擠壓鑄造作為一種工藝技術(shù)，如同其它工藝技術(shù)一樣，固然有它自己特定的工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能要求、批量和生產(chǎn)條件等多種因素綜合考慮，正確確定工藝方案，合理地選擇擠壓鑄造方式。只有這樣，才能開發(fā)生產(chǎn)出理想的產(chǎn)品。因此合理地選擇擠壓鑄造方案是取得工藝成功的關(guān)鍵。

擠壓鑄造工藝是一種鑄鍛結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)，液態(tài)金屬在高壓下成形、凝固或伴有微量塑性變形，可消除鑄件內(nèi)部縮孔、疏松等缺陷，鑄件組織細(xì)密，可通過熱處理大幅提高力學(xué)性能，接近或相當(dāng)于模鍛件水平，是一種具有良好應(yīng)用前景的輕金屬精確鑄造成形工藝。

隨著新能源汽車的發(fā)展和汽車輕量化的需要，先進(jìn)的擠壓鑄造技術(shù)在汽車結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用將越來越廣泛，如控制臂類、擺臂類、連桿類、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、輪邊支架類等底盤件已部分應(yīng)用鋁合金材料制造。取代部分鍛造生產(chǎn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，替代低壓和差壓鑄造、金屬型重力鑄造生產(chǎn)那些可靠性要求高結(jié)構(gòu)件已成汽車未來優(yōu)選趨勢(shì)。

鋁合金通常分為鑄造鋁合金和鍛造鋁合金，而鑄造鋁合金又分為鋁硅類、鋁銅類、鋁鎂類和鋁鋅類等，鍛造鋁合金又分為為很多系列，如 2 系、6 系、7 系等。這些合金有的雖然成分相近，但使用性能和工藝性能差別很大，有的可通過熱處理進(jìn)一步強(qiáng)化，有的只適合直接擠壓鑄造，有的鑄造成型困難......,如何正確選擇適合擠壓鑄造生產(chǎn)的鋁合金，既能滿足使用要求，同時(shí)又能滿足擠壓鑄造工藝要求這也是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的前提與保障。考慮到擠壓鑄造件通常需要固溶熱處理，本文給出14 種常用擠壓鑄造鋁合金供選用，如表1所示。

表1 擠壓鑄造鋁合金及化學(xué)成分

零件結(jié)構(gòu)千差萬別，所用的材料也各不相同，如何根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，選擇合適的生產(chǎn)工藝是技術(shù)人員應(yīng)具備的職能。首先是選擇某工藝的目的是什么？是為了提高性能？減輕重量？還是為了降低成本？有些技術(shù)人員在對(duì)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于對(duì)工藝的不熟悉，選擇工藝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，往往會(huì)造成產(chǎn)品應(yīng)用失敗，這種示例很多。所以說一個(gè)好的設(shè)計(jì)師必須是一個(gè)好的工藝師，只有對(duì)各種工藝有較好的了解和掌握，才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的鑄件。

選擇擠壓鑄造工藝生產(chǎn)的零件，在結(jié)構(gòu)上就應(yīng)適應(yīng)擠壓鑄造的需要。由于擠壓鑄造合金液充型速度較低，要求零件壁厚不能太小，通常平均壁厚要大于6mm,局部最小壁厚不小于3mm,否則就會(huì)成形困難，圖 1 為某公司的高精密儀器上的一個(gè)零件，原產(chǎn)品鍛造毛坯再機(jī)加工成形，加工余料量大、時(shí)間長(zhǎng)、成本高。改用擠壓鑄造生產(chǎn)，雖然擠壓鑄造能夠做出該產(chǎn)品，各項(xiàng)指標(biāo)也能滿足對(duì)方的使用要求，但由于產(chǎn)品壁厚太?。ň植恐挥?2.5mm）,導(dǎo)致產(chǎn)品合格率太低。

圖1  精密結(jié)構(gòu)零件

圖 2 是東風(fēng)某新能源汽車鏈接板，原設(shè)計(jì)為壓鑄件，因性能達(dá)不到要求，后改為擠壓鑄造件，產(chǎn)品需經(jīng) T6 熱處理，由于肋板壁厚較薄且較長(zhǎng)，給擠壓鑄造生產(chǎn)帶來很多麻煩，合格率一直較低。

圖2 新能源汽車鏈接板

有的企業(yè)在零件設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是壓鑄工藝，而在最終確定生產(chǎn)工藝時(shí)又要求對(duì)鑄件進(jìn)行 T6 處理，顯然這種設(shè)計(jì)思想本身對(duì)各種工藝的特點(diǎn)不夠了解，不了解零件結(jié)構(gòu)與工藝的適應(yīng)性。

專用擠壓鑄造機(jī)

圖3 宇部 8000KN 臥式機(jī)

圖4 宇部 8000KN 立式機(jī)

與其他機(jī)型主要不同的是澆料時(shí)壓射缸為傾斜式，結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。這種傾斜式澆料方式可以減少倒 入料缸中的合金液的翻滾程度，減少了氧化物的生成，合金液注入料缸熱量集中，散熱慢，操作也很方便；但料缸壓射前需回位、對(duì)接后才能壓射，這個(gè)動(dòng)作大約需要 4 秒鐘時(shí)間，所以用這種機(jī)型 擠壓鑄造機(jī)，合金液的澆注應(yīng)適當(dāng)提高，通常提高 20℃左右。

圖5 壓射缸為傾斜式

四柱液壓機(jī)

