挤压铸造现状及发展分析

挤压铸造发展现状及趋势摘要：从挤压铸造机、挤压铸造产品、挤压铸造工艺技术研究方面阐述了国内外挤压铸造的发展现状。

国内目前只有较少专用挤压铸造设备，且都为进口产品。

产品主要应用于航空、航天和兵器工业汽车行业、五金工具及仪表、电机行业中。

挤压铸造工艺技术研究主要从型腔排气及真空技术、半固态挤压铸造研发现状方面进行阐述。

材料演变为铜基材料、镁基合金及金属基复合材料。

并对挤压铸造技术在未来的趋势作了预测及从设备研究、基础理论、关键技术参数等方面需要展开的工作进行了展望。

关键词：挤压铸造；发展现状；趋势挤压铸造又称液态模锻，是使熔融态金属或合金，直接注入敞口模具中，随后闭合模具，以产生充填流动，到达制件外部形状，接着施以高压，使已凝固的金属（外壳）产生塑性变形，未凝固金属承受等静压，同时发生高压凝固，最后获得制件或毛坯的方法。

目前，这种工艺在国际上已经广泛用于航空航天、汽车等重要安全和高性能零件的生产。

挤压铸造的工艺技术取得了一定的进步，材料演变为铜、镁合金及金属基复合基材料。

在能源日趋紧张和力学性能要求更高的将来具有较好的发展前景。

1 挤压铸造发展现状1.1 挤压铸造机使用现状最初的挤压铸造工艺是在摩擦压力机上进行的，由于提供的压力有限和不能保压,后来改用了改造后的油压机和液压机进行生产，但也因补压不足，铸件易形成缩孔、缩松和气泡[1] 。

经过几十年的发展，挤压铸造设备发展为从模具清理、喷涂、浇注、挤压到取件全自动化，挤压速度可分级调节、工艺参数可全过程计算机控制并显示的先进的挤压铸造机。

其中以日本宇部公司卧式HVSC和全立式VSC挤压铸机系列最为成功[2]。

我国只有较少专用挤压铸造设备，且都为进口产品。

据不完全统计，我国在线使用的各种挤铸设备(液态模锻设备)大约200台，除22台(卧式机20台，立式机2台)为先进的功能齐全的进口机和苏州三基新机型外，其余的几乎全部是用经少量改装而成的通用液压机，而且几乎全是立式机[3]。

挤压铸造机大致发展成3类：垂直合模垂直挤压式(立式)、水平合模水平挤压式(卧式)、水平合模垂直挤压式(混合型)。

挤压铸造设备的研制主要集中在4个方面：①挤压铸造方式研制：挤压铸造的方式正从传统的直接挤压和间接挤压单一方式走向复合化，形成适用范围更广的新型挤压铸造工艺；②浇注方式及浇注系统装置：现代挤压铸造设备都注重提高浇注的自动化水平和改善浇注条件。

