擠壓鑄造的實(shí)質(zhì)是對(duì)定量澆人鑄型型腔中的液態(tài)金屬施加較大的機(jī)械壓力，使其成形、結(jié)晶凝固而獲得零件毛坯的一種工藝方法。這種工藝方法也曾稱為“液態(tài)金屬模鍛”、“液態(tài)金屬?zèng)_壓”、“液態(tài)金屬鍛造”、“沖頭壓力結(jié)晶”等，國(guó)際壓鑄學(xué)會(huì)統(tǒng)一定名為“squeezeeastm‘g”，根據(jù)譯意，國(guó)內(nèi)統(tǒng)稱為擠壓鑄造。
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(jī)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(duì)鑄件肥厚部分進(jìn)行補(bǔ)縮，而壓鑄一般不能補(bǔ)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(dá)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(zhǎng)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(jí))、表面粗糙度(小于Ra3.2)等級(jí)都非常高，對(duì)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(jìn)行固溶及時(shí)效熱處理，以大幅度提高鋁合金的力學(xué)性能。
2擠壓鑄造的工藝過程步驟如下：
(1)鑄型準(zhǔn)備。清理型腔，噴刷涂料，對(duì)鑄型預(yù)熱(或冷卻)，將鑄型溫度控制在所需的溫度范圍內(nèi)，并使鑄型處于待澆的狀態(tài)(圖6.24a)。
(2)澆注。將定量的金屬液澆入鑄型內(nèi)(圖6.24b)。
(3)合型加壓。將上下型鎖緊，依靠沖頭的壓力使液態(tài)金屬充滿型腔，升壓并在預(yù)定的壓力下保持一定時(shí)間，使液態(tài)金屬在較高的機(jī)械壓力下結(jié)晶凝固。
(4)開型、取鑄件。卸壓、開型，頂出鑄件。
擠壓鑄造的工藝形式有多種，按成形時(shí)液體金屬充填的特性和受力情況，可分為柱塞擠壓，直接沖頭擠壓，間接沖頭擠壓和型板擠壓等四種形式。
柱塞擠壓鑄造是用柱塞作為加壓沖頭，施壓于凹型里的液體金屬，保壓至鑄件完全凝固。加壓時(shí)，液體金屬基本上不產(chǎn)生充型運(yùn)動(dòng)。這種工藝方法主要適合于形狀簡(jiǎn)單的厚壁鑄件及鑄錠。直接沖頭擠壓利用成形壓頭，在合型時(shí)把它插入液體金屬中，使部分液體金屬上流充填全部型腔，繼續(xù)升壓和保壓至鑄件全部凝固。加壓時(shí)，液體金屬進(jìn)行充型運(yùn)動(dòng)。這種工藝方法沒有澆注系統(tǒng)，澆入的液體金屬全部成為鑄件，鑄件的高度取決于澆入的金屬?？捎糜诒谳^薄、形狀較復(fù)雜的鑄件。間接沖頭擠壓鑄造的沖頭，其作用除將液態(tài)金屬擠入型腔外，還通過由沖頭和凹型組成的內(nèi)澆道，將壓力傳到鑄件上。由于鑄件是在已合型閉鎖的型腔中形成，它不受金屬澆注量的影響，因而鑄件尺寸精度高。但沖頭不直接而只部分加壓于鑄件上，因此，加壓效果較差，而且鑄件上留有料餅及內(nèi)澆道，金屬利用率較低。這種工藝適合于產(chǎn)量較大，形狀較復(fù)雜的中、小型鑄件。
型板擠壓鑄造是一種特殊的擠壓鑄造形式。其工藝過程是：向半開的楔形型腔中澆注液體金屬，開動(dòng)動(dòng)型向靜型合攏，液體金屬被擠壓上升并充填型腔，多余的液體金屬外溢，在壓力的作用下結(jié)晶凝固。這種工藝的特點(diǎn)是：合型時(shí)，上升的液體金屬與型壁接觸后結(jié)晶成一層很薄的硬殼，隨著液態(tài)金屬的上升，結(jié)晶層沿型壁不斷生長(zhǎng)，最后結(jié)晶硬殼中間多余的液態(tài)金屬被擠出型外，兩硬殼層被擠壓成為整體的鑄件，這種工藝方法適合于大型整體薄壁鑄件。
擠壓鑄造是介于鑄造與鍛造之間的一種新工藝方法，它兼有二者的一些優(yōu)點(diǎn)。與壓力鑄造相比，其特點(diǎn)是：
(1)壓力鑄造時(shí)，金屬在高壓作用下以極快的速度充填鑄型，卷入氣體，型腔里的空氣也難全部排出，鑄件中氣體的含量較多，不能熱處理;擠壓鑄造金屬液直接澆入型腔中而不經(jīng)過澆注系統(tǒng)，吸氣少，鑄件可進(jìn)行熱處理。
(2)壓力鑄造時(shí)，金屬液的流程長(zhǎng)，冷卻凝固快，而且澆道里的金屬液比鑄件先凝固，壓力不可能維持到鑄件結(jié)晶凝固終了，鑄件得不到補(bǔ)縮，因此，鑄件厚壁處的組織難以致密，晶粒也較粗大;擠壓鑄造時(shí)沒有澆注系統(tǒng)，金屬液在壓力作用下充型、結(jié)晶凝固，補(bǔ)縮效果好，晶粒較細(xì)，組織致密、均勻。
(3)壓力鑄造的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工時(shí)多，加工費(fèi)用高，金屬的利用率低擠壓鑄造的模具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，加工費(fèi)用較低，壽命較長(zhǎng)，金屬的利用率較高。與鍛造相比，擠壓鑄造具有如下特點(diǎn)：
