《鑄造技術路線圖》摘錄高壓鑄造

1 概述

壓力鑄造是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種少無切削的特種鑄造方法，具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟指標優(yōu)良、鑄件尺寸精度高和互換性好等特點，在制造業(yè)，尤其是規(guī)模化產(chǎn)業(yè)得到了廣泛應用和迅速發(fā)展。壓力鑄造是鋁、鎂和鋅等輕金屬的主要成形方法，適用于生產(chǎn)大型復雜薄壁殼體零件。壓鑄件已成為汽車、運動器材、電子和航空航天等領域產(chǎn)品的重要組成部分，其中汽車行業(yè)是壓鑄技術應用的主要領域，占到70%以上[1-3]。隨著汽車、摩托車、內燃機、電子通訊、儀器儀表、家用電器、五金等行業(yè)的快速發(fā)展，壓鑄件的功能和應用領域不斷擴大，從而促進了壓鑄技術不斷發(fā)展，壓鑄件品質不斷提高。

在壓鑄過程中，熔融金屬在沖頭的作用下以高速充填型腔（一般可達10～100 m/s），并在高壓（常見的壓力為15～100 MPa）下結晶凝固形成鑄件。高壓、高速是壓鑄的主要特征。根據(jù)不同階段沖頭速度以及壓力的變化，以冷室壓鑄為例，壓鑄一般分為給湯、壓射（分慢壓射和快壓射兩個階段）、保壓凝固、開模和取樣等過程。在給湯過程中，高溫金屬液與空氣接觸，發(fā)生氧化，所產(chǎn)生的氧化物會隨著壓射過程進入型腔，造成氧化夾雜。在低速壓射過程中，當?shù)退偎俣冗^高時，位于沖頭前端的金屬液易向前翻轉而卷入空氣，形成氣孔，在高速充填過程中，金屬液以湍流形式進入型腔，型腔中的空氣來不及排出而被金屬液卷入，最終導致鑄件中出現(xiàn)氣孔。由于壓鑄件多數(shù)為復雜薄壁件，因此為了滿足其充型完整性，通常將內澆口設計得非常小，以保證可以達到高速充填的效果，但在凝固過程中，較小的內澆口相比于鑄件易于較早凝固，從而阻斷了壓室與型腔間的液相補縮通道，使得后續(xù)的高壓補縮階段作用時間較短，效果不甚理想。另一方面，壓室預結晶組織（ESCs）作為壓鑄件中一種典型組織，是金屬液在壓室中凝固形成的預結晶顆粒隨熔體充填型腔而形成的粗大枝晶狀晶粒，在ESCs聚集的區(qū)域，由于補縮效果不理想，極易出現(xiàn)縮孔缺陷。因此，氣孔和縮孔構成了壓鑄制品的主要缺陷——孔洞缺陷?？锥慈毕菰斐蓧鸿T件力學性能的下降和不穩(wěn)定，降低壓鑄件的氣密性，并限制了壓鑄件的焊接和熱處理應用?？拷砻娴目锥慈毕葸€會造成壓鑄件在機加工后報廢，極大地限制了壓鑄件的應用范圍。

雖然壓鑄件現(xiàn)已廣泛應用于汽車、通信電子及航空航天等領域，但由于其絕對強度較低、高溫力學性能較差且難以進行后續(xù)的熱處理、焊接等工藝，因此，壓鑄件主要用于生產(chǎn)常溫下對力學性能要求不高的殼體零件，而對于對力學性能有較高要求的結構件仍采用其他生產(chǎn)效率相對較低、經(jīng)濟指標相對較差的成形工藝或其他比強度較低的材料。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，一方面對汽車用壓鑄件的需求量日益提升，另一方面為了應對環(huán)境污染以及資源緊張的發(fā)展現(xiàn)狀，對汽車用壓鑄件的質量要求及應用范圍提出了更高的要求。相關文獻指出，車身重量每降低10%，就可以降低5%～7%的能源消耗[4-5]。因此發(fā)展高性能、高致密度壓鑄成形技術以拓展壓鑄件應用范圍，是壓鑄行業(yè)未來主要的發(fā)展趨勢。

2 關鍵技術

2.1 高性能壓鑄合金開發(fā)

