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萬水朝宗的現代連鑄連鍛技術ffice ffice" /> / C1 Q9 r" r# `4 }# ~" e1 j4 J0 k3 G
——兼談鋁合金鎂合金銅合金及其它高熔點合金（黑色金屬、不銹鋼）的連鑄連鍛生產 " S7 Z- \) c8 k. c
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) m, @ P! ^+ x3 M4 e 連鑄連鍛是一項新興的傳統技術，我國發明的現代連鑄連鍛工藝與裝備技術——擠壓壓鑄模鍛，更有強大的工藝技術優勢。 0 g ^/ r4 S- | [3 m# P" l
4 t8 M0 N. v! \! c8 k 1.連鑄連鍛技術的特性 - }) ^. @& Y! C, n+ O
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1.1連鑄連鍛是一項傳統的常見技術
5 i% g8 b4 {. r' p 連鑄連鍛特指在同一臺設備同一套模具內連續完成鑄造充型與鍛造的技術。 - Y3 G8 d5 F3 K0 P9 `, F' r
連鑄連鍛技術并不新鮮，是一項常規常見的技術。其工藝原理沒有什么稀奇, 是一項“將鑄造與鍛造工藝相結合的技術”，工藝上最簡單的表述是：充型+鍛造。 % \, `. n' u# v$ Q& I
" m# _7 f$ [( x9 c 在工業應用上，將鑄造與鍛造工藝相結合，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，工業上可有很多很好的表達實現方式。 2 s% v% f1 J, K' Q$ n. c) c! [
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1.2連鑄連鍛技術是一項更具工業經濟性的技術
7 [- `0 U9 d2 W; q$ h 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，是最容易實現，或最容易具有工業經濟性的技術。這一點非常重要，它是連鑄連鍛技術近年來被人們重新認識與加快開發的原因。
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! T b* d& h6 x5 H3 G 2.連鑄連鍛技術發展的特點與機遇
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. A* U* z; D* r 2.1連鑄連鍛技術發展的基礎 9 J9 Q" m% T$ Z+ e
毫無疑問，連鑄連鍛技術的發展基礎，首先依賴的是傳統的鑄造與鍛造技術的發展，它必定表現為對應的工藝與裝備的發展。 ) F4 v7 Y' S/ N! H/ `. D
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上面這句話有更深一層的意思：工藝的發展依賴裝備的發展；不同的裝備，它所表達的工藝內涵是不盡一樣的；沒有裝備的進步，就必然沒有工藝的進步；工藝技術的本質就是裝備技術：工藝的內容是通過裝備這個手段（形式）才能表達的。所以，當我們說到具體的工藝時，必然有其對應的實施手段——具體的裝備。 4 s! i5 N- N' U$ k
. j/ }& V; q( |0 {1 o1 P; W 鑄造與鍛造作為兩項最傳統的成形工藝（與裝備）技術，發展到現在已經相當成熟了。特別是鑄造技術，出現的工藝種類更多，而以往被看作是特種鑄造的，如壓鑄、液態模鍛（熔湯鍛造）、低壓（差壓）鑄造、半固態加工等，幾成了常見常用的工藝。
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說鑄造技術相當成熟，有兩個最重要的特性指標：一是無論結構怎么復雜的毛坯都難不倒它，它都能生產出來；二是具有多種滿足實現工業化、大批量和極具經濟性的工藝與裝備。它包括了多種可實現壓鑄、低壓鑄造的傳統與特種工藝裝備。還有一個輔助性的指標是，圍繞這些主導設備的外圍配套設備如熔煉、輸送給湯、取件等機械手也已實現規模化、產業化。
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說鍛造技術相當成熟，可體現在各種精密模鍛技術層出不窮，實現了“近凈成形”或“終極成形”。還有一項鍛造技術就是多向模鍛。 3 u/ l4 C, h% T6 D0 N
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2.2現代連鑄連鍛工藝與裝備技術應出現的時間
( Z9 ]8 C% O1 c2 t 現代連鑄連鍛技術出現的機遇應在現代壓鑄技術出現后。而現代鍛造與壓鑄技術的出現，都受制于現代液壓技術的進步，其中現代液壓技術（主要是高壓油泵與液壓閥技術）的進步對現代鍛造技術的進步起到了至關作用。以上為硬件技術。
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還有一項帶有相對決定性的“軟件”技術，是成熟可靠經濟的電器控制系統技術，它有賴于計時（響應）技術，特別是單片機（PC）與可編程（PLC）技術的進步。
