上 海 大 學(xué) 唐多光
昆山易通汽配廠 徐張翼 沈友良

　　在汽車工業(yè)高速發(fā)展影響下，壓鑄成為提供汽車鋁合金零件的主要生產(chǎn)方式。絕大多數(shù)壓鑄件由于內(nèi)澆道比較薄(1．0～1．5 mrn)，內(nèi)澆道處液流速度高達20～60Ⅱl／s?1，合金液填充鑄型成渦流狀態(tài) 2，鑄型型腔內(nèi)氣體不能有效排除，造成金屬液與空氣高密度混合，在極高壓力下氣泡被壓縮到1～100 tan級尺寸，而且比較集中在局部熱節(jié)處，小氣孔常與疏松共生在一起，因此壓鑄件一般不能深度加工，也不能進行固溶熱處理，對于生產(chǎn)高力學(xué)性能、高致密度的耐壓零件，壓鑄顯然不能勝任。近1O年內(nèi)由于擠壓設(shè)備和理論研究高速發(fā)展，許多原來用壓鑄方法生產(chǎn)的零件改用擠壓鑄造法生產(chǎn)獲得良好效果。然而并不是所有零件一經(jīng)擠壓鑄造成型都能獲得滿意的產(chǎn)品質(zhì)量，有時由于零件結(jié)構(gòu)、擠壓工藝和擠壓設(shè)備的限制，擠壓鑄造的產(chǎn)品甚至比壓鑄產(chǎn)品、金屬型重力鑄造的產(chǎn)品質(zhì)量還要差，缺陷更多，生產(chǎn)率和成品率更低。本文對幾年來所經(jīng)歷擠壓鑄造失敗的教訓(xùn)、產(chǎn)品缺陷以及成功經(jīng)驗作了簡單分析和討論，并對我國今后擠壓鑄造業(yè)發(fā)展提出一些建議。
　　1 擠壓鑄造基本特征
　　(1)擠壓鑄造設(shè)備必須具備低流速(0．05～1．50Ⅱl／s)大流量填充鑄型的能力，以便使金屬液體較平穩(wěn)地填充鑄型和將鑄型內(nèi)氣體趕出鑄型，而且要求在鑄型被充滿后擠壓活塞能夠急速增壓(50～150 Ins內(nèi))，使充滿鑄型的金屬液在較高壓力(>50 MPa)下結(jié)晶 。
　　(2)擠壓鑄造的內(nèi)澆道一般開在鑄件最厚部位，而且尺寸比較大，其目的是讓擠壓活塞所提供的壓力有效傳遞到鑄型各部位，造成在高壓下結(jié)晶，也因此擠壓鑄件內(nèi)澆道一般用機械加工方法去除，不能像壓鑄件那樣輕易敲斷去除。
　　(3)擠壓鑄造與壓鑄相比，它可以通過擠壓活塞對鑄件肥厚部分進行補縮，而壓鑄一般不能補縮。因此擠壓鑄造可以生產(chǎn)1O～50 mrn的壁厚不均的鑄件，而壓鑄件一般僅限于生產(chǎn)壁厚小于5 mrn的壁厚均勻的鑄件。
　　(4)擠壓鑄造與壓鑄一樣只用脫模劑，而不像金屬型重力鑄造和低壓鑄造采用絕熱或保溫涂料再加上壓力下結(jié)晶，所以擠壓鑄造冷卻速度與壓鑄一樣可以達到金屬型重力鑄造冷卻速度的3～5倍(300～400 oC／s)。因此擠壓鑄件的力學(xué)性能，特別是伸長率高于其他鑄造方法1～2倍。
　　(5)擠壓鑄造由于只用脫模劑，不用保溫涂料，鑄件冷卻速度快，且在高比壓下結(jié)晶，液態(tài)金屬緊貼鑄型，故鑄件尺寸精度(CT3～4級)、表面粗糙度(小于Ra3．2)等級都非常高，對于150 mrn以下尺寸的擠壓鑄件，在鑄型上幾乎可以不考慮收縮。
　　(6)擠壓鑄造鑄件可以與金屬型重力鑄造鑄件一樣，進行固溶及時效熱處理，以大幅度提高鋁合金的力學(xué)性能。
　　2 中國擠壓鑄造現(xiàn)狀
　　中國目前絕大多數(shù)工廠所用擠壓設(shè)備是采用油壓機改裝而成，常采用YA．200，YA．315和YA．500等機型。其下頂缸擠壓力分別為400 kN，630 kN，1 000 kN。主缸鎖模力分別為2 000 kN，3 150 kN，5 000 kN。用油壓機作液態(tài)擠壓鑄造機，主要存在3個問題。
　　(1)在間接擠壓時經(jīng)常用下面頂出缸作擠壓缸用，此時必須在合型前將液體金屬澆入料缸內(nèi)，然后合模，而且要在鎖模力達到預(yù)定最大鎖模力后，下面的擠壓缸才能開始動作，這一段時間最少也要5 s。此刻液體金屬在料缸內(nèi)已有部分開始凝固，金屬流動性大大下降，影響金屬液平穩(wěn)填充整個鑄型，而且由此液體金屬也需要一定過熱度。
　　(2)用油壓機作液態(tài)擠壓鑄造機，其下面的頂出缸上升速度較慢，而且不可調(diào)節(jié)。因此在間接擠壓中對不同零件不可能擁有最佳擠壓速度和不同速度組合。