2.1.1 現(xiàn)狀

目前，工業(yè)上常用的壓鑄合金為鋁合金及鎂合金。其中壓鑄用鋁合金主要有Al-Si（Al-Si-Cu、Al-Si-Mg）及Al-Mg等幾種系列，其中Al-Si系合金應用最為廣泛。然而，目前工業(yè)上所使用的壓鑄鋁合金，主要是針對壓鑄工藝特點所開發(fā)的，而對力學性能及后期的熱處理及焊接工藝要求等方面較少進行考慮。因此，盡管當前壓鑄件的強度能夠達到300 MPa，但塑性較差，斷后伸長率較低，且無法滿足后續(xù)的熱處理及焊接工藝要求，極大地限制了壓鑄鋁合金件的應用范圍。壓鑄用鎂合金主要有AZ系（Mg-Al-Zn）、AM 系（Mg-Al-Mn）及 AE 系（Mg-Al-RE）等幾種系列，如 AZ91D、AM60B及AE42等壓鑄鎂合金在汽車、電子等領域得到了廣泛應用。與壓鑄鋁合金相似，壓鑄鎂合金的開發(fā)同樣是基于壓鑄工藝特點進行的。而由于常用的壓鑄鎂合金絕對力學性能較低，耐蝕性及高溫性能較差，因此，壓鑄鎂合金件難以大范圍應用[6]。

對于新型高強韌壓鑄鋁合金的開發(fā)，主要包括兩個方面：一是針對現(xiàn)有傳統(tǒng)壓鑄鋁合金的合金成分或添加合金元素進行優(yōu)化設計；二是開發(fā)新型壓鑄鋁合金系。而新型壓鑄鋁合金一般要求其滿足以下幾點：①適用于壁厚為2～4 mm復雜結構壓鑄件的生產(chǎn)；②鑄態(tài)下的抗拉強度和屈服強度分別可以達到300 MPa和150 MPa，且具有15%的伸長率；③具有良好的耐腐蝕性能；④可以通過工業(yè)上對變形鋁合金常用的高溫噴漆過程對合金進行一定的強化；⑤可進行熱處理強化處理；⑥可回收利用且環(huán)境友好。當前常用的高強韌壓鑄鋁合金有Silafont-36、Magsimal-59、Aural-2 及 ADC-3等牌號，均為國外開發(fā)，其共同特點是Fe含量均比普通壓鑄鋁合金更低，另外其他雜質元素如Zn、B、Ti等均進行了嚴格控制。目前，國外關于高強韌壓鑄鋁合金的研究內容較為全面，包含微觀組織形成機理，組織與性能之間的關系，以及不同合金元素及其含量對合金力學性能的影響。如德國Aluminum Rheinfelden公司開發(fā)的Silafont-36合金，在確保強度的前提下，將Fe元素含量降到0.2%一下，從而使得塑性提高，同時為了避免粘?，F(xiàn)象，加入0.5%～0.8%的Mn元素，并且可進行后續(xù)熱處理工藝，進一步提高合金性能，目前已將該合金應用于汽車車門的制造。

對于新型壓鑄鎂合金的開發(fā)，主要包含三個方面：超輕高強度壓鑄鎂合金；抗高溫蠕變壓鑄鎂合金；耐蝕壓鑄鎂合金。針對超輕高強度壓鑄鎂合金的研究主要集中在Mg-Li系合金，Li元素可提高合金的韌性，而強度則下降，通過添加第三元素，經(jīng)過熱處理后，可使合金的強度得到大幅度提高。針對抗高溫蠕變壓鑄鎂合金主要集中在添加合金元素，其有三方面作用：一是細晶強化，合金元素的添加有利于形成高熔點形核質點達到異質形核細化晶粒的效果；二是析出相強化并釘扎晶界，組織晶界滑移；三是固溶強化，Y等元素固液界面前沿形成強的溶質過冷層，抑制了初生相生長而細化晶粒。而針對耐蝕壓鑄鎂合金同樣集中在添加合金元素上，同時還應與提高力學性能和抗高溫蠕變性能相結合，以開發(fā)耐腐蝕熱穩(wěn)定優(yōu)良的壓鑄鎂合金系列為目的，加強對壓鑄鎂合金添加合金元素的研究；開展壓鑄鎂合金后期處理的研究，例如對鎂合金表面進行涂層、強化處理，阻止氧化反應和介質腐蝕。

