一.擠壓壓鑄模鍛技術(shù)的發(fā)明
擠壓壓鑄模鍛技術(shù)，是“擠壓壓鑄模鍛工藝與裝備及其模具”技術(shù)的簡稱，簡單地說，也是指在壓鑄機上實現(xiàn)的擠壓鑄造的技術(shù)。這項技術(shù)是在1997 年由我國的工程技術(shù)人員發(fā)明的。擠壓壓鑄技術(shù)是為了解決普通壓鑄和傳統(tǒng)擠壓鑄造(液態(tài)模鍛)兩項技術(shù)存在的主要問題，并集合了兩項工藝的優(yōu)勢提出來的。
以開式澆注立式擠壓為特征的傳統(tǒng)擠壓鑄造工藝與裝備存在的最大問題有兩方面：一是充型能力不足，對復(fù)雜的鑄件不能很好充型;二是軸向(厚度)尺寸精度低。這個問題屬于該技術(shù)在生產(chǎn)適應(yīng)能力方面的。傳統(tǒng)壓鑄技術(shù)存在的主要問題，是壓鑄件內(nèi)部普遍存在收縮性缺陷(即氣密性缺陷)，屬于其工藝特性必然產(chǎn)生的質(zhì)量問題。傳統(tǒng)壓鑄技術(shù)在充型方面的優(yōu)勢非常明顯，有相當完善的壓射充型系統(tǒng)。將這兩項技術(shù)成功結(jié)合起來，就能取長補短，從質(zhì)量和適應(yīng)能力兩方面取得基本統(tǒng)一，同時實現(xiàn)兩項技術(shù)的升級換代。擠壓壓鑄工藝與裝備技術(shù)所具有的絕對優(yōu)勢，是已有的其它型腔成形工藝所不能比擬的，一改壓鑄與傳統(tǒng)擠壓鑄造技術(shù)多年蟄伏待破的局面，在行內(nèi)產(chǎn)生極大的回響。
壓鑄和擠壓鑄造兩種技術(shù)自問世后都在不斷的改進提高，都同時朝著一個方向走，都向前走了一步。壓鑄技術(shù)所走的那一步名叫“精、速、密壓鑄”，這項技術(shù)的創(chuàng)意，是鑄件在充型后開始冷凝時，增加了由壓射缸再“加力”進行補縮的工步。從工藝思想上講，鑄件冷凝時進行補縮是正確的。但這項技術(shù)有其自身的適應(yīng)性缺陷，40年來再未有大的改進，壓鑄件存在的因冷凝收縮原因產(chǎn)生的氣密性問題仍未得到良好的解決;擠壓鑄造也走出了半步，那就是閉模反壓充型(或叫 “間接沖頭充型擠壓”)，以解決擠壓鑄造早期裝置充型能力不足和局部收縮性缺陷的問題。日本和臺灣的設(shè)備生產(chǎn)廠家將壓鑄機的整個壓射裝置都加了進來，這種鑄造成形裝置在充型能力上與傳統(tǒng)壓鑄機沒有什么分別了，可壓鑄充型同樣復(fù)雜的零件。說它只完成了半步，是因為這項技術(shù)改進“形”似但“神”卻丟了。擠壓鑄造最重要的特征是主缸動力擠壓補縮，但現(xiàn)在卻用壓射缸的壓射力補縮，比主缸動力少了八九成，反而退了一大步。仔細分析對比可知，這項改進并沒有走出40年前“精、速、密壓鑄”創(chuàng)意，只是換了個形式，裝置從原來的臥式變?yōu)榱⑹蕉选?/p>
三.壓鑄和擠壓鑄造要突破和解決的是同一項技術(shù)或難題
“精、速、密壓鑄”技術(shù)的發(fā)明本來屬于壓鑄技術(shù)領(lǐng)域的，但它卻從另一個方向同時使擠壓鑄造技術(shù)向前邁進了一步。壓鑄和擠壓鑄造技術(shù)的現(xiàn)狀，要進一步改進提高，其實面對同一個問題，只是形式不大相同，實質(zhì)卻是一樣。
