金属材料的挤压铸造成型技术及其应用

王伟 曹连富 杨德党

摘 要：金属挤压铸造成形是一种加压成形方法，广泛应用于国防、汽车、航空航天、家电、仪器仪表等行业，尤其是用于高性能零部件的生产。它结合了塑性加工和铸造的优点，有着生产流程短、生产效率高、零件加工量少等特点，具有广阔的发展前景。

关键词：金属材料;挤压铸造成型技术;应用

挤压铸造成形技术又称液态模锻，分为直接挤压铸造和间接挤压铸造。直接挤压铸造是将熔融态金属或半固态金属直接注入敞口模具，随后闭合模具，并施以高压，使已凝固的金属产生塑性变形，未凝固金属承受等静压同时發生高压凝固，最后获得制件或毛坯的方法。间接挤压铸造是指熔融态金属或半固态合金通过冲头施加的高压，在密闭的模具型腔内结晶凝固成型，最后获得制件或毛坯的方法。挤压铸造成形技术具有材料利用率高、铸件组织致密性好、力学性能高于其他铸造方法所得铸件的力学性能、尺寸精度高、加工量少等特点。

1 挤压铸造特点及实用范围

因为挤压铸造主要是使得液态金属在较大的机械压力下实现结晶，所以，其特点主要呈现以下：

（1）挤压铸造可以对铸件当中的气孔以及缩孔和缩松等缺陷消除，使得其产生局部塑性变形，确保铸件组织能够紧密。并且在压力下结晶，有着较为显著的细化晶粒，对凝固速度加快和确保组织均匀化的作用，所以，挤压铸件力学性能通常大于其他的普通铸件，可以达到相同种类合金的锻件水平，同时对锻件中所存在的各向异性问题不会存在。因此，挤压铸造是现阶段能够提供质量良好以及力学性能高的铸件加工生产工艺。

（2）挤压铸件其表面粗糙度低以及尺寸良好，其水平可以达到压铸件的水平。液态金属在高压下成型凝固，使得铸件和型腔壁可以紧密的贴合。

（3）挤压铸件在凝固当中，各个部分都是在压应力状态，这对于铸件实现补缩和避免裂缝产生非常有利。因此，挤压铸造自身的工艺适应性很强，采用的合金不会受到铸件性能好坏对其的影响，其不但可以生产性能良好的铸造合金，还可以对于一些性能较低的变形合金进行铸造[2]。

（4）可以很好的实现机械和自动化，将人员的劳动强度大大的降低，将车间劳动条件可以很好的改善。并且，挤压铸造一般不会产生浇冒口，毛坯的精度较高，铸造尺寸也准确，所以在金属采用生产制作中的利用率是非常的高，可将金属材料生产加工切削量减少。因此，这对于生产成本的降低以及生产效率的提升非常有利。和一些重力铸造比较，其可以将铸件的质量提升，降低废品率。

（5）挤压铸造主要就是采用压力进行补缩，工艺在实际的应用中会受到很大的影响。相对于一些薄壁零件和结构就较为复杂的零件，由于铸件的冷凝速度比较快，甚至没有加压就已经凝固，除此之外，直接挤压铸造一般无浇冒口系统，所浇筑的金属成型之后就是铸件。

2.其适用范围

（1）在材料种类方面适用性较广，可用于生产各种类型的合金，如铝合金、锌合金、铜合金、灰铸铁、球墨铸铁、碳钢、不锈钢等。

（2）对于一些复杂且性能上有一定要求的零件，采用挤压铸造合适。因为挤压铸造既能容易成形，又能保证产品性能的要求。

3金属材料挤压铸造成形技术的应用

挤压铸造成形技术由于其工艺特点以及对铸件性能的改善，在各行各业都得到广泛应用，已成为生产高档有色零件的重要方法。

3.1 在国防工业中的应用

我国兵器工业总公司兵器科学研究院五二研究所长期以来致力于挤压铸造成形技术的研究，并把它应用于兵器工业中许多零部件的生产，取得良好效果[6]。应用的零件有：轻型战车负重轮、弹体风帽、追击炮下体、导弹二级舵面等。导弹二级舵面性能要求高，原工艺为胚料锻造后机加工，由于外形复杂，机加工须在三坐标数控加工中心上才能完成，生产工艺复杂，生产周期长，且材料浪费很大，造成生产成本居高不下。使用挤压铸造工艺既简化了工艺，又大大节约了成本，是挤压铸造应用的典型实例[7]。

3.2 在汽车摩托车行业中的应用

挤压铸造成形技术在汽车摩托车行业中的应用很普遍。典型的例子是制造活塞毛坯，第一汽车制造厂和东风汽车制造厂已多年使用挤压铸造生产活塞，可生产直径90mm～190mm的各类活塞[8]。汽车制动器缸体是挤压铸造应用的另一个例子。由于其性能要求高，原来基本使用金属型铸造或低压铸造生产，加工量大，废品率高，浪费大量材料，生产成本高。采用挤压铸造工艺生产后，不仅提高了产品质量，也降低了成本，取得很好的经济和社会效益。在摩托车减振器套管上的应用是同样的道理。此外，还有很多在汽车、摩托车零部件上使用的例子，如汽车摩托车铝轮毂、汽车发动机油管、制动器卡钳、摩托车蹄块等。

3.3 挤压铸造设备技术应用优势及发展

挤压铸造成型技术在使用时主要依靠的仍旧是挤压铸造机，此种设备的优势主要表现为以下几点：其一就是在使用过程中，对于高精准程度的重视，从而开发了液压控制阀门以及闭环系统的压射控制功能;其二就是此种设备还具备了极为高效的浇筑功能，便于材料的成型效率提升;其三就是合模机构效率的提升。

挤压铸造设备的发展趋势主要体现于此种设备自身的使用范围较广，通过最为基础的技术研发，从而对原始设备进行技术研发，拓宽了设备的成型速度，以及挤压铸造成型过程中的使用范围。比如冬至机械公司就通过技术的不断创新，对挤压铸造设备进行高精准程度的研发，从而使得在挤压铸造工序实施过程中，挤压速度达到了每秒0.05米乃至每秒13米的程度;以及对挤压铸造模式的合锁方法进行创新，当前普遍用于工业制造的压铸机有缸式的、混合式等多种功能型的挤压铸造机。最后就是此种设备的控制系统，控制系统能够完成挤压铸造成型的整个工序，从而对挤压铸造机完成整个工序的实时控制效果，将控制系统从原始的运行控制转化为智能总成控制系统，优化了挤压铸造设备的使用成效。

结语

总之，不管什么工艺技术，其自身有存在着相应的优点和缺点，这就需要我们和时代的发展脚步相随。当前，我国还不能完全自主研发制造挤压铸造成型机器来满足行业需求，在极大程度上限制了我国挤压制造工艺的提升。所以，加大投入研发自主知识产权的挤压铸造成型设备和工艺是提升我国挤压铸造技能的有效方法。

参考文献：

[1]高金茂.挤压铸造成形技术在金属材料上的应用研究[J].山东工业技术，2017（01）：4.

[2]王成军，韩董董，陈蕾，蒋远远.振动技术在金属材料铸造成形中的应用与发展[J]. 河北科技大学学报，2014（03）：229-232.

[3]付明，李英杰. 试论振动技术在金属材料铸造成形中的应用与发展[J].装备制造，2014（S2）：61+58.

作者简介：

王伟 汉族 籍贯辽宁省阜新市海州区 1998.07.29 金属材料工程

（辽宁科技学院  辽宁  本溪  117004）