金屬材料的擠壓鑄造成型技術(shù)及其應(yīng)用

王偉 曹連富 楊德黨

摘 要：金屬擠壓鑄造成形是一種加壓成形方法，廣泛應(yīng)用于國防、汽車、航空航天、家電、儀器儀表等行業(yè)，尤其是用于高性能零部件的生產(chǎn)。它結(jié)合了塑性加工和鑄造的優(yōu)點(diǎn)，有著生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)效率高、零件加工量少等特點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：金屬材料;擠壓鑄造成型技術(shù);應(yīng)用

擠壓鑄造成形技術(shù)又稱液態(tài)模鍛，分為直接擠壓鑄造和間接擠壓鑄造。直接擠壓鑄造是將熔融態(tài)金屬或半固態(tài)金屬直接注入敞口模具，隨后閉合模具，并施以高壓，使已凝固的金屬產(chǎn)生塑性變形，未凝固金屬承受等靜壓同時發(fā)生高壓凝固，最后獲得制件或毛坯的方法。間接擠壓鑄造是指熔融態(tài)金屬或半固態(tài)合金通過沖頭施加的高壓，在密閉的模具型腔內(nèi)結(jié)晶凝固成型，最后獲得制件或毛坯的方法。擠壓鑄造成形技術(shù)具有材料利用率高、鑄件組織致密性好、力學(xué)性能高于其他鑄造方法所得鑄件的力學(xué)性能、尺寸精度高、加工量少等特點(diǎn)。

1 擠壓鑄造特點(diǎn)及實(shí)用范圍

因?yàn)閿D壓鑄造主要是使得液態(tài)金屬在較大的機(jī)械壓力下實(shí)現(xiàn)結(jié)晶，所以，其特點(diǎn)主要呈現(xiàn)以下：

（1）擠壓鑄造可以對鑄件當(dāng)中的氣孔以及縮孔和縮松等缺陷消除，使得其產(chǎn)生局部塑性變形，確保鑄件組織能夠緊密。并且在壓力下結(jié)晶，有著較為顯著的細(xì)化晶粒，對凝固速度加快和確保組織均勻化的作用，所以，擠壓鑄件力學(xué)性能通常大于其他的普通鑄件，可以達(dá)到相同種類合金的鍛件水平，同時對鍛件中所存在的各向異性問題不會存在。因此，擠壓鑄造是現(xiàn)階段能夠提供質(zhì)量良好以及力學(xué)性能高的鑄件加工生產(chǎn)工藝。

（2）擠壓鑄件其表面粗糙度低以及尺寸良好，其水平可以達(dá)到壓鑄件的水平。液態(tài)金屬在高壓下成型凝固，使得鑄件和型腔壁可以緊密的貼合。

（3）擠壓鑄件在凝固當(dāng)中，各個部分都是在壓應(yīng)力狀態(tài)，這對于鑄件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮和避免裂縫產(chǎn)生非常有利。因此，擠壓鑄造自身的工藝適應(yīng)性很強(qiáng)，采用的合金不會受到鑄件性能好壞對其的影響，其不但可以生產(chǎn)性能良好的鑄造合金，還可以對于一些性能較低的變形合金進(jìn)行鑄造[2]。

（4）可以很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)械和自動化，將人員的勞動強(qiáng)度大大的降低，將車間勞動條件可以很好的改善。并且，擠壓鑄造一般不會產(chǎn)生澆冒口，毛坯的精度較高，鑄造尺寸也準(zhǔn)確，所以在金屬采用生產(chǎn)制作中的利用率是非常的高，可將金屬材料生產(chǎn)加工切削量減少。因此，這對于生產(chǎn)成本的降低以及生產(chǎn)效率的提升非常有利。和一些重力鑄造比較，其可以將鑄件的質(zhì)量提升，降低廢品率。

（5）擠壓鑄造主要就是采用壓力進(jìn)行補(bǔ)縮，工藝在實(shí)際的應(yīng)用中會受到很大的影響。相對于一些薄壁零件和結(jié)構(gòu)就較為復(fù)雜的零件，由于鑄件的冷凝速度比較快，甚至沒有加壓就已經(jīng)凝固，除此之外，直接擠壓鑄造一般無澆冒口系統(tǒng)，所澆筑的金屬成型之后就是鑄件。

2.其適用范圍

（1）在材料種類方面適用性較廣，可用于生產(chǎn)各種類型的合金，如鋁合金、鋅合金、銅合金、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、不銹鋼等。

（2）對于一些復(fù)雜且性能上有一定要求的零件，采用擠壓鑄造合適。因?yàn)閿D壓鑄造既能容易成形，又能保證產(chǎn)品性能的要求。

3金屬材料擠壓鑄造成形技術(shù)的應(yīng)用

擠壓鑄造成形技術(shù)由于其工藝特點(diǎn)以及對鑄件性能的改善，在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用，已成為生產(chǎn)高檔有色零件的重要方法。