擠壓壓鑄工藝比壓鑄工藝多了一個在鑄件充型后在冷凝階段由主缸動力擠壓補縮的環(huán)節(jié)。壓鑄(包括真空壓鑄)工藝在鑄件充型后是自然冷卻的，它沒有一個擠壓補縮的工步，各種收縮性缺陷由此而生。在普通壓鑄機上增加擠壓補縮的裝置，就能解決上述問題，看起來也不是件難事。解決擠壓鑄造(液態(tài)模鍛)工藝壓射充型能力不足的問題，也不困難，將壓鑄機的壓射裝置加上去就是了，但這只解決了問題的一個方面，難解決的是零件軸向尺寸精度低的問題，這個問題實質(zhì)是
合模問題，因此還要同時增加合模機構(gòu)。日本、臺灣公司所生產(chǎn)的標稱為“擠壓鑄造機”的設(shè)備，只是在傳統(tǒng)擠壓鑄造機的基礎(chǔ)上增加了壓射裝置，與其說是解決了擠壓鑄造工藝與裝備現(xiàn)存的問題，倒不如說是解決了一種以萬能油壓機改造而成的壓鑄機的壓鑄充型能力不足問題，給人一種兩不象的感覺。
兩項技術(shù)剩下要解決的其實是同一個難題：擠壓鑄造機有了擠壓補縮的機構(gòu)，卻沒有合模機構(gòu);壓鑄機的問題正好相對，它是有了合模機構(gòu)，卻沒有擠壓機構(gòu)。說是同一個難題，是因為擠壓機構(gòu)和鎖模機構(gòu)都要求相同的壓力或抗力，承力機構(gòu)剛度要一樣大，能不能實現(xiàn)共用一套裝置。用來擠壓的機構(gòu)也可用來合模，用來合模的機構(gòu)變一下也可以用來擠壓。難題是怎樣增加一個動力機構(gòu)，增加一個怎樣結(jié)構(gòu)的機構(gòu)，以及怎么能加得上去。說它是個難題，是因為功能要加得上去，成本要漲不起來。解決了這個難題，兩種工藝與裝備都變成同一回事：擠壓鑄造機和普通壓鑄機都變成了可兼容的擠壓壓鑄機，只是可能一個是立式一個是臥式的裝置而已。
加上一個合?；驍D壓動力裝置，有很多辦法，需要關(guān)心的是如何盡量對傳統(tǒng)壓鑄機動最少的“手術(shù)”，需要做的是要選擇最優(yōu)最好的方案。
四.擠壓壓鑄模鍛工藝與其它相關(guān)類似工藝的比較
擠壓壓鑄主體工藝特征比傳統(tǒng)壓鑄多了一個擠壓補縮工步。與以往技術(shù)不同的是，這套新的擠壓壓鑄模鍛工藝，其充型工步由現(xiàn)成壓鑄機的壓射裝置完成，其擠壓補縮工步，是由主缸動力完成的，與現(xiàn)時所見的“用壓射缸進行擠壓補縮的‘擠壓鑄造’技術(shù)”有顯著的不同。
這套擠壓壓鑄技術(shù)的工藝流程是：合模、鎖模、壓鑄充型、主缸擠壓補縮、開鎖、分模、頂出、復(fù)位。其裝備的合模與鎖模功能是由兩套不同的機構(gòu)復(fù)合完成，與以往壓鑄裝置合模機構(gòu)就是鎖模機構(gòu)，合模功能就是鎖模功能的實現(xiàn)形式并不相同。將合模與鎖模兩項機構(gòu)及將合模和鎖模工步分開，是為了適應(yīng)進一步擴展裝備功能而特設(shè)的。
擠壓比壓(或擠壓補縮比壓)是擠壓鑄造特有的主導(dǎo)工藝參數(shù)，它是指鑄坯充型之后在凝固階段由外力作用于鑄坯的絕對壓強，這個壓強一直維持到鑄坯凝固為止。擠壓比壓與壓鑄比壓是兩個不同的概念，壓鑄比壓是指壓射充型過程中的壓強，擠壓比壓是指凝固過程中的壓強。普通壓鑄工藝，其鑄坯在充型之后是自然冷卻的，其壓鑄比壓可以很大，但沒有擠壓補縮的工步，其擠壓比壓為零。“精、速、密壓鑄”及反向充型擠壓工藝都是以壓射缸進行擠壓補縮，由于是間接作用于澆口的金屬液，并不是直接作用于鑄件毛坯，如果毛坯本身不存在能順序凝固的結(jié)構(gòu)(大部分壓鑄件都不存在這種結(jié)構(gòu))，則這種具體零件的成形工藝，就不是擠壓鑄造工藝，因為它沒有擠壓鑄造主體工藝特征——有擠壓比壓作用于毛坯凝固成形，其擠壓比壓可定義為零。