ffice" />萬水朝宗的現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)fficeffice" />
——兼談鋁合金鎂合金銅合金及其它高熔點(diǎn)合金（黑色金屬、不銹鋼）的連鑄連鍛生產(chǎn)
連鑄連鍛是一項(xiàng)新興的傳統(tǒng)技術(shù),，我國發(fā)明的現(xiàn)代連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù)——擠壓壓鑄模鍛,，更有強(qiáng)大的工藝技術(shù)優(yōu)勢,。
1.連鑄連鍛技術(shù)的特性
1.1連鑄連鍛是一項(xiàng)傳統(tǒng)的常見技術(shù)
連鑄連鍛特指在同一臺(tái)設(shè)備同一套模具內(nèi)連續(xù)完成鑄造充型與鍛造的技術(shù)。
連鑄連鍛技術(shù)并不新鮮，是一項(xiàng)常規(guī)常見的技術(shù)。其工藝原理沒有什么稀奇, 是一項(xiàng)“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(shí)現(xiàn)方式。
1.2連鑄連鍛技術(shù)是一項(xiàng)更具工業(yè)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)
我們還可以下另一個(gè)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(shí)現(xiàn),，或最容易具有工業(yè)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)。這一點(diǎn)非常重要,，它是連鑄連鍛技術(shù)近年來被人們重新認(rèn)識(shí)與加快開發(fā)的原因。
2.連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)與機(jī)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(jìn)步,，就必然沒有工藝的進(jìn)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(gè)手段（形式）才能表達(dá)的,。所以,，當(dāng)我們說到具體的工藝時(shí)，必然有其對應(yīng)的實(shí)施手段——具體的裝備,。
鑄造與鍛造作為兩項(xiàng)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(gè)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化,、大批量和極具經(jīng)濟(jì)性的工藝與裝備。它包括了多種可實(shí)現(xiàn)壓鑄,、低壓鑄造的傳統(tǒng)與特種工藝裝備,。還有一個(gè)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(jī)械手也已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化,、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(shí)現(xiàn)了“近凈成形”或“終極成形”,。還有一項(xiàng)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(shí)間
現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)出現(xiàn)的機(jī)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(jìn)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(jìn)步對現(xiàn)代鍛造技術(shù)的進(jìn)步起到了至關(guān)作用,。以上為硬件技術(shù),。
還有一項(xiàng)帶有相對決定性的“軟件”技術(shù)，是成熟可靠經(jīng)濟(jì)的電器控制系統(tǒng)技術(shù),，它有賴于計(jì)時(shí)（響應(yīng)）技術(shù),，特別是單片機(jī)（PC）與可編程（PLC）技術(shù)的進(jìn)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(jī)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(xiàng)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(qiáng)下充型的過程。在數(shù)學(xué)公式上,，它表現(xiàn)為是壓強(qiáng)與時(shí)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(qiáng)是：金屬湯料的比重×入水口高度差,；差壓鑄造,，它的充型壓強(qiáng)是：型腔內(nèi)與型腔外的壓強(qiáng)差±金屬湯料的比重×入水口高度差。低壓鑄造的實(shí)質(zhì)就是差壓鑄造,，只是它的充型壓強(qiáng)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(qiáng)是：金屬湯料的比重×入水口高度差鑄 - 1個(gè)大氣壓（0.1MPa）,；普通壓鑄, 它的充型壓強(qiáng)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(qiáng)的計(jì)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(qiáng)與充型速度的組合,。理論上說,，如果某一鑄造裝置所實(shí)現(xiàn)的充型壓強(qiáng)是從零開始無級(jí)可調(diào)，工業(yè)上最大達(dá)到150 MPa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(jī)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(jī)，就是一種全能的鑄造工藝裝置,。舉例說,，在壓鑄機(jī)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(jī),，不但能生產(chǎn)需要高速度高壓強(qiáng)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(xiàng)功能，我們平時(shí)使用壓鑄機(jī)時(shí)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(jī)沒有這項(xiàng)功能,，未能善用其解決實(shí)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(jī)是一種廣義的鑄造工藝裝置,，那么,，將壓鑄機(jī)與模鍛機(jī)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(jì)性的全能的連鑄連鍛工藝與裝備技術(shù),。
現(xiàn)代的壓鑄機(jī)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(jī),，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(jìn)步
