擠壓鑄造成形技術在金屬材料上的應用研究

高金茂

摘 要：金屬材料多種多樣，不同金屬材料其性能又各不相同，一些金屬材料具有高強度、加工方便、優良減震性能等諸多優點，目前已經廣泛應用于我國各行各業當中，例如精密科學實驗設備、醫療器械、汽車電子、航空航天、大型工業設備等等。首先對擠壓鑄造成形技術進行分析，然后舉例描述擠壓成形技術在金屬材料上的應用，最后分析金屬材料擠壓鑄造未來發展趨勢。

關鍵詞：擠壓鑄造；金屬材料；應用研究；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.004

0 前言

擠壓鑄造根據具體工作形式又可以稱作液態模鍛，簡單來講擠壓鑄造技術就是將金屬液化后注入提前制作好的模型，通過施加高壓使液態金屬在機械壓力下凝固，逐漸成型的技術。擠壓鑄造有許多優勢，和其他常用鑄造模式相比，首先擠壓鑄材料選擇范圍廣，可以選擇鋁合金、鎂合金、鈦合金等；其次，對于金屬的利用率十分高，直接擠壓鑄造可以將金屬利用率控制在95%以上；另外，擠壓鑄造成形的鑄件組織均勻、表面光滑、精度高、力學性能優良。和另外一種工業上經常使用的蘇醒成形法對比，擠壓鑄造成形技術過程簡單、成形效果好、可以制造復雜形狀零件等優勢。擠壓鑄造成形技術在金屬材料上的使用已經廣泛應用于各行各業之中，航空航天、航母戰斗機群、汽車家電等領域。

1 擠壓鑄造成形技術概述

擠壓鑄造成形技術經歷了將近一個世紀的發展，其起源于二十世紀三十年代的前蘇聯，擠壓鑄造成形技術比壓鑄成形技術晚了一個世紀左右的時間，我國擠壓鑄造技術起步較晚，發展過程先由部分高校和科研院所開展理論基礎的攻關研究，對于工藝參數、模具等邊摸索邊設計，不斷開發設計新產品，其中佼佼者如哈爾濱工業大學、五二研究所等單位。此階段過后我國進入了擠壓鑄造成形技術的大發展時期，特別是在這期間間接鑄造技術的攻克與掌握，使我國擠壓鑄造成形技術得到了飛速的發展，之前無法完成的鑄件壁厚大問題、形狀復雜等難題都輕松得到了解決，此方法的掌握大大拓寬了擠壓鑄造成形技術使用范圍。目前我國汽車行業發展迅速，利用擠壓鑄造成形技術使得鋁合金輪轂應用不再困難，另外還能生產更高質量的發動機變速箱金屬零件，反過來又推動了擠壓鑄造業的發展。

2 擠壓鑄造成形技術分類

擠壓鑄造成形技術工藝流程一般是鑄型準備-澆筑-加壓-取件四個步驟。根據實際加壓方式不同，擠壓鑄造成形技術可以分為兩種，一種是起步較早的直接擠壓鑄造成形技術，于此相對的就是起步較晚的間接擠壓鑄造成形技術。

通過分析可以發現兩者明顯的不同之處，直接擠壓鑄造成形技術是利用直接擠壓產生壓力，合型操作過程直接通過擠壓鑄形，使液體金屬填滿整個腔體，然后繼續升壓并且保持壓力直到液態金屬全部凝固為止。此時，液態金屬已經凝固為需要鑄件。直接擠壓鑄造成形技術是將壓力直接施加到整個鑄件表面，此種方法和金屬模鍛類似，加壓效果好，塑形變形大，不需要澆冒口。

間接擠壓工藝和壓鑄工藝有所相似，都是通過擠壓形成沖頭，這種方式除了將金屬壓入型腔外，還要通過內澆道將壓力作用在鑄件上面，這種方法形成的鑄件尺寸精度高。通過分析可以看出間接擠壓鑄造成形只是通過沖頭加壓于鑄件的一部分，所以這種方式和直接擠壓鑄造的缺點是加壓效果會比較差，另外鑄件上還要有內澆道以及料柄，所以金屬利用率就低于直接擠壓鑄造形式，間接擠壓鑄造用于產量大、形狀復雜鑄件較為合適。

3 擠壓鑄造成形技術在金屬材料上的應用

3.1 鋁合金擠壓鑄造成形技術研究

常見鋁合金擠壓鑄造工藝有汽車活塞擠壓鑄造、汽車輪轂擠壓鑄造、高壓齒輪泵殼擠壓鑄造、管鉗柄擠壓鑄造等。

活塞生產工藝分為兩種，一種是鍛造方法，一種是鑄造方法。兩種方法比較，鍛造要比鑄造耐熱性能好、抗疲勞強度大，更適合一些高性能發動機，但是鍛造方法生產過程復雜，需要配置重型設備，生產成本要比鑄造方法高很多。擠壓鑄造活塞的出現很好地解決了上述問題，即不必像鍛造方法配置大型工藝設備，降低了投資；同時又避免了金屬鑄造或者低壓鑄造出現的性能問題。擠壓鑄造方法提高了金屬利用率，節約了能源，使勞動環境得到了改善，縮短了活塞制造周期。

擠壓鑄造鋁合金輪轂技術出現，逐漸代替了原始的鑄造方法，很多汽車零部件生產廠商引進擠壓鑄造鋁合金輪轂技術，并慢慢地形成了一定規模。擠壓鑄造鋁合金輪轂相比較其他生產方法存在諸多優勢，首先工藝生產線更加簡單，設備投資減少，生產效率提高；其次，擠壓鑄造鋁合金輪轂質量好，更加耐用，受到市場的青睞，在市場競爭中可以占據更大的主動性。

3.2 鎂合金擠壓鑄造成形技術研究

鎂合金擠壓鑄造技術逐漸成為人們研究的重點，主要是因為與鑄造鎂合金相比，擠壓鑄造擁有更優的力學性能。擠壓鑄造鎂合金產品綜合性能得到了質的飛越，克服了鑄造鎂合金產品的組織缺陷，為性能要求高、形狀復雜部件帶來了機遇。但是受限于我國工藝水平，目前還沒有成熟的擠壓鎂合金技術，在實際生產過程中出現了一些產品問題，比如產品質量不穩定、有氣泡、有裂紋，力學性能不足夠穩定等情況。

隨著高新技術發展，由鎂合金形成高端緊密儀器設備已經在發達國家得到普遍應用，但是我們國內目前還是傳統鑄造方法和金屬鑄造方法較多，對于精密儀器設備成形技術明顯水平不夠。隨著技術的發展以及能源緊張問題，鎂合金必然成為日后擠壓鑄造領域的重要原材料，大力發展鎂合金擠壓鑄造成形技術對于我國在合金應用領域有著舉足輕重的意義。

4 結語

任何的工藝技術都存在優缺點，需要與時代相配合不斷發展。目前而言，制約我國擠壓鑄造成形技術發展的主要問題是：落后的擠壓鑄造設備技術難以滿足更高性能產品的需求以及更高的工藝水準。目前為止我國還沒有完全自主研發的擠壓鑄造機適應行業需求的擠壓鑄造工藝，在很大程度上制約了我國擠壓制造水平的提高。因此，加大投入開發我國自主知識產權的擠壓鑄造設備及工藝是提高我國擠壓鑄造水平的有效途徑，也是我國擠壓鑄造行業發展的當務之急。

參考文獻：

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