在壓鑄過程中產(chǎn)生的金屬原料廢料以及報廢后壓鑄合金的回收利用方面，國外部分經(jīng)濟發(fā)達國家因其具有技術先進、濟實力強、環(huán)保意識強及標準要求高等多方面有利因素和條件，在壓鑄合金廢料的回收處理及再利用領域投入研究較多，技術相對先進、成熟，率先走出了一條經(jīng)濟、環(huán)保、實用的路子。其在回收利用的合金原料中加入其他元素或調整元素成分，以開發(fā)出新的具有優(yōu)良性能的壓鑄合金[7]。目前國內對這部分壓鑄合金的規(guī)?；厥仗幚硗ǔＪ遣捎弥苯蛹尤牖鹧鏍t或感應爐內重熔的方式，此種回收處理工藝所帶來的主要問題是金屬燒損大，重熔能耗高，環(huán)境污染較重，員工勞動強度大、作業(yè)條件惡劣等。

2.1.2 挑戰(zhàn)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為了滿足汽車輕量化及大批量的需求，壓鑄鋁、鎂合金的質量需要進一步提高，以替代鋼制品或其他成形工藝。當前傳統(tǒng)的壓鑄鋁合金塑性較差，且不宜進行熱處理及焊接等后續(xù)工藝，而傳統(tǒng)的壓鑄鎂合金絕對力學性能較低，耐腐蝕性及高溫性能較差，均難以滿足汽車結構件對力學性能的要求。目前，國外車企及研究學者已開發(fā)出多種結構件用壓鑄合金，并展開了系統(tǒng)的研究。而國內關于結構件用壓鑄合金的研究鮮有報道，在結構件用壓鑄合金開發(fā)方面基本處于空白，所使用的結構件用壓鑄合金基本依靠進口。因此，亟需自主開發(fā)新型結構件用壓鑄合金，并開展合金工藝-組織-性能之間關系的基礎研究，來應對和滿足國內外汽車用壓鑄結構件的挑戰(zhàn)及需求。另一方面，需針對壓鑄合金廢料及報廢后的壓鑄零件，開展相關研究以其為基礎開發(fā)出新型壓鑄合金進行回收利用。

2.1.3 目標

1）預計到2020年，要達到的目標：

開發(fā)一系列具有自主知識產(chǎn)權的新型高強韌壓鑄鋁合金，及高強度、抗高溫蠕變及耐蝕性良好的鎂合金，使其兼具良好的壓鑄性能及力學性能，并對其工藝-組織-性能之間的關系進行研究分析并建立相應的關聯(lián)關系。

2）預計到2025年，要達到的目標：

基于自主開發(fā)的新型壓鑄鋁、鎂合金，采用先進的壓鑄技術進行鋁、鎂合金結構件的開發(fā)及應用。

3）預計到2030年，要達到的目標：

開發(fā)基于壓鑄合金廢料及報廢后的壓鑄零件為原料的新型壓鑄合金，探索出一條經(jīng)濟、環(huán)保、實用的壓鑄合金回收利用的工藝方法。

2.2 高真空壓鑄技術

2.2.1 現(xiàn)狀

高真空壓鑄技術是在壓鑄過程中抽除型腔內氣體，以消除或減少壓鑄件內的氣孔，提高壓鑄件力學性能和表面質量的一種壓鑄工藝。在高真空壓鑄過程中，型腔處于真空狀態(tài)，紊流的金屬液不再會卷入氣體形成氣孔，從根本上消除了壓鑄零件氣孔的成因。因此，鑄件含氣量得到降低，氣孔率下降，致密度提高；鑄件的整體力學性能得到改進，抗拉強度、伸長率、硬度和密度均有所提高；同時可以滿足熱處理、焊接及耐壓實驗等要求。

