金属材料挤压铸造成形技术的研究

徐晓伟

重庆热展建筑工程咨询服务中心重庆400012

【摘要】随着我国金属材料铸造的不断发展，研究其挤压铸造成形技术凸显出重要意义。本文首先介绍了挤压铸造成形的原理及特点，分析了挤压铸造成形的主要方法，探讨了几种主要的挤压铸造成形技术，并对金属材料挤压铸造成形技术提出了几点思考。

【关键词】金属材料；挤压铸造；成形技术；研究

一、前言

作为金属加工制作中的一项重要技术，挤压铸造成形技术在近期得到了长足的发展。研究金属材料挤压铸造成形技术的相关内容，有利于更好地推进金属加工与制造的进步。本文从介绍该项技术的原理与特点着手本课题的研究。

二、挤压铸造成形的原理及特点

1.基本原理

挤压铸造又可称为液态模锻，是将金属或合金升温至熔融态，不加处理注入到敞口模具中，立即闭合模具，让液态金属充分流动以充填模具，初步到达制件外部形状，随后施以高压，使温度下降已凝固的外部金属产生塑性变形，而内部的未凝固金属承受等静压，同步发生高压凝固，最后获得制件或毛坯的方法。由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔、缩松等缺陷，组织细密，力学性能高于铸造方法，接近或相当锻造方法；无需冒口补缩和最后清理，因而液态金属或合金利用率高，工序简化，为一具有潜在应用前景的新型金属加工工艺。

2.挤压铸造成形的特点

挤压铸造的工艺对铸造设备有特殊的要求，并且目前只对部分铸件有较好的效果。首先，挤压铸造设备，需要提供低速但流量较大的液态金属填充能力，速度约为0.5-3m/s，流量可达1-5kg/s，这样熔融态金属才能平稳地将铸型内气体排出，并填充铸型，随后铸型填满的瞬间（50ms-150ms），应能将铸型内铸造比压提升到60-100MPa，这样合金便能在高压下凝固成型。由于前述的低速大流量，且挤压铸造内浇道有冒口补缩的作用，内浇道口径较大，且位于铸件最肥厚的部位。

由于上述特点，挤压铸造适合厚壁铸件（10-50mm），但铸件尺寸不宜太大（小于200mm）。与压铸相同，挤压铸造只可使用脱模剂，不适用保温涂料，故而金属凝固速度极快，达到300-400摄氏度/s，与金属型重力铸造冷却速度相比，达到了其3-5倍，伸长率高于其他铸造方法约2-3倍。

三、挤压铸造成形的主要方法

1.熔模铸造

熔模精密铸造是在古代失蜡铸造基础上发展起来的。具体的做法是：用易熔材料制成与零件相同的模型，在模型上涂挂由耐火材料及高强度黏结剂(硅酸乙酯或水玻璃)组成的涂料，或者用石膏浇注形成一定厚度的型壳，然后加热熔失模型，模壳经高温焙烧后再浇注获得铸件的过程。熔模铸造方法最大的优点是铸件有着很高的尺寸精度(CT4-6)和表面光洁度(Ra1.6-3.2μm)，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，所以可减少机械加工工作；甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属材料。

2.金属模铸造

金属型可重复使用，故又称永久性铸造。与砂型铸造相比，金属型铸造有以下优点：实现了“一型多铸”，节约了大量的造型材料、工时和占地面积，提高了生产率，改善了劳动条件；金属型冷却快，逐渐结晶组织细密，力学性能和致密度高，例如铜、铝合金铸件的抗拉强度比砂型铸造提高20%以上；铸件精度可达IT14-IT12，表面粗糙度Ra12.5-6.3μm，加工余量为0.8-1.6mm，可实现少、无切削加工。

