我國擠壓鑄造技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望

岳琳清

（太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030000）

30年代前，擠壓鑄造技術(shù)就已出現(xiàn)，而且我國是擠壓鑄造技術(shù)的研究參與者之一。50年代至今，擠壓鑄造技術(shù)歷經(jīng)了工藝摸索、理論鉆研、生產(chǎn)應(yīng)用、快速發(fā)展、穩(wěn)定發(fā)展再到急速發(fā)展幾個階段，并且在其中最為關(guān)鍵的設(shè)施就是擠壓鑄造設(shè)備。擠壓鑄造設(shè)備能有效的提升鑄件的補縮能力、成形能力等性能，還能對鑄件的缺陷進行高效的處理，使擠壓鑄造工藝水平大大提高，并且能夠節(jié)約一定的資源，得到普遍應(yīng)用。

相應(yīng)的學(xué)術(shù)組織在國內(nèi)建立，并定期開展學(xué)術(shù)活動。1981年7月，“黑色金屬液態(tài)模鍛學(xué)術(shù)討論會”在山東省即墨縣召開，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)主辦。2014年11月，中國鑄造學(xué)會壓鑄專業(yè)委員會聯(lián)合中國兵工學(xué)會擠壓鑄造專業(yè)委員會、中國塑性工程學(xué)會半固態(tài)加工委員會和《特種鑄造及有色合金》雜志社，召開了十幾次以“中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態(tài)加工”為主題的學(xué)術(shù)會議。美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家是擠壓鑄造技術(shù)發(fā)展較快的國家，其中，新型的擠壓鑄造設(shè)備已被日本成功研制出，對于我國擠壓鑄造水平的提升是巨大的。隨著我國科技實力的增強，使我國在研制擠壓鑄造設(shè)備上取得重大進展，與世界工藝水平之間的差距縮小了很多，但是，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國對于擠壓鑄造技術(shù)的研發(fā)仍然處于落后水平，這也是我國擠壓鑄造工藝水平不高的主要原因之一。

1 擠壓鑄造技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 擠壓鑄造基礎(chǔ)理論研究

在齊丕驤的《擠壓鑄造》一書中，他準(zhǔn)確地闡述了壓力對合金狀態(tài)、熱物理參數(shù)、晶核的長大、形成以及對顯微組織細(xì)化等方面的影響，得出的結(jié)果與實驗觀測結(jié)果基本相吻合，這對從事擠壓鑄造研究人員具有深刻的指導(dǎo)意義。羅守靖在《鋼質(zhì)液態(tài)模鍛》書中，從4種塑性流動方式在鑄、鍛不同研究方向下的分析，證明了其理論分析的正確性。羅繼相通過實驗證明，壓力與宏觀晶粒長大速度之間存在著一定的關(guān)系，他認(rèn)為，壓力對晶粒長大速度的影響符合特定的表達(dá)式，而且，壓力的大小同時受到合金成分、形核增長率及其長大速度的影響。

1.2 擠壓鑄造設(shè)備的現(xiàn)狀分析

擠壓鑄造流程中起著關(guān)鍵作用的就是擠壓鑄造壓力機。在早期，大部分企業(yè)并沒有單獨的擠壓鑄造機，而是用操作要求一致、性能基本相同的常規(guī)壓力機來替代。隨著鑄造工藝的發(fā)展，鑄件對壓鑄機的要求越來越高，以往的壓力機達(dá)不到日前生產(chǎn)的要求，因此，大部分企業(yè)家逐漸開始采用擠壓鑄造壓力機，被各大企業(yè)廣泛應(yīng)用。

擠壓鑄造分為直接法和間接法兩種，同時，又可以根據(jù)機械運動中擠壓鑄造機在合模和壓射作用下進行位置的不同，把他們分成3大類，第1大類為VV型，即合模作用和壓射作用是垂直進行；第2大類型為HV型，即在水平位置進行合模，在垂直位置開展壓射；第3大類型為HH型，即在水平位置進行合模與壓射。以下將重點介紹這3大類擠壓鑄造壓力機械。

1.2.1 VV型擠壓鑄造機

這一類型的壓力機與傳統(tǒng)的壓力機在性能上基本一致，構(gòu)造比較簡單且生產(chǎn)成本較低，因此，在市場中的應(yīng)用也最為廣泛，目前VV型的擠壓鑄造機的技術(shù)最為成熟。例如，日本的宇部公司開發(fā)的VSC系列的擠壓鑄造機如VSC315和VSC500等都是在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一系列產(chǎn)品。與其它類型的擠壓鑄造機相比，VV型結(jié)構(gòu)擠壓鑄造機雖有一系列的優(yōu)勢，但有一個問題大大限制了其發(fā)展，那就是隨著VV型結(jié)構(gòu)擠壓構(gòu)造機容量的增大，其重量、高度和占地面積等都會增加，這就使得其不易放置和移動。我國在VV型結(jié)構(gòu)的擠壓鑄造機方面具有較大的進步，有些已經(jīng)被世界廣泛認(rèn)可。例如，江蘇某股份公司就研制了2種大噸位、技術(shù)先進的VV型壓力機：SCV-800A與SCV-2000。這2種擠壓鑄造機運用工作原理簡單的側(cè)擺式壓射系統(tǒng)，在合模狀態(tài)下進行鑄件澆注，不僅提高了工件鑄造的速率，而且使設(shè)備整體的自動化程度大幅度的提升。這2種擠壓鑄造機的成功研制，促進了大噸位擠壓鑄造機技術(shù)的發(fā)展，推動我國的擠壓鑄造機工藝向前邁了一大步。