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綜合來說，現代連鑄連鍛工藝與裝備技術出現的機遇，最早能是上世紀60年代之后。
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0 A! s9 M1 @4 J, ~; H 2.3現代連鑄連鍛技術的標志性技術
# g' N- o1 F L1 ^/ ~, m 現代連鑄連鍛標志性技術的出現，是在上世紀末。這項技術的名字簡稱是“壓鑄模鍛”（全稱是“擠壓壓鑄模鍛”）技術。它是由中國工程技術人員發明的技術。 & K, b7 ?# ~$ `( { N b
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3.最廣義的連鑄連鍛技術 - F+ c( \/ ?" C5 B$ x3 b- p5 p% a
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3.1最廣義的鑄造技術 # r2 h. O ~4 E/ b8 L
壓力鑄造是最廣義的鑄造技術。無論什么鑄造工藝，它都得表現為在一定壓強下充型的過程。在數學公式上，它表現為是壓強與時間的函數，即F = f( p ，t )。
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重力鑄造（包括金屬模鑄造、翻砂鑄造），它的充型壓強是：金屬湯料的比重×入水口高度差；差壓鑄造，它的充型壓強是：型腔內與型腔外的壓強差±金屬湯料的比重×入水口高度差。低壓鑄造的實質就是差壓鑄造，只是它的充型壓強肯定是：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, 它的充型壓強是：充型比壓 - 金屬湯料的比重×入水口高度差。 " O9 a! O& E& v" d. r9 M4 U% I) B
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從上面的公式也可以看出，差壓鑄造、低壓鑄造與普通壓鑄，充型壓強的計算公式，其代數意義是一樣的。
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. _; s& T. `( \ 所以說，所有的鑄造工藝，都可表達為充型壓強與充型速度的組合。理論上說，如果某一鑄造裝置所實現的充型壓強是從零開始無級可調，工業上最大達到150 MPa的話，那么這種裝置就可稱為全能的鑄造工藝裝備了。 ; q6 i6 i- D" f
* z: l6 g; w1 g V+ c3 p$ ~1 ^1 ` 3.2壓鑄機是一種全能的或廣義的鑄造工藝裝置 " t+ W' L: e3 E+ F1 C" h+ T [
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，就是一種全能的鑄造工藝裝置。舉例說，在壓鑄機上合格地生產出某些低壓鑄造件、重力鑄造件、差壓鑄造件是完全可能的。 8 p) b1 O" F" r( ]
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普通壓鑄機，不但能生產需要高速度高壓強充型的薄壁復雜毛坯，它也可以以低速低壓充型，生產一些簡單的厚大件毛坯。后一項功能，我們平時使用壓鑄機時用得很少，以至大部分人都忘記了，還習以為常，誤以為壓鑄機沒有這項功能，未能善用其解決實際的工藝問題。
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3.2“壓鑄模鍛”是最廣義的連鑄連鍛技術 - O j4 T" Q3 X
如果說，壓鑄機是一種廣義的鑄造工藝裝置，那么，將壓鑄機與模鍛機結合起來，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經濟性的全能的連鑄連鍛工藝與裝備技術。
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現代的壓鑄機多種多樣，有臥式和立式，有熱室式和冷室式。所以，現代的連鑄連鍛裝備——壓鑄模鍛機，也具有上述四種主體形式。
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& j* O, R/ j ^3 [2 F 4. 現代連鑄連鍛技術的再進步 7 y7 C# `2 u8 @- _% s
如果說，壓鑄模鍛作為一項原理性技術的出現，使連鑄連鍛技術獲得了突破性進步的話，那么，壓鑄技術與多向模鍛技術的結合，就使連鑄連鍛技術再上了一個新臺階。 : {4 L: r/ g/ K% ~& `
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多向壓鑄模鍛技術，是解決更復雜鍛件的生產而派生出來的。厚壁的柴油機鋁活塞毛坯生產，需要對向壓鑄模鍛機生產；轎車鋁輪轂的生產，最好采用具有“對向三鍛壓”功能的壓鑄模鍛機；而更復雜的發動機缸體毛坯生產，就需要多向壓鑄模鍛機才能對付得了。 * D2 m. V; `8 }/ u* r3 j