大部分壓鑄零件的工藝性要求內(nèi)澆口是細、薄狀態(tài)，與傳統(tǒng)壓鑄模的一樣，其內(nèi)澆口總是先于零件凝固，無論壓射機構(gòu)有多大擠力，不管在充型后期如何“加力”，對毛坯的冷凝補縮是沒有多大作用的?！按笏凇绷慵吘故?a href="http://www.www.usllm.cn/news/detail/346.html" class="keyword_link" title="查看更多“壓鑄件”信息！" target="_blank">壓鑄件的一小部分，以這種思路制造的擠壓鑄造機，并不具有普遍適用的意義，從而也談不上是一個突破。
擠壓壓鑄工藝一定是以主缸動力進行凝固補縮的，能對全零件投影面積施以擠壓補縮力，擠壓比壓可達到500—1000MPa，滿足擠壓壓鑄所有厚大零件的補縮工藝要求。其擠壓比壓比所有“以壓射缸的壓力進行補縮的‘擠壓壓鑄’工藝”高近10倍。
以壓射缸進行擠壓補縮，雖然在工藝上對毛坯的凝固補縮有幫助，但由于它只能在局部小面積實現(xiàn)(全投影面積擠壓時其擠壓比壓只有5Mpa左右,意義更不大)，只相當于解決鑄件一個“熱節(jié)”問題的能力，與傳統(tǒng)擠壓鑄造的主體特征相去甚遠，它并不是一項真正的擠壓鑄造工藝。僅用原來的液壓抽芯裝置進行局部擠壓補縮，就更相差一大截了。不能誤解誤用的是：帕斯卡定律在擠壓補縮階段是不適用的，壓鑄比壓或金屬液充型時內(nèi)在壓力的數(shù)值大不等于擠壓比壓大。帕斯卡定律是使力在液體中能夠轉(zhuǎn)彎傳遞，但當金屬液轉(zhuǎn)變成半固態(tài)時，該定律就完全失效。擠壓補縮力一定是一個直接的作用力，不能間接獲得，這就決定了，沒有主缸動力的參與，擠壓鑄造和擠壓壓鑄工藝根本不可能實現(xiàn)，它也肯定不是擠壓鑄造工藝及其裝備的技術(shù)。
所以我們需要對現(xiàn)時的各種鑄造裝置以正名，以免產(chǎn)生應(yīng)用性誤導(dǎo)。擠壓鑄造以主缸動力擠壓的主體特性同樣決定了擠壓模具的特有結(jié)構(gòu)，以壓射缸對金屬液進行間接擠壓的模具結(jié)構(gòu)，與壓鑄模(精、速、密壓鑄模)基本一樣，它與擠壓鑄造、擠壓壓鑄以模具型腔滑塊(與主缸動力相連的那部分模塊)對零件的正投影成形面進行直接擠壓的模具結(jié)構(gòu)，兩者截然不同，績效相差很遠。
這套技術(shù)帶有“模鍛”的名字，一是點明擠壓鑄造一定要有模具成形面參與擠壓補縮的內(nèi)涵;二是表示擠壓壓鑄工藝最終以“鍛”為特征手段，以全面消除鑄造產(chǎn)生的收縮性和表面性缺陷;三是明確該技術(shù)擠壓補縮的極限值是“鍛”，在裝備上一定有鍛壓的主體裝置、主體參數(shù)和主體功能。因此，擠壓壓鑄機最重要的參數(shù)是擠壓力，鎖模力反而是一個派生從屬的參數(shù)，是必然存在的。擠壓壓鑄機的準確名字應(yīng)該叫“擠壓壓鑄模鍛機”才是。結(jié)構(gòu)最簡單的擠壓壓鑄機總是設(shè)計成具有一樣的擠壓力與鎖模力，共用一套承力機構(gòu)的。清楚這個概念，在設(shè)計擠壓壓鑄裝備及模具時就要有所側(cè)重和區(qū)別留意了。所以說，該套技術(shù)橫跨傳統(tǒng)壓鑄、擠壓鑄造和模鍛三個成形工藝領(lǐng)域，集合了三大成形工藝的優(yōu)勢特性，其工藝的突破是以裝備的突破為基礎(chǔ)的。