當前，真空壓鑄以抽除型腔內氣體的形式為主流，將真空閥裝在模具上，其最大的優(yōu)點在于模具的設計和結構基本上與常規(guī)壓鑄相同，在分型面、推桿配合面、模具型腔鑲拼接合面和沖頭壓室配合面等各處進行密封，只有排氣道的設計和計算有所不同。國外研究了幾種以模具內設置排氣槽和抽氣截流閥為特征的真空壓鑄系統(tǒng)，當壓射沖頭越過壓室澆料口時，模具型腔與真空管道由排氣截流閥接通大流量真空泵，合金液在型腔具有一定負壓的情況下充型。典型的代表有瑞士方達瑞公司研發(fā)設計的雙芯真空閥的真空壓鑄系統(tǒng)，其工作特點是當金屬液開始填充型腔時，真空系統(tǒng)及時對型腔進行大排量的抽氣，當金屬液通過溝槽進入真空閥時，首先沖擊真空啟動閥芯從而觸發(fā)連鎖機構，在極短的時間內關閉真空排氣閥芯實現(xiàn)斷流。這種雙閥芯的主要優(yōu)點是在填充過程能夠實現(xiàn)全程排氣，真空閥在型腔充滿的極短瞬時可靠地關閉，同時實現(xiàn)全程排氣和及時防止金屬液進入真空管道而阻礙抽真空的進行。

國際學術界對真空壓鑄技術的關注過程主要分為兩個方向：型腔排氣建模和鑄件性能分析。在型腔排氣建模方面，大量研究者對壓鑄型腔內金屬液卷氣、通過排氣道抽除型腔氣體的過程進行了數(shù)理建模分析以及模擬計算，并對真空壓鑄的充型和排氣過程進行了建模分析，得出了計算真空閥排氣通道有效截面積的理論公式，定量分析了排氣通道截面積對真空效果的影響規(guī)律。上述工作均為真空壓鑄系統(tǒng)和真空模具的設計提供了理論依據(jù)。

隨著國外真空壓鑄技術的蓬勃發(fā)展，我國國內也有一大批技術工作者對真空壓鑄進行了研究和報道，引入了大量技術文獻。然而國內企業(yè)對真空壓鑄技術應用存在明顯瓶頸，對型腔真空壓力和真空時間的控制不足，普遍停留在真空輔助充型階段，高真空壓鑄工藝有待開發(fā)。受應用程度所限，國內廠家對真空壓鑄的認識，對真空壓鑄工藝減少鑄件缺陷、提升鑄件性能的機理研究亦不夠充分，對這項先進技術的潛力仍需深入挖掘。國內院校、科研機構對真空壓鑄工藝的研究逐漸開展起來，主要分為兩個方向：設備、工藝研發(fā)；鑄件性能研究。前者主要基于國內外相關的真空壓鑄專利技術，以真空系統(tǒng)、真空壓鑄周邊設備、輔材為研發(fā)對象。后者與國外有所區(qū)別，主要集中在真空壓鑄件中氣孔的減少以及組織的細化上，而對真空壓鑄件的焊接、熱處理工藝則鮮有研究，這主要是由于我國的真空壓鑄水平有限，得到的真空壓鑄件中孔洞含量相對較高，尚未達到熱處理及焊接工藝的要求。

2.2.2 挑戰(zhàn)

高真空壓鑄工藝一般要求壓射過程中型腔有效真空壓力＜5 kPa，以大幅度減少鑄件中氣孔的存在，滿足后續(xù)熱處理及焊接工藝的要求。開發(fā)高真空壓鑄工藝的關鍵問題在如何保持型腔有效真空壓力，而此問題的解決則主要在于高真空系統(tǒng)的開發(fā)及其與壓鑄工藝之間的配合問題，即在保證壓射過程中金屬液不損失過多熱量的前提下，提高抽真空效率，以達到高真空狀態(tài)。國內開展的大量真空壓鑄生產(chǎn)及研究案例表明，若無法將充型時刻的型腔真空壓力嚴格控制在一個較低的水平（＜5 kPa），常常只能得到真空壓鑄帶來的輔助充填效果，盡管仍可以觀察到宏觀孔洞缺陷的一定改善，但壓鑄件的可焊性和可熱處理性都難以得到保證，力學性能的提升也并不明顯。現(xiàn)階段國內真空壓鑄技術水平不高，研究不夠深入的主要原因在于，對真空壓鑄中影響型腔真空壓力的諸多環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)深入的理論分析和實驗研究，高真空壓鑄工藝尚不成熟。因此，設計高真空壓鑄系統(tǒng)并使其與壓鑄工藝有效的結合起來，有效地實現(xiàn)高真空壓鑄技術是工業(yè)生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。

