我國擠壓鑄造技術的研究現狀及展望

岳琳清

（太原科技大學材料科學與工程學院，山西 太原 030000）

30年代前，擠壓鑄造技術就已出現，而且我國是擠壓鑄造技術的研究參與者之一。50年代至今，擠壓鑄造技術歷經了工藝摸索、理論鉆研、生產應用、快速發展、穩定發展再到急速發展幾個階段，并且在其中最為關鍵的設施就是擠壓鑄造設備。擠壓鑄造設備能有效的提升鑄件的補縮能力、成形能力等性能，還能對鑄件的缺陷進行高效的處理，使擠壓鑄造工藝水平大大提高，并且能夠節約一定的資源，得到普遍應用。

相應的學術組織在國內建立，并定期開展學術活動。1981年7月，“黑色金屬液態模鍛學術討論會”在山東省即墨縣召開，由哈爾濱工業大學主辦。2014年11月，中國鑄造學會壓鑄專業委員會聯合中國兵工學會擠壓鑄造專業委員會、中國塑性工程學會半固態加工委員會和《特種鑄造及有色合金》雜志社，召開了十幾次以“中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態加工”為主題的學術會議。美國、德國、日本等發達國家是擠壓鑄造技術發展較快的國家，其中，新型的擠壓鑄造設備已被日本成功研制出，對于我國擠壓鑄造水平的提升是巨大的。隨著我國科技實力的增強，使我國在研制擠壓鑄造設備上取得重大進展，與世界工藝水平之間的差距縮小了很多，但是，與西方發達國家相比，我國對于擠壓鑄造技術的研發仍然處于落后水平，這也是我國擠壓鑄造工藝水平不高的主要原因之一。

1 擠壓鑄造技術的研究現狀

1.1 擠壓鑄造基礎理論研究

在齊丕驤的《擠壓鑄造》一書中，他準確地闡述了壓力對合金狀態、熱物理參數、晶核的長大、形成以及對顯微組織細化等方面的影響，得出的結果與實驗觀測結果基本相吻合，這對從事擠壓鑄造研究人員具有深刻的指導意義。羅守靖在《鋼質液態模鍛》書中，從4種塑性流動方式在鑄、鍛不同研究方向下的分析，證明了其理論分析的正確性。羅繼相通過實驗證明，壓力與宏觀晶粒長大速度之間存在著一定的關系，他認為，壓力對晶粒長大速度的影響符合特定的表達式，而且，壓力的大小同時受到合金成分、形核增長率及其長大速度的影響。

1.2 擠壓鑄造設備的現狀分析

擠壓鑄造流程中起著關鍵作用的就是擠壓鑄造壓力機。在早期，大部分企業并沒有單獨的擠壓鑄造機，而是用操作要求一致、性能基本相同的常規壓力機來替代。隨著鑄造工藝的發展，鑄件對壓鑄機的要求越來越高，以往的壓力機達不到日前生產的要求，因此，大部分企業家逐漸開始采用擠壓鑄造壓力機，被各大企業廣泛應用。

擠壓鑄造分為直接法和間接法兩種，同時，又可以根據機械運動中擠壓鑄造機在合模和壓射作用下進行位置的不同，把他們分成3大類，第1大類為VV型，即合模作用和壓射作用是垂直進行；第2大類型為HV型，即在水平位置進行合模，在垂直位置開展壓射；第3大類型為HH型，即在水平位置進行合模與壓射。以下將重點介紹這3大類擠壓鑄造壓力機械。

1.2.1 VV型擠壓鑄造機

這一類型的壓力機與傳統的壓力機在性能上基本一致，構造比較簡單且生產成本較低，因此，在市場中的應用也最為廣泛，目前VV型的擠壓鑄造機的技術最為成熟。例如，日本的宇部公司開發的VSC系列的擠壓鑄造機如VSC315和VSC500等都是在此基礎上開發出來的一系列產品。與其它類型的擠壓鑄造機相比，VV型結構擠壓鑄造機雖有一系列的優勢，但有一個問題大大限制了其發展，那就是隨著VV型結構擠壓構造機容量的增大，其重量、高度和占地面積等都會增加，這就使得其不易放置和移動。我國在VV型結構的擠壓鑄造機方面具有較大的進步，有些已經被世界廣泛認可。例如，江蘇某股份公司就研制了2種大噸位、技術先進的VV型壓力機：SCV-800A與SCV-2000。這2種擠壓鑄造機運用工作原理簡單的側擺式壓射系統，在合模狀態下進行鑄件澆注，不僅提高了工件鑄造的速率，而且使設備整體的自動化程度大幅度的提升。這2種擠壓鑄造機的成功研制，促進了大噸位擠壓鑄造機技術的發展，推動我國的擠壓鑄造機工藝向前邁了一大步。

