擠壓鑄造成形技術(shù)在金屬材料上的應(yīng)用研究

高金茂

摘 要：金屬材料多種多樣，不同金屬材料其性能又各不相同，一些金屬材料具有高強(qiáng)度、加工方便、優(yōu)良減震性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)各行各業(yè)當(dāng)中，例如精密科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、醫(yī)療器械、汽車電子、航空航天、大型工業(yè)設(shè)備等等。首先對(duì)擠壓鑄造成形技術(shù)進(jìn)行分析，然后舉例描述擠壓成形技術(shù)在金屬材料上的應(yīng)用，最后分析金屬材料擠壓鑄造未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：擠壓鑄造；金屬材料；應(yīng)用研究；發(fā)展趨勢(shì)

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

0 前言

擠壓鑄造根據(jù)具體工作形式又可以稱作液態(tài)模鍛，簡(jiǎn)單來講擠壓鑄造技術(shù)就是將金屬液化后注入提前制作好的模型，通過施加高壓使液態(tài)金屬在機(jī)械壓力下凝固，逐漸成型的技術(shù)。擠壓鑄造有許多優(yōu)勢(shì)，和其他常用鑄造模式相比，首先擠壓鑄材料選擇范圍廣，可以選擇鋁合金、鎂合金、鈦合金等；其次，對(duì)于金屬的利用率十分高，直接擠壓鑄造可以將金屬利用率控制在95%以上；另外，擠壓鑄造成形的鑄件組織均勻、表面光滑、精度高、力學(xué)性能優(yōu)良。和另外一種工業(yè)上經(jīng)常使用的蘇醒成形法對(duì)比，擠壓鑄造成形技術(shù)過程簡(jiǎn)單、成形效果好、可以制造復(fù)雜形狀零件等優(yōu)勢(shì)。擠壓鑄造成形技術(shù)在金屬材料上的使用已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)之中，航空航天、航母戰(zhàn)斗機(jī)群、汽車家電等領(lǐng)域。

1 擠壓鑄造成形技術(shù)概述

擠壓鑄造成形技術(shù)經(jīng)歷了將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其起源于二十世紀(jì)三十年代的前蘇聯(lián)，擠壓鑄造成形技術(shù)比壓鑄成形技術(shù)晚了一個(gè)世紀(jì)左右的時(shí)間，我國(guó)擠壓鑄造技術(shù)起步較晚，發(fā)展過程先由部分高校和科研院所開展理論基礎(chǔ)的攻關(guān)研究，對(duì)于工藝參數(shù)、模具等邊摸索邊設(shè)計(jì)，不斷開發(fā)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，其中佼佼者如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、五二研究所等單位。此階段過后我國(guó)進(jìn)入了擠壓鑄造成形技術(shù)的大發(fā)展時(shí)期，特別是在這期間間接鑄造技術(shù)的攻克與掌握，使我國(guó)擠壓鑄造成形技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，之前無法完成的鑄件壁厚大問題、形狀復(fù)雜等難題都輕松得到了解決，此方法的掌握大大拓寬了擠壓鑄造成形技術(shù)使用范圍。目前我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展迅速，利用擠壓鑄造成形技術(shù)使得鋁合金輪轂應(yīng)用不再困難，另外還能生產(chǎn)更高質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱金屬零件，反過來又推動(dòng)了擠壓鑄造業(yè)的發(fā)展。

2 擠壓鑄造成形技術(shù)分類

擠壓鑄造成形技術(shù)工藝流程一般是鑄型準(zhǔn)備-澆筑-加壓-取件四個(gè)步驟。根據(jù)實(shí)際加壓方式不同，擠壓鑄造成形技術(shù)可以分為兩種，一種是起步較早的直接擠壓鑄造成形技術(shù)，于此相對(duì)的就是起步較晚的間接擠壓鑄造成形技術(shù)。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)兩者明顯的不同之處，直接擠壓鑄造成形技術(shù)是利用直接擠壓產(chǎn)生壓力，合型操作過程直接通過擠壓鑄形，使液體金屬填滿整個(gè)腔體，然后繼續(xù)升壓并且保持壓力直到液態(tài)金屬全部凝固為止。此時(shí)，液態(tài)金屬已經(jīng)凝固為需要鑄件。直接擠壓鑄造成形技術(shù)是將壓力直接施加到整個(gè)鑄件表面，此種方法和金屬模鍛類似，加壓效果好，塑形變形大，不需要澆冒口。