另一方面，在前期高真空技術的限制下，壓鑄件的性能也因后續(xù)的熱處理工藝的研究停滯不前而受到限制。在傳統(tǒng)壓鑄條件下，與壓鑄態(tài)相比，在較高的固溶溫度和較長的固溶時間處理下，壓鑄件表面有鼓泡現(xiàn)象出現(xiàn)，從內部組織可以看出，鑄件內部的孔洞存在膨脹擴大現(xiàn)象。而隨著固溶溫度及時間的下降，鑄件的表面鼓泡現(xiàn)象逐漸消失，且內部組織觀察不存在孔洞膨脹現(xiàn)象。因此，對于傳統(tǒng)壓鑄件，國外生產(chǎn)廠家主要采用短時低溫熱處理工藝來提升鑄件性能。而對于高真空壓鑄件，由于基本消除了氣孔的存在，國外生產(chǎn)廠家即可根據(jù)不同需求采取不同的熱處理方式來達到鑄件的要求。鑒于目前我國真空壓鑄技術水平與國外有一定的差距，對真空壓鑄件后續(xù)的熱處理及焊接工藝的研究較少，因此，在學術界及工業(yè)界亟需相關研究，從而為后續(xù)高真空壓鑄件的熱處理及焊接工藝奠定基礎。

2.2.3 目標

1）預計到2020年，要達到的目標：

完成高真空壓鑄系統(tǒng)（＜5 KPa）的研究開發(fā)，建立不同模具型腔特征的抽真空系統(tǒng)的適應性研究。并針對不同高真空系統(tǒng)，完成相應壓鑄工藝參數(shù)的配合研究。

2）預計到2025年，要達到的目標：

結合已建立的高真空壓鑄系統(tǒng)，針對相應零件，建立符合標準的熱處理工藝。并建立相應熱處理工藝與性能之間的聯(lián)系，為日后產(chǎn)品開發(fā)提供參考數(shù)據(jù)。

3）預計到2030年，要達到的目標：

在前期基礎上，建立典型高真空壓鑄件工藝-組織-性能關系數(shù)據(jù)庫，并結合車身結構件需求，實現(xiàn)汽車結構件的自主設計及工藝開發(fā)。

2.3 可溶型芯壓鑄技術

2.3.1 現(xiàn)狀

隨著汽車、通訊電子及航空工業(yè)的發(fā)展，零件的設計越來越復雜，常設計有許多數(shù)量不等、形狀各異的復雜孔或內腔等。這些復雜孔或內腔有些可直接采用機械加工的方法形成，但絕大多數(shù)只能采用鑄造工藝直接形成。而采用傳統(tǒng)的砂型、金屬型、低壓鑄造等，生產(chǎn)效率較低，成本較高，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。因此，國外許多生產(chǎn)廠家利用可溶型芯壓鑄技術來替代其他鑄造工藝，用以生產(chǎn)帶有復雜孔或內腔的零件。采用可溶型芯壓鑄技術是一項簡單易行的工藝措施，可以滿足具有復雜結構的產(chǎn)品要求，成本降低，所生產(chǎn)的鑄件具有尺寸精度高，表面質量好等優(yōu)點[8]。

當前常用的型芯材料及成形工藝主要是針對其他鑄造工藝所開發(fā)設計的，而型芯的質量極大的影響著最終鑄件的質量和性能。常用的型芯有砂芯、塑料型芯、低熔點金屬型芯及無機鹽型芯。其中砂芯成形工藝簡便，但表面較為粗糙；塑料型芯高溫性能較差，低熔點金屬型芯表面質量較好，但成本相對較高；無機鹽型芯可根據(jù)不同要求選擇不同的成形工藝，型芯溶解工藝簡單，但對鑄件表面易造成損傷。型芯的成形工藝主要包括高壓擠壓成形、噴射成形和鑄造+壓實成形，其中：高壓擠壓成形可制備出具有良好力學性能及防潮性能，孔洞含量較少及可進行機加工的型芯，但其缺點是適用于簡單形狀的型芯；噴射成形可制備出形狀較為復雜的型芯，但其缺點是型芯的力學性能及表面質量較差，孔洞含量較多；鑄造+壓實成形可制備出具有良好力學性能及表面質量，且尺寸精度高的型芯，但其缺點是設備投資較大，且耗能較大，型芯成形過程中縮孔較多[9]。