3.消失模铸造

消失模铸造是把涂有耐火材料涂层的泡沫塑料模样放入砂箱，模样四周用干砂充填紧实，浇铸时高温金属液使其热解“消失”，并占据泡沫塑料模所推出的空间而最终获得铸件的铸造工艺。消失模铸造的工艺过程比传统的粘土砂铸造工艺简单得多。原先需要加工形成的孔、洞可以不用砂芯而直接铸造出来，大大节约了机械加工和制芯成本；清洁生产，型砂中无化学粘结剂，低温下泡沫塑料对环境完全无害，浇铸时它排放的有机物很少，而且排放时间短、地点集中，便于集中收集处理。降低投资和生产成本，砂回收系统大大简化，模具寿命长，比传统模具损耗小，生产模样和铸件可以实现自动化，彻底改变了传统铸造的“苦”“脏”“累”的形象。

四、几种主要的挤压铸造成形技术

1.压力铸造

压力铸造的特点：镁合金的熔点很低，流动性好，充型能力好，凝固潜热小，凝固速度快，对压铸型的热冲击较小。镁合金与铁基本不发生反应，不会侵蚀钢坩埚和压铸型，既避免了坩埚对镁合金液的污染，又延长了钢坩埚和压铸型的寿命。镁合金既可冷室又可热室压铸，在适当的压力下，可以获得完整致密的构件。镁合金压铸分冷室压铸和热室压铸。其中热室压铸一般用于小尺寸薄壁、形状复杂铸件，冷室压铸主要用于壁厚较大的批量生产的零件。

2.消失模铸造

消失模铸造原理是采用和铸件形状和尺寸完全相同的塑料模代替铸模，做成实体铸型，浇入金属液使塑料汽化，从而形成理想的铸件。镁合金消失模铸造有如下优点：采用干砂，避免了普通砂型铸造由于水分引起的镁合金燃烧难题，且消失模气化形成的还原气氛，可抑制镁合金氧化燃烧；镁合金液浇注时，使塑料膜汽化，气体物质对极易氧化的镁合金起到了天然的保护作用；③镁合金收缩率大，干砂退让性好，可以避免镁合金凝固收缩时的热烈倾向。

3.离心铸造

镁合金离心铸造是进几年来新提出的一种特种成形方法，它是针对制备复杂薄壁镁合金优质构件而提出的。离心铸造有以下优点：合金熔体在离心力场下凝固成形，受到的离心压力是梯度压力，与其它铸造工艺的加压方式相比，具有独特的合金熔体充型流动与凝固成形特点。离心铸造工艺能够显著增加合金熔体凝固时的补缩压力，减少缩孔缩松等铸造缺陷，提高镁合金的性能。

五、金属材料挤压铸造成形技术的几点思考

1.深入分析间接挤压铸造时，液态金属压力下结晶的物理冶金行为和力学过程，进一步完善挤压铸造基础理论。对于大型复杂零件挤压铸造精确成形，需研制具有更优综合性能的新型材料，完善适合于金属材料挤压铸造技术的材料体系；

2.在成形工艺方面，大型复杂零件各部位凝固条件相差较大，应通过工艺优化实现零件组织和性能的均匀性，进行铸造缺陷的精确控制；大型铸件的模具制造周期长、成本昂贵，开发准确的数值模拟技术是优化模具设计的重要手段；

3.成形设备是高效精确成形的重要保证，需要从宽适应性、研究大吨位和新型合锁模机构、采用先进的控制系统等方面开发先进的挤压铸造装备。

六、结束语

通过对金属材料挤压铸造成形技术的相关研究，我们可以发现，该项技术的良好应用离不开对其原理与特点的把握，有关人员应该结合金属材料的客观实际，在充分探讨该项技术中关键点的基础上，制定最为科学的技术应用方案。

参考文献：

[1]唐多光.铝合金挤压铸造若干技术问题的讨论[J].特种铸造及有色合金.2012（16）：28-29.

[2]王刚强.通过智能制造有效应对21世纪制造业面临的四大挑战[J].自动化博览.2012（12）：102-103.