3.1 在國防工業(yè)中的應(yīng)用

我國兵器工業(yè)總公司兵器科學(xué)研究院五二研究所長期以來致力于擠壓鑄造成形技術(shù)的研究，并把它應(yīng)用于兵器工業(yè)中許多零部件的生產(chǎn)，取得良好效果[6]。應(yīng)用的零件有：輕型戰(zhàn)車負(fù)重輪、彈體風(fēng)帽、追擊炮下體、導(dǎo)彈二級舵面等。導(dǎo)彈二級舵面性能要求高，原工藝為胚料鍛造后機(jī)加工，由于外形復(fù)雜，機(jī)加工須在三坐標(biāo)數(shù)控加工中心上才能完成，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，且材料浪費(fèi)很大，造成生產(chǎn)成本居高不下。使用擠壓鑄造工藝既簡化了工藝，又大大節(jié)約了成本，是擠壓鑄造應(yīng)用的典型實(shí)例[7]。

3.2 在汽車摩托車行業(yè)中的應(yīng)用

擠壓鑄造成形技術(shù)在汽車摩托車行業(yè)中的應(yīng)用很普遍。典型的例子是制造活塞毛坯，第一汽車制造廠和東風(fēng)汽車制造廠已多年使用擠壓鑄造生產(chǎn)活塞，可生產(chǎn)直徑90mm～190mm的各類活塞[8]。汽車制動器缸體是擠壓鑄造應(yīng)用的另一個例子。由于其性能要求高，原來基本使用金屬型鑄造或低壓鑄造生產(chǎn)，加工量大，廢品率高，浪費(fèi)大量材料，生產(chǎn)成本高。采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)后，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也降低了成本，取得很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在摩托車減振器套管上的應(yīng)用是同樣的道理。此外，還有很多在汽車、摩托車零部件上使用的例子，如汽車摩托車鋁輪轂、汽車發(fā)動機(jī)油管、制動器卡鉗、摩托車蹄塊等。

3.3 擠壓鑄造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展

擠壓鑄造成型技術(shù)在使用時主要依靠的仍舊是擠壓鑄造機(jī)，此種設(shè)備的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：其一就是在使用過程中，對于高精準(zhǔn)程度的重視，從而開發(fā)了液壓控制閥門以及閉環(huán)系統(tǒng)的壓射控制功能;其二就是此種設(shè)備還具備了極為高效的澆筑功能，便于材料的成型效率提升;其三就是合模機(jī)構(gòu)效率的提升。

擠壓鑄造設(shè)備的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)于此種設(shè)備自身的使用范圍較廣，通過最為基礎(chǔ)的技術(shù)研發(fā)，從而對原始設(shè)備進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，拓寬了設(shè)備的成型速度，以及擠壓鑄造成型過程中的使用范圍。比如冬至機(jī)械公司就通過技術(shù)的不斷創(chuàng)新，對擠壓鑄造設(shè)備進(jìn)行高精準(zhǔn)程度的研發(fā)，從而使得在擠壓鑄造工序?qū)嵤┻^程中，擠壓速度達(dá)到了每秒0.05米乃至每秒13米的程度;以及對擠壓鑄造模式的合鎖方法進(jìn)行創(chuàng)新，當(dāng)前普遍用于工業(yè)制造的壓鑄機(jī)有缸式的、混合式等多種功能型的擠壓鑄造機(jī)。最后就是此種設(shè)備的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)能夠完成擠壓鑄造成型的整個工序，從而對擠壓鑄造機(jī)完成整個工序的實(shí)時控制效果，將控制系統(tǒng)從原始的運(yùn)行控制轉(zhuǎn)化為智能總成控制系統(tǒng)，優(yōu)化了擠壓鑄造設(shè)備的使用成效。

結(jié)語

總之，不管什么工藝技術(shù)，其自身有存在著相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這就需要我們和時代的發(fā)展腳步相隨。當(dāng)前，我國還不能完全自主研發(fā)制造擠壓鑄造成型機(jī)器來滿足行業(yè)需求，在極大程度上限制了我國擠壓制造工藝的提升。所以，加大投入研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的擠壓鑄造成型設(shè)備和工藝是提升我國擠壓鑄造技能的有效方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]高金茂.擠壓鑄造成形技術(shù)在金屬材料上的應(yīng)用研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（01）：4.

[2]王成軍，韓董董，陳蕾，蔣遠(yuǎn)遠(yuǎn).振動技術(shù)在金屬材料鑄造成形中的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 河北科技大學(xué)學(xué)報，2014（03）：229-232.

[3]付明，李英杰. 試論振動技術(shù)在金屬材料鑄造成形中的應(yīng)用與發(fā)展[J].裝備制造，2014（S2）：61+58.

作者簡介：

王偉 漢族 籍貫遼寧省阜新市海州區(qū) 1998.07.29 金屬材料工程

（遼寧科技學(xué)院 ?遼寧 ?本溪 ?117004）