　　(3)油壓機沒有壓鑄機和擠壓鑄造機所擁有的N2氣貯能器。因此它不可能有在鑄型充滿后瞬時升壓的特點，也不配備局部加壓裝置。目前國內(nèi)用油壓機進行擠壓鑄造還有一部分是沖頭式直接擠壓鑄造，也可以稱為液態(tài)模鍛。這種沖頭式直接擠壓鑄造只限于鑄造形狀簡單、壁厚比較均勻的小尺寸零件。
　　3 用油壓機擠壓鑄件常見缺陷
　　(1)縮孔和縮松擠壓鑄造中在鑄型被充滿后，冷卻極快，鑄件最外層立即凝固成一層金屬，鑄件中心未凝固，需要的補縮不可能通過冒口得到補縮。唯一可能得到補縮的通道就是連通料缸的內(nèi)澆道。如果內(nèi)澆道不是足夠大，再加上油壓機不能瞬時增壓，鑄件中最后凝固的地方必定留下縮孑L，其中縮松是普遍存在的。所以有時候用這種方法擠壓的鑄件其致密度甚至還比不上金屬型重力鑄造鑄件，因為后者可以有冒口補縮，而擠壓鑄件除內(nèi)澆道補縮外，不可能再有冒口補縮。
　　國內(nèi)普遍用油壓機進行沖頭式直接擠壓鑄造，鑄件壁厚不可能完全相同，這種沖頭式直接擠壓時，由于鑄件壁薄的地方比較早的凝固，沖頭向下的作用力絕大部分消耗在較早凝固的薄壁部分，薄壁部分成為沖頭向下的“支撐點”，阻礙沖頭對厚大的尚未凝固的熱節(jié)部分的進一步擠壓，使最后凝固的厚壁部分常出現(xiàn)縮孔、縮松。
　　(2)氣孔及熱處理后起泡用油壓機擠壓，一般鑄造節(jié)拍比較慢。如果鑄型設(shè)計不盡合理，鑄型表面溫度比較低(200 o C)，在料缸尺寸比較大、內(nèi)澆道尺寸較小、金屬流動距離比較長的條件下(例如摩托車輪)，金屬流動速度必定比較大。這種擠壓狀況就比較接近于壓鑄，金屬在內(nèi)澆道附近流速常常達10 m／s以上，一定會將鑄型內(nèi)氣體卷人金屬液，在壓力下被壓縮成1～100胂的小氣孔。這種小氣孔在隨后的固溶熱處理中受熱膨脹，造成鑄件表面起泡，將泡挑開，就呈現(xiàn)一個孔洞。此外，模具溫度低，每模必噴的脫模劑水分未干，也是造成鑄件熱處理后表面起泡的原因之一。
　　(3)冷隔及裂紋油壓機的下頂出缸速度較慢，再加上澆人金屬后合模、鎖模時間的耽誤，被擠壓的金屬液在較小的壓力下填充鑄型，凝固時也不可能瞬時接受高壓壓力，所以用油壓機間接擠壓鑄件時，經(jīng)常出現(xiàn)冷隔和裂紋缺陷，即使是用流動性極好的ADC12合金，也常會出現(xiàn)這種缺陷。
　　4 對我國鋁合金擠壓鑄造發(fā)展的建議
　　(1)目前我國大多數(shù)廠家的擠壓鑄造仍應(yīng)用油壓機，其產(chǎn)品尺寸和質(zhì)量比較小，形狀比較簡單，產(chǎn)品質(zhì)量欠穩(wěn)定。對于一些高強度、高氣密性、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的大型零件，顯然不能勝任，所以國內(nèi)鑄造設(shè)備研究單位和工廠應(yīng)加速發(fā)展符合擠壓鑄造工藝要求的半熱室或熱室液態(tài)擠壓機，特別是采用計算機和傳感技術(shù)對模溫、擠壓速度、擠壓比壓進行嚴格監(jiān)控，采用先進的電磁泵輸送技術(shù)和恒定液面保溫爐，以保證我國擠壓鑄造水平與世界先進國家同步。
　　(2)加強液態(tài)金屬擠壓填充過程理論的研究，尤其是對寬結(jié)晶區(qū)間流動性欠佳，具有糊狀凝固特點的非鑄造合金充型過程的研究，以便正確設(shè)計擠壓筒形狀和尺寸、內(nèi)澆道位置及尺寸、排氣通道、排氣塊和集渣包位置和尺寸，從而保證液態(tài)金屬平穩(wěn)填充鑄件，防止活塞潤滑劑、夾渣及已凝固金屬擠人鑄型。
　　(3)加強液態(tài)金屬在擠壓狀態(tài)下凝固溫度場的研究，以便正確設(shè)計擠壓鑄造模具。一套好的模具是要在大規(guī)模生產(chǎn)中所有產(chǎn)品始終保證穩(wěn)定的高品質(zhì)。因此在模具設(shè)計上需要有冷卻和加熱通道，模溫始終保證在最佳工藝條件下。這樣才能保證避免諸如縮孔、縮松、冷隔、裂紋等鑄造缺陷，保證獲得較高的成品率。

　　參考文獻
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