~6 ] Y% f I: {0 i0 j 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 0 H. i: y2 ?5 f4 N" f6 M
% p* z8 p+ R' m' J 連鑄連鍛機是一種成形設備，功能上并不因所生產的毛坯所用的材料有關。也就是說，生產不同材質的毛坯，只是其始鑄溫度不同，在其后的充型與模鍛階段，盡管工藝參數不同，但其工藝（工步）過程卻是一樣的，對設備應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 2 l% J5 ~1 i B+ x2 q% E: V
鋁合金及其它低溫合金（鋅合金、錫合金）的連鑄連鍛生產，可采用冷室式和熱室式連鑄連鍛機生產。 3 W [/ K8 S: I* @ d
6 H( q3 B$ w( ^ 鋁合金用熱室式壓鑄模鍛機生產現時并不困難，不要因為看到鋁合金的熱室壓鑄工藝少見，就認為工藝技術還不過關或不夠成熟。 5 f u7 f7 N! c7 l7 ]+ g# t
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熱室式工藝的生產效率比冷室式高，沒有大量的余料（水口），生產成本要比冷室式低。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。 . a: j2 K/ _( p* F8 p: @! ?! R0 `$ @4 l
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5.2銅合金的連鑄連鍛生產
' K- p: M/ m3 I+ i 銅合金的連鑄連鍛生產建議用冷室式壓鑄模鍛機生產。由于冷室式壓鑄工藝（主要是耐高溫模具材料）已相當成熟，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。 + Z; o M- W6 E1 A( d, {* Z# i7 H
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5.3不銹鋼與黑色金屬的連鑄連鍛生產 % J0 b4 v2 U: w7 q4 ?
從經濟角度上說，不銹鋼比鋼材等其它黑色金屬的連鑄連鍛生產具有極好的效益，但制約兩者的，是同一個問題，是相同的技術難度。
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+ ^& G0 C) {4 q+ `8 J 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，是其連鑄連鍛生產的最難點。非金屬陶瓷復合材料的出現和應用，應能解決這個問題。在具體的細節上，降低充型速度，以減少熱沖擊，模具涂料的改進，選擇適當的始鍛溫度和始鍛時間等，都對提高模具壽命有極大的幫助。 5 \4 z! v9 l8 V7 m6 R' R' U- S+ z
- C4 k1 n8 f/ A4 S 其中，大膽采用不需制備的半固態槳料充型，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，半固態槳料并不需制備，因為毛坯內部晶粒，最終由鍛壓工步實現破碎，不會產生枝晶體；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上應更好的加以利用。
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5.4鎂合金與其它需熔煉保護合金的連鑄連鍛生產
5 x7 h/ q3 X( V* Q: y M 5.4.1鎂合金連鑄連鍛生產的基本形式
" C1 Z& V. A1 S# T; v- w( q 由于鎂合金的熔點與鋁合金相近，鎂合金連鑄連鍛生產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。 ! O! l4 I7 I. w6 D G! C9 r
5 L! ]) m0 ]5 q! e) T4 c f 鋁合金連鑄連鍛生產可以是熱室式，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，就工藝實施的難易程度看，熱室式鎂合金連鑄連鍛工藝顯然比冷室式更簡單可靠，工藝系統也比冷室式成本低。因此，在一般情況下，應加快發展熱室式鎂合金壓鑄模鍛機，大膽應用熱室式鎂合金壓鑄模鍛工藝。
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/ I, j' T/ |3 Y 5.4.2非保護正常氣氛（在大氣下無保護氣氛）鎂合金的連鑄連鍛生產 % P; z w7 N4 b1 `% D
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實現非保護正常氣氛鎂合金的連鑄連鍛生產，它的前提是阻燃鎂合金的使用，所以，其實質就是阻燃鎂合金鑄鍛件的生產。 $ Y0 d: q* N, B. M) R1 P
