铝合金挤压铸造若干技术问题的讨论

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上 海 大 学 唐多光

昆山易通汽配厂 徐张翼 沈友良

摘 要 叙述了挤压铸造的基本特点，对液态挤压铸造机要求具备低流速大流量平稳充填铸型和瞬时增压的能力。参考国内用油压机作挤压铸造机的设备和对由此所产牛的铸件缺陷作了具体分析，并对我国挤压铸造今后的发展提出了一些建议。

关键词：挤压铸造充型铝合金

在汽车工业高速发展影响下，压铸成为提供汽车铝合金零件的主要生产方式。绝大多数压铸件由于内浇道比较薄(1．0～1．5 mrn)，内浇道处液流速度高达20～60Ⅱl／s?1，合金液填充铸型成涡流状态 2，铸型型腔内气体不能有效排除，造成金属液与空气高密度混合，在极高压力下气泡被压缩到1～100 tan级尺寸，而且比较集中在局部热节处，小气孔常与疏松共生在一起，因此压铸件一般不能深度加工，也不能进行固溶热处理，对于生产高力学性能、高致密度的耐压零件，压铸显然不能胜任。近1O年内由于挤压设备和理论研究高速发展，许多原来用压铸方法生产的零件改用挤压铸造法生产获得良好效果。然而并不是所有零件一经挤压铸造成型都能获得满意的产品质量，有时由于零件结构、挤压工艺和挤压设备的限制，挤压铸造的产品甚至比压铸产品、金属型重力铸造的产品质量还要差，缺陷更多，生产率和成品率更低。本文对几年来所经历挤压铸造失败的教训、产品缺陷以及成功经验作了简单分析和讨论，并对我国今后挤压铸造业发展提出一些建议。

1 挤压铸造基本特征

(1)挤压铸造设备必须具备低流速(0．05～1．50Ⅱl／s)大流量填充铸型的能力，以便使金属液体较平稳地填充铸型和将铸型内气体赶出铸型，而且要求在铸型被充满后挤压活塞能够急速增压(50～150 I ns内)，使充满铸型的金属液在较高压力(>50 MP a)下结晶 。

(2)挤压铸造的内浇道一般开在铸件最厚部位，而且尺寸比较大，其目的是让挤压活塞所提供的压力有效传递到铸型各部位，造成在高压下结晶，也因此挤压铸件内浇道一般用机械加工方法去除，不能像压铸件那样轻易敲断去除。

(3)挤压铸造与压铸相比，它可以通过挤压活塞对铸件肥厚部分进行补缩，而压铸一般不能补缩。因此挤压铸造可以生产1O～50 mrn的壁厚不均的铸件，而压铸件一般仅限于生产壁厚小于5 mrn的壁厚均匀的铸件。

(4)挤压铸造与压铸一样只用脱模剂，而不像金属型重力铸造和低压铸造采用绝热或保温涂料再加上压力下结晶，所以挤压铸造冷却速度与压铸一样可以达到金属型重力铸造冷却速度的3～5倍(300～400 oC／s)。因此挤压铸件的力学性能，特别是伸长率高于其他铸造方法1～2倍。

(5)挤压铸造由于只用脱模剂，不用保温涂料，铸件冷却速度快，且在高比压下结晶，液态金属紧贴铸型，故铸件尺寸精度(CT3～4级)、表面粗糙度(小于R a3．2)等级都非常高，对于150 mrn以下尺寸的挤压铸件，在铸型上几乎可以不考虑收缩。

(6)挤压铸造铸件可以与金属型重力铸造铸件一样，进行固溶及时效热处理，以大幅度提高铝合金的力学性能。

2 中国挤压铸造现状

中国目前绝大多数工厂所用挤压设备是采用油压机改装而成，常采用YA．200，YA．315和YA．500等机

型。其下顶缸挤压力分别为400 kN，630 kN，1 000 kN。主缸锁模力分别为2 000 kN，3 150 kN，5 000 kN。用油压机作液态挤压铸造机，主要存在3个问题。

(1)在间接挤压时经常用下面顶出缸作挤压缸用，此时必须在合型前将液体金属浇入料缸内，然后合模，而且要在锁模力达到预定最大锁模力后，下面的挤压缸才能开始动作，这一段时间最少也要5 s。此刻液体金属在料缸内已有部分开始凝固，金属流动性大大下降，影响金属液平稳填充整个铸型，而且由此液体金属也需要一定过热度。