五.擠壓壓鑄技術(shù)具有強大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢
普通壓鑄機還存在的一個問題，是零件的“可壓鑄投影面積”小。受帕斯卡定律的限定，壓鑄機所能生產(chǎn)的零件，其投影面積只是設(shè)備工作臺內(nèi)柱面積的 3.5%----17%，能效很低。解決這個問題，擠壓壓鑄技術(shù)有其獨特的方法與優(yōu)勢。擠壓壓鑄的主體技術(shù)特征，是運用“普通壓鑄充型，擠壓鑄造補縮”的原理，它利用現(xiàn)有壓鑄機完善的壓射系統(tǒng)進行充型，但卻不是照搬執(zhí)行原來壓鑄充型的工藝參數(shù)，特別是充型比壓，以最大限度避開金屬在液相充型時帕斯卡定律對零件可充型面積的制約。擠壓壓鑄工藝提出，在滿足充型條件下，盡可能采用最低的充型比壓和充型速度。這種打破傳統(tǒng)壓鑄工藝充型觀念的工藝思想是一項很大的突破，它使得在擠壓壓鑄機上實現(xiàn)各種厚大零件的低壓充型和帶型芯壓鑄變成一個輕松的事情，是一項“低壓低速充型擠壓壓鑄工藝”。正是這項工藝，它能對低壓、差壓、重力鑄造及部分帶型芯翻砂鑄造工藝進行全面替代，生產(chǎn)的鑄件無論是效率還是產(chǎn)品質(zhì)量都得到了顯著的提高。擠壓壓鑄工藝認為，壓射充型速度，在保證金屬液能滿足充型的條件下，最低就是最佳，充型壓力視情況也應(yīng)優(yōu)先考慮按下限取值。按此工藝設(shè)計生產(chǎn)的擠壓壓鑄機因此能夠做到兼容普通壓鑄、低壓鑄造、差壓鑄造、連鑄連鍛，加上真空裝置后，還可兼容真空擠壓壓鑄、真空吸鑄。這種擠壓壓鑄機，其壓射裝置的壓射力和壓射速度是無級可調(diào)裝置(傳統(tǒng)壓鑄機不少機型都是如此)，就能實現(xiàn)從壓強充型到超高比壓擠壓壓力補縮的多樣性工藝組合選擇，即實現(xiàn)從普通壓鑄、真空壓鑄、低壓鑄造、差壓鑄造到高壓擠壓鑄造，達到與連鑄連鍛及甚至與流變或觸變鑄造等半固態(tài)加工工藝相結(jié)合，也就是說，能滿足不同金屬在不同階段所需的“液相-半固相-固相”成形工
藝，實現(xiàn)上述工藝與裝備的兼容。
擠壓壓鑄工藝的發(fā)明，極大地拓展了傳統(tǒng)壓鑄機和壓鑄工藝可應(yīng)用的范圍，改變了人們用壓鑄機生產(chǎn)零件老是擔心鎖模能力不足，不能生產(chǎn)大尺寸零件的觀念和現(xiàn)實，基本可清除生產(chǎn)廠家總是困受高鎖模力大型壓鑄機缺乏的制約。這項技術(shù)因此也對傳統(tǒng)壓鑄機生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備研制開發(fā)的方向與產(chǎn)品的市場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。如一臺傳統(tǒng)壓鑄機若以差壓鑄造工藝1.4MPa的低壓充型，所生產(chǎn)零件的投影面積是原來的80----100倍，這就是說，現(xiàn)有設(shè)備的工作臺能安裝的模具有多大，就能充型多大尺寸的零件。