如日本东芝公司的DXHV和DXV挤压铸造机配置LEOMACS封闭浇注系统，使用电磁泵装置输送金属液［4］。

③合模力规格多样化:如日本宇部的挤压铸造设备有VSC 和HSVC两个系列，日本东芝DXH、DXV、DXHV 3个系列。

④挤压过程控制：现代挤压铸造机都对压射系统的压力控制方法进行改进，提高其控制精度及稳定性。

1.2挤压铸造产品应用现状1.2.1在航空、航天和兵器工业中的应用现状我国兵器工业总公司五二所多年来致力于挤压铸造在兵器工业中的应用研究。

先后开发成功了迫击炮下体、弹体风帽等一批军工产品。

利用挤压铸造技术研制成功了导弹二级舵面［5］。

该产品窄生产工艺为锻造坯料，再机加成形。

其生产工艺复杂、周期长、材料浪费大。

由坯件10 kg加工成零件净重仅为0.65kg，且理论外形加工困难，必须在三座标数控加工中心机床上完成，大大增加了生产成本。

而采用挤压铸造成形，既解决了理论外形直接成形无需加工的问题(挤压铸造坯件仅0.8kg)，又解决了坯件不经淬火就能达到设计要求的力学性能，大大降低了生产成本。

1.2.2在汽车行业中的应用现状目前，挤压铸造工艺在汽车零件制造等方面，以轻合金挤压件取代黑色金属铸件，从而实现汽车的轻量化。

日产、马自达、福特和通用等大型汽车制造商均采用了挤压铸造工艺，挤压设备大多是垂直注射间接挤压［6］。

例如：日本宇部公司等用VSC 630挤压铸造机为日本日产(Nissan)汽车公司和马自达汽车公司生产了A356合金的重要受力件——汽车转向节。

用HVSC 800机生产了质量为2.7 kg 的A356合金的下杠杆，以及要求精确成形并要求耐磨、耐压的汽车空调压缩机铝涡旋盘。

用VSC 1 800挤压铸造机生产了特大型件——汽车横梁(十字梁)等［7］。

目前，我国正开发的产品主要有汽车转向节、空调压缩机涡旋盘，以及小型发动机零件等。

1.2.3在五金工具中的应用现状用挤压铸造技术研制成功的美式铝柄管子钳,具有重量轻、强度高、夹持牢固可靠、外型美观大方、使用灵活、携带方便等优点。

经检测其铸态性能超过部颁标准，深受外商和用户的欢迎和好评。

自1987年投产以来，产品销售形势很好，累计为国家创汇一千多万美元。

此外，家用推车铝轮毂、铲板、支架等零件均已批量生产并远销国外。

1.2.4在仪表、电机行业中的应用现状挤压铸造用于气动仪表的生产有多年的历史。

主要用于要求气密性较高的壳体件。

如上海某厂原采用金属型铸造生产压力表壳体，产品质量一直得不到保证，后采用挤压铸造工艺，质量大幅度提高。

在机电行业采用挤压铸造技术生产电机零件的较多，如湖北某厂从国外引进的电动葫芦锥形铝合金起重电机，电机壳体和端盖均采用挤压铸造工艺生产。

经与国外采用压铸方法生产的样品比较，各项性能均达到或超过样品指标，已大批量生产［8］。

1.3挤压铸造工艺技术研究现状1.3.1型腔排气及真空技术的研究现状对挤压铸造而言，液态金属充型速度一般要控制在0.8 m/s以下，以防止形成涡流而卷入气体。

但很多情况下，如大型铸件或形状复杂或有薄壁等而不得不提高流速时，就必须解决排气问题。

日本宇部公司曾经将真空压铸的排气阀系统应用于铝轮的挤压铸造中，取得了一定的成功。

近年来，国内外有部分论文介绍了各种排气方法。

主要有排气块，排气阀和用阀杆控制真空抽气等方法，均取得一定效果。

1.3.2半固态挤压铸造研发现状半固态挤压铸造是将半固态流变制浆与挤压铸造结合起来。

利用固液共存的非枝晶半固态浆料（坯料）具有的特性进行成形的方法。

该技术的主要思路是：将熔炼合格的合金液以高于液相线的温度浇入制浆室，制备具有良好流变特性的半固态浆料来进行浇注。

这种半固态浆料在重力作用下充满型腔，随后利用挤压机构对型腔内的半固态浆料施加压力，并保持一段时间，使其完全凝固后卸压开模，辅以必要的后处理（如热处理），最终得到内部致密、性能良好的近净成形零件[9] 。