綜上所述，可溶型芯壓鑄技術的應用關鍵是開發(fā)設計出具有優(yōu)良性能且適用于壓鑄生產(chǎn)的可溶型芯材料及其相應的成形工藝。在滿足尺寸精確、表面光潔、可長期儲存、具有良好的力學性能的條件下，如何降低成本，將成為此技術發(fā)展的重中之重。

2.3.2 挑戰(zhàn)

可溶型芯壓鑄技術克服了傳統(tǒng)壓鑄過程中分型面對零件形狀設計過程中的束縛，可大批量、規(guī)?；a(chǎn)具有復雜孔及內腔的零件。這一技術在國外尚處于起步階段，大部分的研究主要集中在型芯材料和成形工藝的選擇、優(yōu)化及開發(fā)，而對于可溶型芯壓鑄技術及所生產(chǎn)的鑄件質量的研究鮮有報道，國內在這方面的工業(yè)基礎及研究工作基本處于空白。由于壓鑄具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟指標優(yōu)良等優(yōu)點，隨著各行業(yè)的發(fā)展，對具有復雜孔及內腔零件的數(shù)量及質量的要求會越來越高，傳統(tǒng)砂型鑄造等將難以滿足需求，因此需要發(fā)展可溶型芯壓鑄技術來應對這方面的挑戰(zhàn)。

2.3.3 目標

1）預計到2020年，要達到的目標：

開發(fā)多種力學性能及成形性能良好的壓鑄用型芯材料，來滿足不同零件的需求。

2）預計到2025年，要達到的目標：

開發(fā)經(jīng)濟指標優(yōu)良，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質量優(yōu)良的壓鑄用型芯成形工藝及設備，來滿足壓鑄型芯大批量的需求。

3）預計到2030年，要達到的目標：

對可溶型芯壓鑄技術進行系統(tǒng)研究，建立技術-應用-成本曲線，并對相應技術進行升級，降低成本。

2.4 智能壓鑄技術

2.4.1 現(xiàn)狀

當前壓鑄產(chǎn)品的設計及生產(chǎn)方案均是運用CAD及CAE相結合的方式，在實際生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎上進行的，而針對實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題則多數(shù)依靠實際經(jīng)驗進行分析并采取措施。隨著“工業(yè)4.0”的提出，智能壓鑄技術也應運而生，歐盟EU-FP7資助的MUSIC項目即是針對壓鑄生產(chǎn)智能控制及自學習系統(tǒng)所設立的，其在產(chǎn)品設計初期采用CAD及CAE相結合的方式，進行壓鑄產(chǎn)品的設計及生產(chǎn)方案的確定，并在實際生產(chǎn)過程中監(jiān)測各生產(chǎn)參數(shù)，包括金屬溶液溫度、含氣量、夾雜物數(shù)量，模具溫度、型腔壓力，壓射速度、壓力和壓鑄各工藝參數(shù)等，通過所監(jiān)測的數(shù)據(jù)來預測產(chǎn)品的質量，并利用其專家系統(tǒng)來給出解決壓鑄過程中所出現(xiàn)問題的解決方案，通過智能控制系統(tǒng)進行相應調整，以獲取優(yōu)良鑄件[10-11]。針對智能壓鑄技術的研究，主要集中在以下幾點：

1）傳感器監(jiān)測系統(tǒng)

壓鑄技術可以規(guī)模化生產(chǎn)優(yōu)質的復雜薄壁零件，但其對工藝參數(shù)較為敏感，理想工藝參數(shù)范圍較小，在實際生產(chǎn)過程中，任何影響實際壓鑄工藝參數(shù)的因素都有可能導致壓鑄廢品率的上升。因此，建立可實時監(jiān)測、靈敏度較高的傳感器監(jiān)測系統(tǒng)是智能壓鑄技術實施的關鍵，是智能壓鑄技術的“感知器官”。而對諸如金屬溶液、壓鑄機參數(shù)、噴涂修整、工藝條件的實時監(jiān)控，無疑對技術的開發(fā)起著重要的作用。