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現時，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，運用連鑄連鍛工藝生產，并作為新上鎂合金鑄鍛件項目推薦的最優選工藝。
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* b& l4 J# D! D6 Y" C* L 材料方面，我國已有達到國際先進水平的阻燃鎂合金研制成果，并獲2003年國家科技進步二等獎。這種鎂合金的燃點溫度從熔點以下的520℃ （AZ91D鎂合金的燃點是510℃）提高到高于熔煉溫度（760℃），實現了鎂合金在大氣下的無保護熔煉與鑄鍛生產。
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! j2 t4 Q5 S& q) @# r# }1 E+ I 設備方面，可選用現時所有的普通擠壓壓鑄模鍛機作配套生產，也就是說，生產鎂合金連鑄連鍛件的裝備與生產鋁合金擠壓壓鑄模鍛機是完全一樣的。
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9 x+ X( C9 g8 J- ^3 U: K 5.4.1阻燃鎂合金半固態連鑄連鍛生產
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/ S2 _7 \3 E& b8 v 擠壓壓鑄模鍛的另一個工藝優勢可在阻燃鎂合金鑄鍛件生產時充分發揮出來，這就是能夠采用鎂合金的半固態連鑄連鍛工藝。 " W: l; z. m' s0 s+ r% V) [
2 o8 p6 C. k$ @8 r4 ~% D5 W 運用阻燃鎂合金半固態連鑄連鍛工藝生產的目的，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），都能實現無保護氣氛的正常壓鑄與鑄鍛生產。
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鎂合金的熔點是650°C，其半固態溫區寬，是一種理想的半固態射注成型金屬。采用鎂合金的半固態擠壓壓鑄模鍛工藝，可將鎂合金的始鑄溫度從原來的760℃，降到合金熔融狀態的560～630℃。 6 `$ ? v) R6 @ g$ z8 v8 f {
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很多普通鎂合金經簡單的阻燃合金化后，燃點都能高于560～630℃這個溫度，這就使鎂合金在大氣下的無保護熔煉與鑄鍛生產具有普遍性，不再局限于現時研制出來的少數幾個牌號。
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阻燃鎂合金半固態連鑄連鍛工藝，是一個很有工業應用優勢的技術，它可以將鎂合金的壓鑄與鑄鍛件車間生產成本與生產工藝技術難度，降到與鋁合金一樣低！
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, N+ K! v& Z7 \9 H/ f 6．結語 7 {2 f. N( ~7 T2 r I
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連鑄連鍛工藝有很多的表現形式，擠壓壓鑄模鍛機只是連鑄連鍛工藝表達裝備的一種。 ! O: a$ ^! _0 U: f c( W- M& v
; ~5 ^) q, S- l2 b9 h 換言之，擠壓壓鑄模鍛機的本質也是一種連鑄連鍛設備，它的最大優勢是能與壓鑄機完全兼容，既可生產普通壓鑄件，也可生產各種結構最復雜的液態模鍛件、低壓鑄造件，以及運用半固態加工工藝，在大氣下無保護就能生產最普通的阻燃鎂合金件。所生產出來的各種鑄鍛件毛坯，內部均為破碎晶粒、鍛態組織。 8 P- k9 c; u# {/ f' P
$ `) R" _/ [' }$ E5 B. \* ~ 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，并特別希望，注意大膽運用半固態連鑄連鍛加工工藝，一方面可生產各種高熔點合金（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，就能在大氣環境下無保護的正常鑄鍛生產，使鎂合金生產的技術與裝備門檻，降到與普通鋁合金鑄鍛生產完全一樣。
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我國發明的現代連鑄連鍛技術——擠壓壓鑄模鍛技術，不但具有原創性，并具有完全的自主知識產權，達到世界最先進水平。
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連鑄連鍛—— 一項萬水朝宗的技術！ | 
發表于 2006-4-26 18:34:45
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