近年来，日本宇部公司在HVSC系列挤压铸造机上进行了铝合金和镁合金的半固态挤压铸造方面的研究与产品开发工作。

此外，国外主要开发生产的半固态挤压铸造件还有A357铝合金轮毂、A356合金汽车转向节等。

关于铸铁的半固态挤压铸造，国内已建成一条半固态挤压耐磨制品生产线，并申报了国家专利。

从提高铸件内部质量并解决黑色金属挤压铸造寿命的关键问题上，进行了有益的探索。

1.4挤压铸造材料的应用现状1.4.1 铜基材料的研发现状铜合金方面，我国开发生产的挤压铸造件主要是轴套等件，现多集中于阀体件。

如铜合金阀杆采用挤压铸造后，可克服原砂型和离心铸造工艺加工余量大、内部组织不致密等缺点，并明显提高性能。

此外，燃气器具铜合金阀件采用挤压铸造工艺生产，已取得较好效果，其中部分挤压铸造铜结构件生产出口。

不过挤压铸造模具仍然存在较大问题，经试验采用钨合金模具材料有一定效果。

1.4.2锌基合金的研发现状在锌基合金方面,国内研究开发的重点是高强、高耐磨ZA27铸造锌合金。

由于其有结晶温度范围宽及先析出相与剩余液相的密度差较大等凝固特性，在通常铸造条件下易产生缩松、偏析等缺陷，因而影响了其力学性能和使用性能。

而挤压铸造工艺正好可解决上述问题，因而,只要工艺参数选配得当，很适合采用挤压铸造工艺生产。

挤压铸造高铝锌基合金在耐磨件、冲压模具件上将会有很好的应用前景[10]。

1.4.3镁基合金的研发现状镁合金铸件大多用压铸工艺生产，但对于有高品质和高力学性能要求的铸件，压铸就有困难了，因而镁合金挤压铸造有了快速的发展。

镁合金挤压铸造多用间接挤压铸造，浇注过热温度一般取30-140℃，充型压力为50-150 MPa，铸型温度200-300℃，并采用石墨基涂料。

我国曾用挤压铸造工艺开发生产了挤压铸造镁合金军工零件，例如试制过挤压铸造飞机起落架镁轮，以取代锻造镁轮。

目前，国内已制成摩托车镁合金轮毂。

重庆大学用其专利的挤压铸造新技术，将摩托车镁轮毂成功地投入了批生产。

1.4.4挤压铸造金属基复合材料研发现况近年来，世界各国对挤压铸造铝基复合材料的研究工作比较活跃，挤压铸造是当前制备金属基复合材料最廉价，又适合大批量生产的一种很现实的工艺方法，因此倍受关注。

我国在挤压铸造铝基复合材料方面也做了不少工作。

关于用挤压铸造工艺直接成形铝基复合材料管、棒、型材研究，首先将增强剂制成预制件，预热后置于挤压模中，浇入液态金属，经压力浸渗和保压后直接挤压，以制得复合材料管、棒、型材。

此方法简化了先铸锭后二次挤压的传统工艺，直接成形管、棒、型材。

此外，采用纤维增强金属基复合材料是当前世界各国大力发展的一种新型材料。

碳纤维与铝基体复合而成的一种新型轻质结构材料，这种复合材料随温度的上升，强度下降的幅度比基体金属小，因为碳纤维对增强材料的高温强度是有利的，是一种有发展前途的材料[11]。

2挤压铸造的发展趋势虽然挤压铸造工艺具有很大的优越性和应用潜力，但是为了使挤压铸造工艺过程在最佳状态下运行，仍须进行必要的研究开发，需要开展的工作主要体现在：2.1设备研究方面的发展趋势如前所述，我国现在使用的挤压铸造机大多数从油压机或压铸机改装而成，整体结构陈旧。

新型的挤压铸造机在自动化程度、计算机控制性能方面都需要较大程度提高，浇注机械手、顶出机械手、模具自动更换装置等辅助设备和大量传感器、计算机控制部件的加入必然引起挤压铸造机传统结构的变化。

因此，须针对新型挤压铸造自动化水平、辅助部件多少，浇注方法变化等展开总体结构优化设计工作。

分析表明，我国挤压铸造设备还相对落后，与发达国家相比，需要在总体设计、挤压机构和合模机构等方面开展深入研究工作。

2.2挤压铸造技术将在汽车制造业中行业得到快速发展。

如前所述，挤压铸造工艺在汽车零件制造等方面，以轻合金挤压件取代黑色金属铸件，从而实现汽车的轻量化以达到提高毛坯的精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的。

另外，我国汽车工业已由中型载货车时代转入轻轿车发展时期，由于我国劳动力资源丰富，若适当引进和应用先进的制造工艺，提高产品档次，节省材料和能源，降低生产成本，提高生产率，这样无论在产品质量还是产品价格上都会有竞争优势。

基于国内外市场对高质量铸造产品强烈需求，形成了先进的挤压铸造工艺发展的极好条件，预示着用先进的挤压铸造工艺生产汽车、摩托车某些重要部件有着十分广阔的市场。