2）專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是智能壓鑄技術的核心環(huán)節(jié)，是智能壓鑄技術的“大腦”。其主要作用是分析傳感器檢測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)其智能化及自認知系統(tǒng)來預測每一次壓鑄過程所生產(chǎn)的零件質量，已實現(xiàn)將廢品自動區(qū)分。另一方面，專家系統(tǒng)還可分析現(xiàn)有壓鑄工藝所存在的問題，根據(jù)實時監(jiān)測的工藝參數(shù)，分析問題出現(xiàn)的原因，并根據(jù)現(xiàn)實的可操作性給出相應的解決措施。目前，歐盟的MUSIC項目已針對AUDI公司的減震塔零件建立了相應的系統(tǒng)。

3）智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是智能壓鑄技術的終端控制系統(tǒng)，是智能壓鑄技術的“效應器”。其主要是執(zhí)行專家系統(tǒng)分析問題后所給出的解決措施。國外已經(jīng)可以對金屬溶液含氫量，壓鑄生產(chǎn)過程中的噴涂過程以及真空壓鑄過程中型腔中的濕度等進行智能控制。如專家系統(tǒng)可通過分析金屬溶液中含氫量的變化，借助智能控制系統(tǒng)的操控，開啟除氣裝置，并根據(jù)含氫量調整每一次除氣處理的參數(shù)；專家系統(tǒng)通過分析鑄型表面溫度采集系統(tǒng)所采集的鑄型表面溫度變化，并結合理想的鑄型表面溫度變化，調整每一次壓鑄過程中噴涂階段所需的時間及噴涂量等參數(shù)，通過智能控制系統(tǒng)來控制噴涂階段，以達到較為理想的鑄型表面溫度等[12]。

2.4.2 挑戰(zhàn)

當前，隨著人力成本的上升以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各國均在大力發(fā)展智能制造技術。尤其是歐盟，其在“工業(yè)4.0”的基礎上，針對壓鑄行業(yè)提出“HPDC foundry 4.0”，并設立MUSIC（金屬壓鑄成形及塑料注塑成形多層次智能化控制及自認知系統(tǒng)）項目，聯(lián)合16家單位（包括高校、軟件公司、傳感器公司及壓鑄件終端使用商等）開展了為期4年的研究開發(fā)工作，內容包括傳感器監(jiān)測系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)等。相比之下，我國壓鑄行業(yè)整體水平不高，自動化程度較低，雖然已有相關傳感器對壓鑄過程進行監(jiān)測，但在數(shù)據(jù)分析和智能控制階段基本處于空白。隨著我國《中國制造2025》的提出，作為規(guī)?；a(chǎn)且勞動密集型產(chǎn)業(yè)的壓鑄行業(yè)，勢必要在智能化制造方面進行大的變革，來提升壓鑄行業(yè)的技術水平。因此，在硬件開發(fā)、軟件數(shù)據(jù)處理及分析等方面均面臨著較大的挑戰(zhàn)，如傳感器監(jiān)測系統(tǒng)中的溫度、壓力等傳感器設計及制造，智能控制系統(tǒng)中澆料機械人、噴涂機器人的控制和專家系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理及分析軟件的開發(fā)等。

2.4.3 目標

1）預計到2020年，要達到的目標：

實時生產(chǎn)參數(shù)的精準化，即時化及集成化。即實現(xiàn)生產(chǎn)過程中，能即時精確的獲取實際生產(chǎn)的各相條件及參數(shù)，并對所獲數(shù)據(jù)進行即時集中處理，以供分析。

2）預計到2025年，要達到的目標：

建立壓鑄專家系統(tǒng)，針對不同參數(shù)變化，條件更改，及時作出準確有效的指令，并反饋至壓鑄機及周邊設備中，精準調節(jié)。

圖1 高壓鑄造技術路線圖

3）預計到2030年，要達到的目標：

設計開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的智能壓鑄集成技術，并針對不同壓鑄設備進行配套。最大程度實現(xiàn)壓鑄生產(chǎn)過程的無人化及智能化，提升壓鑄技術水平，加快壓鑄產(chǎn)業(yè)升級。

3 技術路線圖

高壓鑄造技術路線圖如圖1所示。