry forming”半固态快速制浆技术已经得到广泛应用,并且已经成功进入工业化生产,中国的“EER--Enthalpy Exchange Rheocasting”也已经成功在江苏沭阳和昆山等地建立多个工厂进行汽车和 3C 部件的大批量生产。
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