1.2.2 HV 型擠壓鑄造機

HV型擠壓鑄造機最早在1980年被研制成功。其合模和壓射過程分別在水平和垂直的方向上獨立運行。這樣不僅基本解決了大型鑄件出產(chǎn)過程中鎖模力不足的問題，而且，還大大降低了大噸位設(shè)備的高度，減少了設(shè)備的存儲空間。所以一般在大型鑄造的整個階段當(dāng)中，此類擠壓鑄造機幾乎是所有廠家的首選。目前，該類型擠壓鑄造機已在全球范圍內(nèi)被廣泛使用，簡而言之，HV型擠壓鑄造機的工作效果也得到了大家的認(rèn)可。例如，韓國2003年生產(chǎn)的HVSC450和HVSC865型號擠壓鑄造機，以及DXHV350擠壓鑄造機等運用電磁泵將金屬液傳送出去，并在此過程中，能夠?qū)⒔饘僖貉趸娘L(fēng)險降至最低，并且提高了工作效率。

1.2.3 HH 型擠壓鑄造機

HH型擠壓鑄造機研制出來的時間較晚，這也就意味著該種類型的擠壓鑄造機的科學(xué)技術(shù)含量最高。在傳統(tǒng)的擠壓鑄造機中，壓室一般會水平放置，這就使得壓室內(nèi)的空氣不易排出，而空氣不能及時排出，就會導(dǎo)致金屬液被氧化，對鑄件的質(zhì)量造成不利影響。HH 型擠壓鑄造機就很好的解決了這個問題，美國的Buhler公司用來避免氣體與金屬液接觸的方法，是在壓射過程中對沖頭進行控制，荷蘭的Prince Machine公司則在控制澆注過程中，通過嚴(yán)格控制澆筑金屬液的數(shù)量，將空氣擠出金屬液，防治其被氧化，這類技術(shù)廣泛應(yīng)用于HH型擠壓鑄造機中，大大提高了其鑄造工藝的效率和質(zhì)量。

2 我國擠壓鑄造技術(shù)的發(fā)展前景分析

2.1 大量應(yīng)用于軍工產(chǎn)品中

國防工業(yè)的發(fā)展使得軍工產(chǎn)品的需求量越來越大，在這種形勢下，高成本開發(fā)出來的產(chǎn)品已進入大量生產(chǎn)的階段。但是，之前軍工產(chǎn)品中的大部分零件都是采取鍛造制坯，再利用特定的機器加工成要求的形狀，這種生產(chǎn)流程不但耗費更長的時間，還會增加材料的使用，導(dǎo)致成本進一步增加。所以，為了保證生產(chǎn)效率的有效提升，就必須在傳統(tǒng)的方式中融入現(xiàn)代科技，從而降低成本，搶占市場份額，擴大市場需求。

2.2 我國應(yīng)積極研發(fā)擠壓鑄造機虛擬工藝，優(yōu)化擠壓鑄造器械的構(gòu)造

目前中國很大部分的擠壓鑄造機都不是原裝的設(shè)備，而是將傳統(tǒng)的擠壓鑄造機進行優(yōu)化和改造，讓其改變構(gòu)造老舊、運行速率低而且出產(chǎn)的鑄件質(zhì)量不高的不利局面。據(jù)資料表明，我國新開發(fā)的壓鑄機設(shè)計方案多數(shù)是對以往的舊方案進行小幅度的調(diào)整，對于以往的擠壓鑄造機存在的問題并沒有得出很好的改進方案，因此，在實際生產(chǎn)中仍存在很多問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，虛擬技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，這也為優(yōu)化擠壓鑄造設(shè)備的設(shè)計提供了技術(shù)支持。我們可以利用計算機技術(shù)，設(shè)計虛擬擠壓鑄造機的方案，以提高設(shè)備的研發(fā)速率，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，節(jié)省成本。

2.3 開發(fā)擠壓鑄造模擬軟件

目前世界上的鑄造模擬軟件在對連續(xù)擠壓時零件的微量變形和補縮描述領(lǐng)域仍存在空白區(qū)。但是該步驟對鑄件質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率等均具有重要的影響。我國可以從這個角度著手，發(fā)展我國特有的擠壓鑄造機設(shè)備技術(shù)。

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