1.2.2 HV 型擠壓鑄造機

HV型擠壓鑄造機最早在1980年被研制成功。其合模和壓射過程分別在水平和垂直的方向上獨立運行。這樣不僅基本解決了大型鑄件出產過程中鎖模力不足的問題，而且，還大大降低了大噸位設備的高度，減少了設備的存儲空間。所以一般在大型鑄造的整個階段當中，此類擠壓鑄造機幾乎是所有廠家的首選。目前，該類型擠壓鑄造機已在全球范圍內被廣泛使用，簡而言之，HV型擠壓鑄造機的工作效果也得到了大家的認可。例如，韓國2003年生產的HVSC450和HVSC865型號擠壓鑄造機，以及DXHV350擠壓鑄造機等運用電磁泵將金屬液傳送出去，并在此過程中，能夠將金屬液氧化的風險降至最低，并且提高了工作效率。

1.2.3 HH 型擠壓鑄造機

HH型擠壓鑄造機研制出來的時間較晚，這也就意味著該種類型的擠壓鑄造機的科學技術含量最高。在傳統的擠壓鑄造機中，壓室一般會水平放置，這就使得壓室內的空氣不易排出，而空氣不能及時排出，就會導致金屬液被氧化，對鑄件的質量造成不利影響。HH 型擠壓鑄造機就很好的解決了這個問題，美國的Buhler公司用來避免氣體與金屬液接觸的方法，是在壓射過程中對沖頭進行控制，荷蘭的Prince Machine公司則在控制澆注過程中，通過嚴格控制澆筑金屬液的數量，將空氣擠出金屬液，防治其被氧化，這類技術廣泛應用于HH型擠壓鑄造機中，大大提高了其鑄造工藝的效率和質量。

2 我國擠壓鑄造技術的發展前景分析

2.1 大量應用于軍工產品中

國防工業的發展使得軍工產品的需求量越來越大，在這種形勢下，高成本開發出來的產品已進入大量生產的階段。但是，之前軍工產品中的大部分零件都是采取鍛造制坯，再利用特定的機器加工成要求的形狀，這種生產流程不但耗費更長的時間，還會增加材料的使用，導致成本進一步增加。所以，為了保證生產效率的有效提升，就必須在傳統的方式中融入現代科技，從而降低成本，搶占市場份額，擴大市場需求。

2.2 我國應積極研發擠壓鑄造機虛擬工藝，優化擠壓鑄造器械的構造

目前中國很大部分的擠壓鑄造機都不是原裝的設備，而是將傳統的擠壓鑄造機進行優化和改造，讓其改變構造老舊、運行速率低而且出產的鑄件質量不高的不利局面。據資料表明，我國新開發的壓鑄機設計方案多數是對以往的舊方案進行小幅度的調整，對于以往的擠壓鑄造機存在的問題并沒有得出很好的改進方案，因此，在實際生產中仍存在很多問題。隨著互聯網技術的發展，虛擬技術的應用越來越廣泛，這也為優化擠壓鑄造設備的設計提供了技術支持。我們可以利用計算機技術，設計虛擬擠壓鑄造機的方案，以提高設備的研發速率，優化設備結構，節省成本。

2.3 開發擠壓鑄造模擬軟件

目前世界上的鑄造模擬軟件在對連續擠壓時零件的微量變形和補縮描述領域仍存在空白區。但是該步驟對鑄件質量、模具壽命、生產效率等均具有重要的影響。我國可以從這個角度著手，發展我國特有的擠壓鑄造機設備技術。

參考文獻：

[1]齊丕驤．面向21世紀的擠壓鑄造技術[J]．特種鑄造及有色合金，1998，18(4):32-36．

[2]羅繼相．我國擠壓鑄造技術的回顧及展望[J]．鑄造，2003，(1):1-6．

[3]廖緒欽．臥式擠壓鑄造設備關鍵技術的研究[D]．廣州：華南理工大學，2012．

[4]齊丕驤．擠壓鑄造技術的最新發展[J]．特種鑄造及有色合金,2007，27(9)：688-694．

[5]鄧建新，邵明，游東東．擠壓鑄造設備現狀及發展分析[J]．鑄造，2008，57(7)：643-646．

[6]羅守靖．鋼質液態模鍛[M]．哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社，1990．

[7]羅繼相，潘利波，潘欣．擠壓力對晶體生長速度及枝晶間距的影響[J]．特種鑄造及有色合金，2002，12(5):35-37．

[8]宋雷，邵明，游東東．擠壓鑄造設備的研究進展與發展趨勢[J]．鑄造，2010，59(10)：1039-1043．

[9]齊丕驤．我國擠壓鑄造機的現狀與發展[J]．特種鑄造及有色合金，2010，30(4)：305-308．

[10]張文禮，許子年．創新讓三基成為國內行業的領跑者[J]．中國機電工業，2011,(11)：117-118．

[11]陳金城，翟春泉．快速成長中的中國壓鑄機制造業[J]．特種鑄造及有色合金，2010，30(9)：814-818．

[12]牛曉峰，穆彥青，梁偉等．基于近似因子分解法的擠壓鑄造充型過程數值模擬[J]．熱加工工藝，2014，43（3）：59-61．