在擠壓壓鑄機上實現(xiàn)差壓擠壓壓鑄工藝，就是按差壓鑄造充型參數(shù)充型之后，主缸動力再進行擠壓補縮，所生產(chǎn)的擠壓壓鑄件內(nèi)在質(zhì)量，比一般的差壓鑄造件要好得多，工效也高得多。用一臺傳統(tǒng)的全液壓4000KN壓鑄機改造為同時具有4000KN擠壓補縮力的擠壓壓鑄機，基本可以滿足擠壓壓鑄一般的汽車、摩托車輪轂這種具有一定特殊性大規(guī)格零件的擠壓壓鑄工藝要求了。而活塞、連桿、小發(fā)動機缸體缸蓋等零件，用2500KN以下擠壓力的擠壓壓鑄機生產(chǎn)已游刃有余，生產(chǎn)效率可超過30萬件/年。通過對現(xiàn)有其它鑄造工藝參數(shù)的比較，選擇適當?shù)臄D壓壓鑄工藝參數(shù)組合，一臺同時具有 5000KN擠壓力和5000KN鎖模力的擠壓壓鑄機，其擠壓壓鑄工藝能力足以對現(xiàn)時低壓、差壓、重力等多種特種鑄造工藝大部分種類的中型鑄件進行替代性生產(chǎn)。使用5000KN以上鎖模力的傳統(tǒng)壓鑄機，已是一個不智不經(jīng)濟的選擇，有再三斟酌的必要。購買大擠壓力的擠壓壓鑄機才是正確的做法，才能從產(chǎn)品質(zhì)量上滿足大規(guī)格零件的生產(chǎn)要求。
擠壓壓鑄工藝所蘊含的技術(shù)經(jīng)濟能量令人驚嘆。一個同等規(guī)模的擠壓壓鑄廠，其設(shè)備投資將可比傳統(tǒng)壓鑄廠減少三分之二以上，以最高擠壓力為 5000KN的擠壓壓鑄機配置的年產(chǎn)1000噸大型擠壓壓鑄件生產(chǎn)廠，設(shè)備總投資可控制在500萬元以下，還不夠現(xiàn)時購置2臺20000KN鎖模力普通壓鑄機的投入，但其工藝適應(yīng)性卻能超過20000KN壓鑄機單一的適應(yīng)范圍，可覆蓋除翻砂鑄造外絕大部分的鑄造成型，不但生產(chǎn)零件的投影面積和體積(質(zhì)量) 都比傳統(tǒng)模式的高得多，而且比傳統(tǒng)壓鑄廠設(shè)備生產(chǎn)的適應(yīng)能力顯著提高。
擠壓壓鑄技術(shù)的發(fā)明，對人們在觀念上的突破可能比其技術(shù)本身的突破，意義還要深遠。有關(guān)在普通壓鑄機上直接應(yīng)用擠壓壓鑄工藝，對傳統(tǒng)壓鑄機進行適當改造成為某種擠壓壓鑄機的方法，請參考專題文章的介紹，在此不詳述了。
六.展望
擠壓壓鑄模鍛工藝與裝備技術(shù)的發(fā)明，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)壓鑄和擠壓鑄造技術(shù)的升級換代，是兩項技術(shù)現(xiàn)階段向前發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)，是一項在工藝與裝備整體上取得突破的技術(shù)，而裝備上的突破，是確保該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)廣普性推廣的關(guān)鍵?？梢灶A(yù)測，這項技術(shù)將對我國型腔模鑄造成形及其裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有強大的促進作用。
注：本文技術(shù)涉及專利，如有商業(yè)應(yīng)用，需獲權(quán)利人授權(quán)許可。【MechNet】
