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萬水朝宗的現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)ffice ffice" />
5 C" i3 k6 S; u& W; Z5 T——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)
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- }, c) M! y3 d: z! U 連鑄連鍛是一項新興的傳統(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。
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1.連鑄連鍛技術(shù)的特性 ) Y3 [+ K1 e5 [/ n
# }6 C1 J0 y' n7 w) @& K 1.1連鑄連鍛是一項傳統(tǒng)的常見技術(shù) ( w' @6 I6 D) [$ g8 J
連鑄連鍛特指在同一臺設(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)。 4 c/ _/ k0 h- N0 S7 |0 a
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。 % o' I7 ?( E& j1 v$ N4 K6 Z7 A
. k/ o7 _& B9 F% r9 L( G# _- P [ 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。
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1.2連鑄連鍛技術(shù)是一項更具工業(yè)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)
: S( l) b' V. a+ V! y( W$ v 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(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)識與加快開發(fā)的原因。 + F G3 J* |4 ~! d4 P. f) x( V
4 D, x c; r' ?, ^% D 2.連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)與機(jī)遇 . k8 E- x0 |+ M
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2.1連鑄連鍛技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)
. c; O+ r) a) ~5 \$ c 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。
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C3 p' i! O- r# t 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(shí)施手段——具體的裝備。
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+ s- p% E2 Z P) N 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。
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1 x3 x8 a' a+ W, l$ w3 C6 k 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(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。
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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”。還有一項鍛造技術(shù)就是多向模鍛。
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% B- V) p7 `+ E 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 " z4 P7 N9 ^( b
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)。
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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(jì)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(jī)（PC）與可編程（PLC）技術(shù)的進(jìn)步。 # H* m; P, q2 V" ^2 q; r- \
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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。
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2.3現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)的標(biāo)志性技術(shù)
7 b0 O% |; `3 i& a) B } 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)。 ) q8 ?/ y+ b s" a( m
! B3 M) X" ?) X9 i7 f 3.最廣義的連鑄連鍛技術(shù)
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3.1最廣義的鑄造技術(shù) 7 d# [- h8 ~# w- e8 [* D
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)與時間的函數(shù)，即F = f( p ，t )。 0 Z# F: z* W1 ?# }& ~# _! ?) f
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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。 9 H$ w# `# Y1 H0 u/ p. e
5 Y1 G" f7 T/ Q$ ]: x. m 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)的計算公式，其代數(shù)意義是一樣的。 . n& f i$ Q! a# j
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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。 , S Z5 [% t* @4 [( ~1 c
' G0 A( ~; v! |- H# ~' ?5 Y* u 3.2壓鑄機(jī)是一種全能的或廣義的鑄造工藝裝置 0 X2 i1 P5 a; y: \ x$ l
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。 6 F- B# @. B8 \3 g# E: w3 s- u
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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。后一項功能，我們平時使用壓鑄機(jī)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(jī)沒有這項功能，未能善用其解決實(shí)際的工藝問題。 # O! v! C! t+ E" d) r- r+ f
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3.2“壓鑄模鍛”是最廣義的連鑄連鍛技術(shù) 4 \6 I6 ?: i) y# P" Z
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)。 9 g3 H5 R e8 H
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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。 8 `) O* E+ i1 h# ^" O1 n) X9 g6 Y% O
0 A& C" @% e8 t- t. G 4. 現(xiàn)代連鑄連鍛技術(shù)的再進(jìn)步 j0 C$ {# g6 B% n2 y5 F
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(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)再上了一個新臺階。
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, c6 y, A; ]2 k8 m6 U _ 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。
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% t* @% t: G6 u& F3 b5 I Z 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) + y6 m& c9 q& R: X9 C& A8 x
! Z% ~6 Y6 y: A* M, W 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。
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5.1鋁合金及其它低溫合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
2 L. o. w, y9 _8 ^ 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)。 # z0 e u1 f9 V; e* w: K) l& W
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鋁合金用熱室式壓鑄模鍛機(jī)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。
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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。
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5.2銅合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
+ K: a$ f* f/ L9 w3 G+ J 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。
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8 W7 {/ E$ R0 g 5.3不銹鋼與黑色金屬的連鑄連鍛生產(chǎn) . u/ Z- G" a$ N! c# d
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，是同一個問題，是相同的技術(shù)難度。 9 k4 A% ]2 d) e: ]: L1 O1 ]2 q
; ~# H' v7 V! R: |# |' B9 m 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間等，都對提高模具壽命有極大的幫助。
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3 c3 L/ X. x$ g0 I 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(shí)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。
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5.4鎂合金與其它需熔煉保護(hù)合金的連鑄連鍛生產(chǎn)
& [6 n1 o( |2 B! [ 5.4.1鎂合金連鑄連鍛生產(chǎn)的基本形式 . J/ R# [: J( ?8 o$ L/ @0 o( s. y
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)。
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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。
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4 c q3 ]0 E$ Q+ Y; e5 Q 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) . A* e7 W1 c) `% c/ ~2 M/ b
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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)。
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" E. t, Q* u* o/ A7 Y4 o! Q# U# L 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(yùn)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。
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) z* p8 {0 W D; Z 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。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)。 0 e* b0 t6 T* X# _6 s
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設(shè)備方面，可選用現(xiàn)時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。
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5.4.1阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛生產(chǎn)
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0 B0 s* N3 U; l' v1 V# v$ O 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。 ! ^' U% h+ i% v. R( q; k# u
}7 H, K4 ^0 Y4 r" c& f$ U 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)。
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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℃。
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8 J4 {6 m; `4 C 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)時研制出來的少數(shù)幾個牌號。 6 \' }- `3 _7 ~9 u
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阻燃鎂合金半固態(tài)連鑄連鍛工藝，是一個很有工業(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！ 9 E" ~; g7 v; ?+ z
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6．結(jié)語 ; r. ?: ]5 _8 T
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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。 ! B, t* T0 g; O) ?, V7 W& F4 |
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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。 * i8 ~; ^$ P; _+ b
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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(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。 2 Z# M Q* N8 G$ \
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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產(chǎn)權(quán)，達(dá)到世界最先進(jìn)水平。 ; `2 E' y, n& Y0 w# ?
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連鑄連鍛—— 一項萬水朝宗的技術(shù)！ | 
發(fā)表于 2006-4-26 18:34:45
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