如果說，壓鑄模鍛作為一項(xiàng)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(jìn)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(gè)新臺(tái)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(jī)鋁活塞毛坯生產(chǎn),，需要對向壓鑄模鍛機(jī)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(jī),；而更復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯生產(chǎn)，就需要多向壓鑄模鍛機(jī)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(jī)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(jī)生產(chǎn),。
鋁合金用熱室式壓鑄模鍛機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)時(shí)并不困難，不要因?yàn)榭吹戒X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(jī)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(jì)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(gè)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(diǎn),。非金屬陶瓷復(fù)合材料的出現(xiàn)和應(yīng)用,，應(yīng)能解決這個(gè)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(jìn)，選擇適當(dāng)?shù)氖煎憸囟群褪煎憰r(shí)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(gè)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?yàn)槊鲀?nèi)部晶粒,，最終由鍛壓工步實(shí)現(xiàn)破碎,，不會(huì)產(chǎn)生枝晶體；還有一個(gè)有利因素是,，連鑄連鍛工藝并不要求充型的百分百,，因?yàn)樵谀ｅ懙墓げ竭�有一個(gè)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(xiàng)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(hù)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(diǎn)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(hù),。
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(hù),，就工藝實(shí)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(jī)，大膽應(yīng)用熱室式鎂合金壓鑄模鍛工藝,。
5.4.2非保護(hù)正常氣氛（在大氣下無保護(hù)氣氛）鎂合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
實(shí)現(xiàn)非保護(hù)正常氣氛鎂合金的連鑄連鍛生產(chǎn),，它的前提是阻燃鎂合金的使用，所以,，其實(shí)質(zhì)就是阻燃鎂合金鑄鍛件的生產(chǎn),。
現(xiàn)時(shí)，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(yùn)用連鑄連鍛工藝生產(chǎn),，并作為新上鎂合金鑄鍛件項(xiàng)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(jìn)水平的阻燃鎂合金研制成果,，并獲2003年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),。這種鎂合金的燃點(diǎn)溫度從熔點(diǎn)以下的520℃ （AZ91D鎂合金的燃點(diǎn)是510℃）提高到高于熔煉溫度（760℃），實(shí)現(xiàn)了鎂合金在大氣下的無保護(hù)熔煉與鑄鍛生產(chǎn),。
設(shè)備方面,，可選用現(xiàn)時(shí)所有的普通擠壓壓鑄模鍛機(jī)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(jī)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(gè)工藝優(yōu)勢可在阻燃鎂合金鑄鍛件生產(chǎn)時(shí)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,。
運(yùn)用阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛工藝生產(chǎn)的目的,，就是為了使最大部分的普通鎂合金（而不是特制的幾種阻燃鎂合金），都能實(shí)現(xiàn)無保護(hù)氣氛的正常壓鑄與鑄鍛生產(chǎn),。
鎂合金的熔點(diǎn)是650°C,，其半固態(tài)溫區(qū)寬，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(diǎn)都能高于560～630℃這個(gè)溫度，這就使鎂合金在大氣下的無保護(hù)熔煉與鑄鍛生產(chǎn)具有普遍性,，不再局限于現(xiàn)時(shí)研制出來的少數(shù)幾個(gè)牌號(hào),。
阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛工藝，是一個(gè)很有工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢的技術(shù),，它可以將鎂合金的壓鑄與鑄鍛件車間生產(chǎn)成本與生產(chǎn)工藝技術(shù)難度,，降到與鋁合金一樣低！
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(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)用半固態(tài)加工工藝，在大氣下無保護(hù)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(xiàng)目的一般情況下，我們都建議選擇普通擠壓壓鑄模鍛機(jī),，并特別希望,，注意大膽運(yùn)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(diǎn)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(hào)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(hù)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。
我國發(fā)明的現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)——擠壓壓鑄模鍛技術(shù),，不但具有原創(chuàng)性,，并具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到世界最先進(jìn)水平,。
連鑄連鍛—— 一項(xiàng)萬水朝宗的技術(shù),！
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