間接擠壓工藝和壓鑄工藝有所相似，都是通過擠壓形成沖頭，這種方式除了將金屬壓入型腔外，還要通過內(nèi)澆道將壓力作用在鑄件上面，這種方法形成的鑄件尺寸精度高。通過分析可以看出間接擠壓鑄造成形只是通過沖頭加壓于鑄件的一部分，所以這種方式和直接擠壓鑄造的缺點(diǎn)是加壓效果會(huì)比較差，另外鑄件上還要有內(nèi)澆道以及料柄，所以金屬利用率就低于直接擠壓鑄造形式，間接擠壓鑄造用于產(chǎn)量大、形狀復(fù)雜鑄件較為合適。

3 擠壓鑄造成形技術(shù)在金屬材料上的應(yīng)用

3.1 鋁合金擠壓鑄造成形技術(shù)研究

常見鋁合金擠壓鑄造工藝有汽車活塞擠壓鑄造、汽車輪轂擠壓鑄造、高壓齒輪泵殼擠壓鑄造、管鉗柄擠壓鑄造等。

活塞生產(chǎn)工藝分為兩種，一種是鍛造方法，一種是鑄造方法。兩種方法比較，鍛造要比鑄造耐熱性能好、抗疲勞強(qiáng)度大，更適合一些高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，但是鍛造方法生產(chǎn)過程復(fù)雜，需要配置重型設(shè)備，生產(chǎn)成本要比鑄造方法高很多。擠壓鑄造活塞的出現(xiàn)很好地解決了上述問題，即不必像鍛造方法配置大型工藝設(shè)備，降低了投資；同時(shí)又避免了金屬鑄造或者低壓鑄造出現(xiàn)的性能問題。擠壓鑄造方法提高了金屬利用率，節(jié)約了能源，使勞動(dòng)環(huán)境得到了改善，縮短了活塞制造周期。

擠壓鑄造鋁合金輪轂技術(shù)出現(xiàn)，逐漸代替了原始的鑄造方法，很多汽車零部件生產(chǎn)廠商引進(jìn)擠壓鑄造鋁合金輪轂技術(shù)，并慢慢地形成了一定規(guī)模。擠壓鑄造鋁合金輪轂相比較其他生產(chǎn)方法存在諸多優(yōu)勢(shì)，首先工藝生產(chǎn)線更加簡(jiǎn)單，設(shè)備投資減少，生產(chǎn)效率提高；其次，擠壓鑄造鋁合金輪轂質(zhì)量好，更加耐用，受到市場(chǎng)的青睞，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中可以占據(jù)更大的主動(dòng)性。

3.2 鎂合金擠壓鑄造成形技術(shù)研究

鎂合金擠壓鑄造技術(shù)逐漸成為人們研究的重點(diǎn)，主要是因?yàn)榕c鑄造鎂合金相比，擠壓鑄造擁有更優(yōu)的力學(xué)性能。擠壓鑄造鎂合金產(chǎn)品綜合性能得到了質(zhì)的飛越，克服了鑄造鎂合金產(chǎn)品的組織缺陷，為性能要求高、形狀復(fù)雜部件帶來了機(jī)遇。但是受限于我國(guó)工藝水平，目前還沒有成熟的擠壓鎂合金技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一些產(chǎn)品問題，比如產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、有氣泡、有裂紋，力學(xué)性能不足夠穩(wěn)定等情況。

隨著高新技術(shù)發(fā)展，由鎂合金形成高端緊密儀器設(shè)備已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到普遍應(yīng)用，但是我們國(guó)內(nèi)目前還是傳統(tǒng)鑄造方法和金屬鑄造方法較多，對(duì)于精密儀器設(shè)備成形技術(shù)明顯水平不夠。隨著技術(shù)的發(fā)展以及能源緊張問題，鎂合金必然成為日后擠壓鑄造領(lǐng)域的重要原材料，大力發(fā)展鎂合金擠壓鑄造成形技術(shù)對(duì)于我國(guó)在合金應(yīng)用領(lǐng)域有著舉足輕重的意義。

4 結(jié)語(yǔ)

任何的工藝技術(shù)都存在優(yōu)缺點(diǎn)，需要與時(shí)代相配合不斷發(fā)展。目前而言，制約我國(guó)擠壓鑄造成形技術(shù)發(fā)展的主要問題是：落后的擠壓鑄造設(shè)備技術(shù)難以滿足更高性能產(chǎn)品的需求以及更高的工藝水準(zhǔn)。目前為止我國(guó)還沒有完全自主研發(fā)的擠壓鑄造機(jī)適應(yīng)行業(yè)需求的擠壓鑄造工藝，在很大程度上制約了我國(guó)擠壓制造水平的提高。因此，加大投入開發(fā)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擠壓鑄造設(shè)備及工藝是提高我國(guó)擠壓鑄造水平的有效途徑，也是我國(guó)擠壓鑄造行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

參考文獻(xiàn)：

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