擠壓鑄造作為一種工藝技術，如同其它工藝技術一樣，固然有它自己特定的工藝特點和應用范圍。生產中應根據零件的結構特點、性能要求、批量和生產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)生產出理想的產品。因此合理地選擇擠壓鑄造方案是取得工藝成功的關鍵。

擠壓鑄造工藝是一種鑄鍛結合的先進技術，液態(tài)金屬在高壓下成形、凝固或伴有微量塑性變形，可消除鑄件內部縮孔、疏松等缺陷，鑄件組織細密，可通過熱處理大幅提高力學性能，接近或相當于模鍛件水平，是一種具有良好應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，先進的擠壓鑄造技術在汽車結構件上的應用將越來越廣泛，如控制臂類、擺臂類、連桿類、發(fā)動機支架、輪邊支架類等底盤件已部分應用鋁合金材料制造。取代部分鍛造生產高性能復雜結構件，替代低壓和差壓鑄造、金屬型重力鑄造生產那些可靠性要求高結構件已成汽車未來優(yōu)選趨勢。

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一步強化，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的鋁合金，既能滿足使用要求，同時又能滿足擠壓鑄造工藝要求這也是獲得優(yōu)質鑄件的前提與保障。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成分

零件結構千差萬別，所用的材料也各不相同，如何根據零件結構特點和技術要求，選擇合適的生產工藝是技術人員應具備的職能。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？有些技術人員在對零件結構設計時，由于對工藝的不熟悉，選擇工藝時出現錯誤，往往會造成產品應用失敗，這種示例很多。所以說一個好的設計師必須是一個好的工藝師，只有對各種工藝有較好的了解和掌握，才能設計出結構合理的鑄件。

選擇擠壓鑄造工藝生產的零件，在結構上就應適應擠壓鑄造的需要。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,否則就會成形困難，圖 1 為某公司的高精密儀器上的一個零件，原產品鍛造毛坯再機加工成形，加工余料量大、時間長、成本高。改用擠壓鑄造生產，雖然擠壓鑄造能夠做出該產品，各項指標也能滿足對方的使用要求，但由于產品壁厚太薄（局部只有 2.5mm）,導致產品合格率太低。

圖1  精密結構零件

圖 2 是東風某新能源汽車鏈接板，原設計為壓鑄件，因性能達不到要求，后改為擠壓鑄造件，產品需經 T6 熱處理，由于肋板壁厚較薄且較長，給擠壓鑄造生產帶來很多麻煩，合格率一直較低。

圖2 新能源汽車鏈接板

有的企業(yè)在零件設計時選擇的是壓鑄工藝，而在最終確定生產工藝時又要求對鑄件進行 T6 處理，顯然這種設計思想本身對各種工藝的特點不夠了解，不了解零件結構與工藝的適應性。

專用擠壓鑄造機

圖3 宇部 8000KN 臥式機

圖4 宇部 8000KN 立式機

與其他機型主要不同的是澆料時壓射缸為傾斜式，結構如圖 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、對接后才能壓射，這個動作大約需要 4 秒鐘時間，所以用這種機型 擠壓鑄造機，合金液的澆注應適當提高，通常提高 20℃左右。

圖5 壓射缸為傾斜式

四柱液壓機

液壓機通常為三梁四柱或框架式結構。該類機型主要用于鍛造成型，如模鍛、拉深等，其結構如圖 6 所示。經濟實用，液壓控制采用插裝閥集成系統，動作可靠，使用壽命長，具備保壓延時功能，工作壓力行程可在規(guī)定的范圍內調節(jié)，采用按鈕集中控制，可實現手動、半自動、自動三種操作方式。設備價格低，功能簡單，沒有可視化操作界面，工作臺面大，開模行程大，采用液壓油缸合模，實用性強，操作方便，沒有卸料機構，需加裝卸料桿油缸或固定推桿，壓射缸速度一般不可調。框架式液壓機設備穩(wěn)定性好，剛性好、適合直接擠壓生產大型結構件。

圖6 萬能油壓機

分型方案的選擇

立式機澆注系統設計

（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入型腔，優(yōu)點是金屬液轉折少，壓力損失小，便于零件成型和補縮，模具結構如圖 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計一卡環(huán)結構，通過油缸驅動卡環(huán)運動，結構如圖11 所示，該結構具有良好的擋渣作用，但模具結構較復雜，要求配合精度較高，機加工難度大，噴刷涂料較麻煩。

圖11 卡環(huán)式結構

（3）臺階式橫澆道。當模具設計為側向澆道時，為減少澆口處冷料進入型腔，在橫澆道處設 計一隔離臺階，可阻擋澆道處部分冷料直接進入內澆口，結構如圖12 所示。

圖12 臺階式橫澆道

（4）余料厚度及其它因素對縮松的影響在擠壓鑄造過程中，要利用澆道對制件進行補縮，特別是直澆道（料柄）厚度直接影響到制件的補縮效果。有時在制件的澆口處出現縮松（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縮部位的最大厚度，當制件最大壁厚在6—20mm 時，料柄有效厚度不能小于 30mm；當制件最大壁厚大于 20mm，小于 50mm 時,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；保壓時間不夠，料柄沒能起到有效的補縮作用；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，導致沖頭壓力損失過大。這些因素都會導致制件或澆口部位產生縮松（縮孔）。

通常分流錐，抽芯以及局部壁厚較厚的部位采用點冷，對整個模具的冷卻，則多采用直線式和循環(huán)式冷卻。對于模具型腔最厚大部位，通常采用定點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)水的定點冷卻式方法。這種基于高壓循環(huán)水的定點冷卻工藝的優(yōu)點在于： ①結構簡單，冷卻效果好，加工成本低，加工維修方便。 ②在試模后調整溫度梯度時極為有效，可隨時增減。 ③可有效控制冷卻點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。在擠壓鑄造模具設計中，設計人員在選擇推桿與孔的配合間隙時，通常都是按壓鑄模的設計思想選取的，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，不會造成推桿孔的堵塞。建議在模具設計時采用分段選取原則，遠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推桿直徑來定，一般封閉高度不超過 30mm,結構如圖14 所示。

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