液壓機(jī)通常為三梁四柱或框架式結(jié)構(gòu)。該類機(jī)型主要用于鍛造成型，如模鍛、拉深等，其結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。經(jīng)濟(jì)實(shí)用，液壓控制采用插裝閥集成系統(tǒng)，動(dòng)作可靠，使用壽命長(zhǎng)，具備保壓延時(shí)功能，工作壓力行程可在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)三種操作方式。設(shè)備價(jià)格低，功能簡(jiǎn)單，沒有可視化操作界面，工作臺(tái)面大，開模行程大，采用液壓油缸合模，實(shí)用性強(qiáng)，操作方便，沒有卸料機(jī)構(gòu)，需加裝卸料桿油缸或固定推桿，壓射缸速度一般不可調(diào)?？蚣苁揭簤簷C(jī)設(shè)備穩(wěn)定性好，剛性好、適合直接擠壓生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)件。

圖6 萬能油壓機(jī)

分型方案的選擇

立式機(jī)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）直通式澆道。澆入到料缸中的金屬液在沖頭力的作用下直接進(jìn)入型腔，優(yōu)點(diǎn)是金屬液轉(zhuǎn)折少，壓力損失小，便于零件成型和補(bǔ)縮，模具結(jié)構(gòu)如圖 9 所示。但在料桶壁上形成的冷金屬及熔渣極易擠如鑄件內(nèi)部，形成冷金屬夾層，如圖 10 所示。

1 成型模塊 2 定模 3 金屬液 4 冷凝層 5 料缸 6 沖頭

（2）卡環(huán)式澆道。在模具定模直澆道上方設(shè)計(jì)一卡環(huán)結(jié)構(gòu)，通過油缸驅(qū)動(dòng)卡環(huán)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖11 所示，該結(jié)構(gòu)具有良好的擋渣作用，但模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求配合精度較高，機(jī)加工難度大，噴刷涂料較麻煩。

圖11 卡環(huán)式結(jié)構(gòu)

（3）臺(tái)階式橫澆道。當(dāng)模具設(shè)計(jì)為側(cè)向澆道時(shí)，為減少澆口處冷料進(jìn)入型腔，在橫澆道處設(shè) 計(jì)一隔離臺(tái)階，可阻擋澆道處部分冷料直接進(jìn)入內(nèi)澆口，結(jié)構(gòu)如圖12 所示。

圖12 臺(tái)階式橫澆道

（4）余料厚度及其它因素對(duì)縮松的影響在擠壓鑄造過程中，要利用澆道對(duì)制件進(jìn)行補(bǔ)縮，特別是直澆道（料柄）厚度直接影響到制件的補(bǔ)縮效果。有時(shí)在制件的澆口處出現(xiàn)縮松（縮孔），其主要原因就是料柄厚度不夠，一般料柄厚度要大于零件要補(bǔ)縮部位的最大厚度，當(dāng)制件最大壁厚在6—20mm 時(shí)，料柄有效厚度不能小于 30mm；當(dāng)制件最大壁厚大于 20mm，小于 50mm 時(shí),料柄有效厚度在 40mm—60mm 間選取。此外，澆注溫度太低，鋁液在料缸中形成的冷凝層太厚；料缸溫度太低，澆入料缸的金屬液冷卻太快，形成較厚的冷金屬外殼，影響壓力傳遞；保壓時(shí)間不夠，料柄沒能起到有效的補(bǔ)縮作用；料缸直徑與澆入到料缸的合金液高度不匹配，合金液散熱太快；沖頭與澆口套的間隙過小，沖頭與澆口套摩擦力過大，壓力損失大；沖頭粘鋁，導(dǎo)致沖頭壓力損失過大。這些因素都會(huì)導(dǎo)致制件或澆口部位產(chǎn)生縮松（縮孔）。

通常分流錐，抽芯以及局部壁厚較厚的部位采用點(diǎn)冷，對(duì)整個(gè)模具的冷卻，則多采用直線式和循環(huán)式冷卻。對(duì)于模具型腔最厚大部位，通常采用定點(diǎn)冷卻還不足以降低該處的模具溫度，需要采用面冷才能有效降低該處模溫。模芯上的芯針部位，最理想的冷卻方式就是使用基于高壓循環(huán)水的定點(diǎn)冷卻式方法。這種基于高壓循環(huán)水的定點(diǎn)冷卻工藝的優(yōu)點(diǎn)在于： ①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻效果好，加工成本低，加工維修方便。 ②在試模后調(diào)整溫度梯度時(shí)極為有效，可隨時(shí)增減。 ③可有效控制冷卻點(diǎn)距模具型腔表面的距離，從而有效控制模溫。

推桿或推管除用于推出成型零件外，還具有排氣功能，利用推桿與孔的配合間隙排出氣體。在擠壓鑄造模具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員在選擇推桿與孔的配合間隙時(shí)，通常都是按壓鑄模的設(shè)計(jì)思想選取的，間隙選取的較保守，總間隙在 0.03—0.06mm,因間隙小，起不到排氣效果。由于擠壓鑄造液流充填速度低，只要間隙選取的合適，不會(huì)造成推桿孔的堵塞。建議在模具設(shè)計(jì)時(shí)采用分段選取原則，遠(yuǎn)離澆道或沖頭施壓部位推桿與孔的配合間隙取 0.08—0.12mm。在集渣包位置取 0.10—0.14mm。推桿與孔的配合高度可根據(jù)推桿直徑來定，一般封閉高度不超過 30mm,結(jié)構(gòu)如圖14 所示。

文章來源：第十四屆中國(guó)國(guó)際壓鑄會(huì)議/第5屆有色合金及特種鑄造技術(shù)國(guó)際研討會(huì)。作者：羅繼相（武漢理工大學(xué)），裴連進(jìn)、夏望紅、黃毅（廣州金邦液態(tài)模鍛技術(shù)有限公司）。