(1)鍛件的力學(xué)性能一般比擠壓鑄件高，但通常存在各向異性，尤其是塑性指標(biāo)在縱向與橫向之間的差別很大，橫向低很多，限制了鍛件的應(yīng)用;擠壓鑄件的力學(xué)性能雖稍低于鍛件，但只要工藝正確，其力學(xué)性能可接近或達(dá)到鍛件的水平，且各向性能均勻。
(2)擠壓鑄件的成形是靠壓力作用在封閉的型腔里的液態(tài)金屬，使其結(jié)晶凝固而成的，而鍛件是壓力作用在固態(tài)金屬上形成的。前者所需的壓力比后者小得多，所需設(shè)備的功率比鍛造小65%一75%。
(3)擠壓鑄造為一次成形，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)強(qiáng)度較低，能源消耗低。
(4)擠壓鑄件的尺寸精度比鍛件和熔模精密鑄件高，表面粗糙度相比之下也最低，加工余量小，一般為0.5—2mm，因此，所用的金屬料少，成本較便宜。鍛件要達(dá)到上述的尺寸精度和表面粗糙度是相當(dāng)困難的。
(5)擠壓鑄造適用于多種合金材料，包括鑄造鋁合金、鋅合金、銅合金、鑄鐵、鑄鋼以及部分變形合金，而鍛造的材質(zhì)卻很有限。
3中國(guó)擠壓鑄造現(xiàn)狀
中國(guó)目前絕大多數(shù)工廠所用擠壓設(shè)備是采用油壓機(jī)改裝而成，常采用YA.200，YA.315和YA.500等機(jī)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(jī)作液態(tài)擠壓鑄造機(jī)，主要存在3個(gè)問題。
(1)在間接擠壓時(shí)經(jīng)常用下面頂出缸作擠壓缸用，此時(shí)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(dá)到預(yù)定最大鎖模力后，下面的擠壓缸才能開始動(dòng)作，這一段時(shí)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(dòng)性大大下降，影響金屬液平穩(wěn)填充整個(gè)鑄型，而且由此液體金屬也需要一定過熱度。
(2)用油壓機(jī)作液態(tài)擠壓鑄造機(jī)，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(duì)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(jī)沒有壓鑄機(jī)和擠壓鑄造機(jī)所擁有的N2氣貯能器。因此它不可能有在鑄型充滿后瞬時(shí)升壓的特點(diǎn)，也不配備局部加壓裝置。目前國(guó)內(nèi)用油壓機(jī)進(jìn)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(jiǎn)單、壁厚比較均勻的小尺寸零件。
4用油壓機(jī)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(bǔ)縮不可能通過冒口得到補(bǔ)縮。唯一可能得到補(bǔ)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(jī)不能瞬時(shí)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(shí)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?yàn)楹笳呖梢杂忻翱谘a(bǔ)縮，而擠壓鑄件除內(nèi)澆道補(bǔ)縮外，不可能再有冒口補(bǔ)縮。
國(guó)內(nèi)普遍用油壓機(jī)進(jìn)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(shí)，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(diǎn)”，阻礙沖頭對(duì)厚大的尚未凝固的熱節(jié)部分的進(jìn)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(jī)擠壓，一般鑄造節(jié)拍比較慢。如果鑄型設(shè)計(jì)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(dòng)距離比較長(zhǎng)的條件下(例如摩托車輪)，金屬流動(dòng)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(dá)10 m/s以上，一定會(huì)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(gè)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(jī)的下頂出缸速度較慢，再加上澆人金屬后合模、鎖模時(shí)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(shí)也不可能瞬時(shí)接受高壓壓力，所以用油壓機(jī)間接擠壓鑄件時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)冷隔和裂紋缺陷，即使是用流動(dòng)性極好的ADC12合金，也常會(huì)出現(xiàn)這種缺陷。
