挤压铸造成形技术在金属材料上的应用研究

高金茂

摘 要：金属材料多种多样，不同金属材料其性能又各不相同，一些金属材料具有高强度、加工方便、优良减震性能等诸多优点，目前已经广泛应用于我国各行各业当中，例如精密科学实验设备、医疗器械、汽车电子、航空航天、大型工业设备等等。首先对挤压铸造成形技术进行分析，然后举例描述挤压成形技术在金属材料上的应用，最后分析金属材料挤压铸造未来发展趋势。

关键词：挤压铸造；金属材料；应用研究；发展趋势

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

0 前言

挤压铸造根据具体工作形式又可以称作液态模锻，简单来讲挤压铸造技术就是将金属液化后注入提前制作好的模型，通过施加高压使液态金属在机械压力下凝固，逐渐成型的技术。挤压铸造有许多优势，和其他常用铸造模式相比，首先挤压铸材料选择范围广，可以选择铝合金、镁合金、钛合金等；其次，对于金属的利用率十分高，直接挤压铸造可以将金属利用率控制在95%以上；另外，挤压铸造成形的铸件组织均匀、表面光滑、精度高、力学性能优良。和另外一种工业上经常使用的苏醒成形法对比，挤压铸造成形技术过程简单、成形效果好、可以制造复杂形状零件等优势。挤压铸造成形技术在金属材料上的使用已经广泛应用于各行各业之中，航空航天、航母战斗机群、汽车家电等领域。

1 挤压铸造成形技术概述

挤压铸造成形技术经历了将近一个世纪的发展，其起源于二十世纪三十年代的前苏联，挤压铸造成形技术比压铸成形技术晚了一个世纪左右的时间，我国挤压铸造技术起步较晚，发展过程先由部分高校和科研院所开展理论基础的攻关研究，对于工艺参数、模具等边摸索边设计，不断开发设计新产品，其中佼佼者如哈尔滨工业大学、五二研究所等单位。此阶段过后我国进入了挤压铸造成形技术的大发展时期，特别是在这期间间接铸造技术的攻克与掌握，使我国挤压铸造成形技术得到了飞速的发展，之前无法完成的铸件壁厚大问题、形状复杂等难题都轻松得到了解决，此方法的掌握大大拓宽了挤压铸造成形技术使用范围。目前我国汽车行业发展迅速，利用挤压铸造成形技术使得铝合金轮毂应用不再困难，另外还能生产更高质量的发动机变速箱金属零件，反过来又推动了挤压铸造业的发展。

2 挤压铸造成形技术分类

挤压铸造成形技术工艺流程一般是铸型准备-浇筑-加压-取件四个步骤。根据实际加压方式不同，挤压铸造成形技术可以分为两种，一种是起步较早的直接挤压铸造成形技术，于此相对的就是起步较晚的间接挤压铸造成形技术。

通过分析可以发现两者明显的不同之处，直接挤压铸造成形技术是利用直接挤压产生压力，合型操作过程直接通过挤压铸形，使液体金属填满整个腔体，然后继续升压并且保持压力直到液态金属全部凝固为止。此时，液态金属已经凝固为需要铸件。直接挤压铸造成形技术是将压力直接施加到整个铸件表面，此种方法和金属模锻类似，加压效果好，塑形变形大，不需要浇冒口。

间接挤压工艺和压铸工艺有所相似，都是通过挤压形成冲头，这种方式除了将金属压入型腔外，还要通过内浇道将压力作用在铸件上面，这种方法形成的铸件尺寸精度高。通过分析可以看出间接挤压铸造成形只是通过冲头加压于铸件的一部分，所以这种方式和直接挤压铸造的缺点是加压效果会比较差，另外铸件上还要有内浇道以及料柄，所以金属利用率就低于直接挤压铸造形式，间接挤压铸造用于产量大、形状复杂铸件较为合适。

3 挤压铸造成形技术在金属材料上的应用

3.1 铝合金挤压铸造成形技术研究

常见铝合金挤压铸造工艺有汽车活塞挤压铸造、汽车轮毂挤压铸造、高压齿轮泵壳挤压铸造、管钳柄挤压铸造等。

活塞生产工艺分为两种，一种是锻造方法，一种是铸造方法。两种方法比较，锻造要比铸造耐热性能好、抗疲劳强度大，更适合一些高性能发动机，但是锻造方法生产过程复杂，需要配置重型设备，生产成本要比铸造方法高很多。挤压铸造活塞的出现很好地解决了上述问题，即不必像锻造方法配置大型工艺设备，降低了投资；同时又避免了金属铸造或者低压铸造出现的性能问题。挤压铸造方法提高了金属利用率，节约了能源，使劳动环境得到了改善，缩短了活塞制造周期。

挤压铸造铝合金轮毂技术出现，逐渐代替了原始的铸造方法，很多汽车零部件生产厂商引进挤压铸造铝合金轮毂技术，并慢慢地形成了一定规模。挤压铸造铝合金轮毂相比较其他生产方法存在诸多优势，首先工艺生产线更加简单，设备投资减少，生产效率提高；其次，挤压铸造铝合金轮毂质量好，更加耐用，受到市场的青睐，在市场竞争中可以占据更大的主动性。

3.2 镁合金挤压铸造成形技术研究

镁合金挤压铸造技术逐渐成为人们研究的重点，主要是因为与铸造镁合金相比，挤压铸造拥有更优的力学性能。挤压铸造镁合金产品综合性能得到了质的飞越，克服了铸造镁合金产品的组织缺陷，为性能要求高、形状复杂部件带来了机遇。但是受限于我国工艺水平，目前还没有成熟的挤压镁合金技术，在实际生产过程中出现了一些产品问题，比如产品质量不稳定、有气泡、有裂纹，力学性能不足够稳定等情况。

随着高新技术发展，由镁合金形成高端紧密仪器设备已经在发达国家得到普遍应用，但是我们国内目前还是传统铸造方法和金属铸造方法较多，对于精密仪器设备成形技术明显水平不够。随着技术的发展以及能源紧张问题，镁合金必然成为日后挤压铸造领域的重要原材料，大力发展镁合金挤压铸造成形技术对于我国在合金应用领域有着举足轻重的意义。

4 结语

任何的工艺技术都存在优缺点，需要与时代相配合不断发展。目前而言，制约我国挤压铸造成形技术发展的主要问题是：落后的挤压铸造设备技术难以满足更高性能产品的需求以及更高的工艺水准。目前为止我国还没有完全自主研发的挤压铸造机适应行业需求的挤压铸造工艺，在很大程度上制约了我国挤压制造水平的提高。因此，加大投入开发我国自主知识产权的挤压铸造设备及工艺是提高我国挤压铸造水平的有效途径，也是我国挤压铸造行业发展的当务之急。

参考文献：

[1]宋雷，邵明，游东东. 挤压铸造设备的研究进展与发展趋势[J]. 铸造，2014（10）：1039-1043.

[2]闵好年.大型零件复合挤压铸造成形系统的研究[D].华南理工大学，2013.