(2)用油压机作液态挤压铸造机，其下面的顶出缸上升速度较慢，而且不可调节。因此在间接挤压中对不同零件不可能拥有最佳挤压速度和不同速度组合。

(3)油压机没有压铸机和挤压铸造机所拥有的N2气贮能器。因此它不可能有在铸型充满后瞬时升压的特点，也不配备局部加压装置。目前国内用油压机进行挤压铸造还有一部分是冲头式直接挤压铸造，也可以称为液态模锻。这种冲头式直接挤压铸造只限于铸造形状简单、壁厚比较均匀的小尺寸零件。

3 用油压机挤压铸件常见缺陷

(1)缩孔和缩松挤压铸造中在铸型被充满后，冷却极快，铸件最外层立即凝固成一层金属，铸件中心未凝固，需要的补缩不可能通过冒口得到补缩。唯一可能得到补缩的通道就是连通料缸的内浇道。如果内浇道不是足够大，再加上油压机不能瞬时增压，铸件中最后凝固的地方必定留下缩孑L，其中缩松是普遍存在的。所以有时候用这种方法挤压的铸件其致密度甚至还比不上金属型重力铸造铸件，因为后者可以有冒口补缩，而挤压铸件除内浇道补缩外，不可能再有冒口补缩。

国内普遍用油压机进行冲头式直接挤压铸造，铸件壁厚不可能完全相同，这种冲头式直接挤压时，由于铸件壁薄的地方比较早的凝固，冲头向下的作用力绝大部分消耗在较早凝固的薄壁部分，薄壁部分成为冲头向下的“支撑点”，阻碍冲头对厚大的尚未凝固的热节部分的进一步挤压，使最后凝固的厚壁部分常出现缩孔、缩松。

(2)气孔及热处理后起泡用油压机挤压，一般铸造节拍比较慢。如果铸型设计不尽合理，铸型表面温度比较低(200 o C)，在料缸尺寸比较大、内浇道尺寸较小、金属流动距离比较长的条件下(例如摩托车轮)，金属流动速度必定比较大。这种挤压状况就比较接近于压铸，金属在内浇道附近流速常常达10 m／s以上，一定会将铸型内气体卷人金属液，在压力下被压缩成1～100胂的小气孔。这种小气孔在随后的固溶热处理中受热膨胀，造成铸件表面起泡，将泡挑开，就呈现一个孔洞。此外，模具温度低，每模必喷的脱模剂水分未干，也是造成铸件热处理后表面起泡的原因之一。

(3)冷隔及裂纹油压机的下顶出缸速度较慢，再加上浇人金属后合模、锁模时间的耽误，被挤压的金属液在较小的压力下填充铸型，凝固时也不可能瞬时接受高压压力，所以用油压机间接挤压铸件时，经常出现冷隔和裂纹缺陷，即使是用流动性极好的ADC12合金，也常会出现这种缺陷。

4 对我国铝合金挤压铸造发展的建议

(1)目前我国大多数厂家的挤压铸造仍应用油压机，其产品尺寸和质量比较小，形状比较简单，产品质量欠稳定。对于一些高强度、高气密性、结构比较复杂的大型零件，显然不能胜任，所以国内铸造设备研究单位和工厂应加速发展符合挤压铸造工艺要求的半热室或热室液态挤压机，特别是采用计算机和传感技术对模温、挤压速度、挤压比压进行严格监控，采用先进的电磁泵输送技术和恒定液面保温炉，以保证我国挤压铸造水平与世界先进国家同步。

(2)加强液态金属挤压填充过程理论的研究，尤其是对宽结晶区间流动性欠佳，具有糊状凝固特点的非铸造合金充型过程的研究，以便正确设计挤压筒形状和尺寸、内浇道位置及尺寸、排气通道、排气块和集渣包位置和尺寸，从而保证液态金属平稳填充铸件，防止活塞润滑剂、夹渣及已凝固金属挤人铸型。

(3)加强液态金属在挤压状态下凝固温度场的研究，以便正确设计挤压铸造模具。一套好的模具是要在大规模生产中所有产品始终保证稳定的高品质。因此在模具设计上需要有冷却和加热通道，模温始终保证在最佳