挤压铸造机参数_卧式挤压铸造机_挤压铸造的发展和应用现状

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专题论述——挤压铸造的发展和应用现状　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3 1998 中国铸造装备与技术

挤压铸造的发展和应用现状
唐靖林　曾大本 ( 北京市: 100084　清华大学) 常安国 ( 河北石家庄市: 050054　河北科技大学)
摘　要: 综述了挤压铸造技术的概况。 主要介绍了直接挤压铸造工艺和间接挤压工艺的现状、

发展和应用情况。
Tang J ingl in, Chang Anguo, Zeng Daben. D evelopm en t & Appl ica tion of Squeeze Ca sting. Genera l techn ique of squeeze ca st ing ha s been described of w h ich the d irect and ind irect p rocesses and developm en t and app lica t ion have been included.

主题词: 挤压铸造　现状　发展　应用 　　挤压铸造 ( squeeze ca st ing ) , 也称液态模锻 ( liq2 挤压成形 ( squeeze fo rm ing ) 、 压 u id m eta l fo rg ing ) 、 力下结晶 (p ressu re crysta lliza t ing ) 和模压铸造 ( ex 2 t ru sion ca st ing ) 等, 于本世纪 80 年代开始在欧洲和 日本进行商业化生产, 用于生产高质量的铸件。 挤压 铸造将液态和固态金属成形原理有机结合起来, 使 液 态金属以低速充型, 在高压 ( 50～ 100 Pa ) 下凝 M 固, 最终获得致密的可以热处理的铸件。 挤压铸件的 主要特点是: 尺寸精度高、 无内部缩孔和气孔; 力学 性能与模锻件接近; 生产率与压铸相当。 挤压铸造分 为两大类: 直接挤压铸造 (d irect squeeze ca st ing ) 和 间接挤压铸造 ( ind irect squeeze ca st ing ) 。直接挤压 整个面上; 间接挤压工艺与压铸接近, 压力通过浇道 间接作用于液态金属上。 挤压铸造工艺的主要用途: ①实现接近净形化 (nea r net shap e ) 成形, 生产高质 量铸件, 用于取代锻件。 ②挤压铸造工艺被认为是一 种理想的生产铝基复合材料的工艺[ 1～ 4 ]。
1　挤压铸造工艺简介 111　直接挤压工艺

图 1　直接挤压铸造工艺生产锭料和空腔铸件
( a ) 将定量液态金属浇入下模; ( b ) 上冲头下移至下

模对液态金属施加压力; (c) 开模; ( d ) 顶出铸件

( 2) 能精确复制模具内腔的细节。 ( 3) 在压力作用下, 铸件在凝固过程中经历了类

工艺类似于金属模锻, 压力直接施加于液态金属的

似于模锻的塑性变形, 因此可获得高致密度的铸件。 直接挤压工艺存在的主要问题是: ( 1) 必须精确定量浇入液态金属。 ( 2) 要求铸件向冲头方向单向凝固, 以保证压力 的有效传递。 ( 3) 控制冲头的插入过程, 以使液态金属以非湍 流的方式向上移动, 从而避免氧化夹渣等缺陷。 ( 4 ) 在提高生产率以及制造形状复杂铸件方面 存在一定困难。 ( 5 ) 挤压铸造金属模具通常由高质量的模具钢 制造, 而且要求有足够大的壁厚以经受高压。
112　间接挤压铸造

直接挤压铸造设备具有垂直的结构, 压力直接 作 用 于 液 态 金 属 的 整 个 面 上, 可 以 生 产 出 接 近
100% 致密的铸件。 根据成形过程中有无液态金属运

动, 直接挤压工艺分为两类, 见图 1。 前者主要用于 生产锭料; 后者生产带有空腔的铸件。 生产过程中, 首先将定量的金属液倾注入下模, 随后上模 ( 即冲 头) 压向液态金属。 在铸件凝固过程中, 压力保持在
50 150M Pa 之间, 其主要作用: ～ ( 1) 使金属与模具内腔表面紧密接触, 加速传热

在间接挤压过程中, 液态金属是通过浇注系统

引人型腔的。 挤压设备通常采用较大的压射筒, 压射 挤压活塞可以控制液态金属的射入速度。 在注射后 期, 压射活塞通过浇道对型腔中的金属施加高压。 通 常, 确定压力是否有效传递和合理设计浇注系统, 是 间接挤压铸造工艺两个主要的问题。 与直接挤压铸 件相比, 间接挤压铸件在一封闭型腔中成形, 十分容 易控制铸件尺寸, 因此不必精确定量液态金属。 间接 — 3 —

过程, 得到微观组织非常细小的铸件。

收稿日期: 1997—12—08

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挤压铸件内部质量低于直接挤压件而高于压铸件。 另外, 与直接挤压相比, 间接挤压工艺采用了浇注系 统, 因此材料利用率低于前者。 根据压射筒位置, 间接挤压铸造设备分为水平 式和垂直式两大类。水平式间接挤压过程见图 2[ 5 ]。

图 2　水平式间接挤压工艺示意图
( a) 将液态金属浇入压射筒; ( b ) 压射活塞移动; ( c ) 液

态金属充型; (d ) 充满型腔后压射活塞施高压

目 前, 日 本 U B E 开 发 出 所 谓 倾 转2对 接 式 [ 2、～ 8 ] 7 , 主要用于生产高质量的铝合金 HV SC 和 V SC 汽车零件, 工作原理见图 3。V SC 具有如下特点:

图 3　垂直间接挤压铸造示意图
( a ) 浇注液态金属; (b ) 压射筒倾转; ( c) 压射筒与

铸型对接; ( d ) 充型、 施高压

( 1) 采用了所谓的倾转2对接式注射装置, 与非

倾转式注射装置相比周期缩短。 ( 2) 另外还采用了分离式压射室, 活动部分有利 于保温以保证液态金属低速充型; 固定在铸型上的 另一部分则起冷却作用, 以加速成形件出型时间。 ( 3) 低速充型的液态金属可有效地将气体排出。
( 4) 型腔、 浇道以及注射活塞排列在一条线上,

可以有效地传递压力。 垂直式间接挤压设备采用垂直位置的压射筒, 在活塞作用下, 液态金属向上慢速充型; 通过控制模 具的热梯度以实现顺序凝固; 冲头对凝固过程中的 铸件施加高压以强化补缩, 有助于获得无收缩缺陷 和气孔的气密性铸件, 使铸件可以热处理和焊接。 当前, 商业化的垂直间接挤压设备有两大类[ 6 ]: 一类设备采用垂直合型、 垂直注射 ( in ject ion ) , 简称 — 4 —

为 V SC (V ert ica l C lam p ing Squeeze Ca st ing M a 2 垂 ch ine ) 。 另 一 类 采 用 水 平 合 型、 直 注 射, 简 称 HV SC (Ho rizon ta l C lam p ing Squeeze Ca st ing M a 2 ch ine ) 。此类挤压工艺可以生产大至 80kg 的铝合金
RV SC 由一个液态金属注射装置对安装在输送转盘

铸件。 应用于商业生产的挤压设备主要采用旋转式 垂 直 挤 压 ( ro ta ry vert ica l squeeze ca st ing, 简 称 RV SC ) 和倍传输 ( doub le shu t t le, 简称 D S ) 机构。 上的三个铸型供料。D S 则由一个注射装置向两副 铸型供料。 SC 可年产 4 百万个铝合金轮毂, 而且 RV

在同一设备上, 可同时生产三种不同种类的铸件。 生 产 中 还 采 用 了 被 称 为 PA SCON ( Pa rt ia l squeeze con t ro l system ) 的由电脑控制的液压系统, 实现对 挤压头的控制。 通过合理设计铸型, 浇注系统在铸型 中就与铸件分离, 以减少铸件的后续加工。 另外, 操

作者可借助此系统设计压头的冲程, 具体结果可以 显示在监视器上。 113　工艺参数 挤压铸造的主要工艺参数包括: 金属液的冶金 质量、 浇注温度、 金属型的温度、 金属液向铸型的输 说, 采用低浇注温度有利于获得良好的铸件质量; 同 时, 比压要足够大, 以消除缩松。 挤压铸造的比压范 围是 50 150M Pa, 在某些情况下, 尤其是铸件形状 ～ 十分简单时, 比压为 50M Pa 就足以获得无缺陷的铸 件。 铸型温度一般为 200 300℃。 ～ 另外, 可以通过改 变铸型涂料厚度以调节铸型不同部位的传热。
2　挤压铸造的优缺点[ 9～ 11 ]

送方式、 选择合适的铸型涂料、 冲头速度, 比压大小、 施加压力的开始时间和压力保持时间等。 对于不同 的合金系以及不同形状和大小的铸件, 均须对这些 参数进行优化和严格控制, 以充分发挥挤压铸造工 艺的优势。 通常情况下, 对于宽结晶范围的合金来

目前, 机械制造业的目标是: 通过实现真正净形 ( net shap e ) 成形使材料消耗降低到最低限度; 生 化

产高强度的成形件, 使零件轻量化。 与传统铸锻工艺 相比, 挤压铸造因本身具有一系列优点, 成为一种有 很大应用潜力的成形工艺。 主要优点有以下几方面: ( 1) 在使用材料方面, 挤压铸造工艺有其简便 性、 经济性和高效性。 ( 2) 力学性能显著提高。 与传统铸造合金相比,

屈服强度提高 10%～ 15% ; 延长率以及疲劳强度提 高 50%～ 150% ; 力学性能与变形合金接近。由于晶 体结构致密化, 挤压铸件质量亦明显优于重力金属 型铸造和低压铸造。 挤压铸造和变形铝合金的力学

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性能见表 1, 不同铸造工艺在铸态和热处理态的力 学性能对比见表 2。
表 1　挤压铸造合金、 变形合金在完全热处理状态 下的力学性能对比
　　力学性能 变形合金 ( 纵向) 变形合金 ( 横向) 挤压铸造 抗拉强度 Ρb M Pa
372 260 272

屈服强度 Ρ012 M Pa
360 146 135

延长率 ?% ?%
2 2 3 6 2 3 5 617 614

　　 ( 6) 容易实现自动化生产, 制造接近净形化高质 量零件。 以往, 厚壁铸件通常采用重力铸造以及低压铸 造。 为防止铸件收缩, 铸件加工余量和浇冒口往往较 大, 铸造后须进行大量机械加工。 而挤压铸造工艺在 铸造厚壁铸件方面显示出极大的优越性, 厚壁处有 利于压力传递, 可以有效防止收缩缺陷。 据报道, 整 个产品成本会下降; 减少切屑以及机械加工后, 铸件 成本为重力铸件的一半。 挤压铸造的主要缺点有如下几方面: ( 1) 不能使用砂芯。 ( 2) 侧壁厚≥5mm 。 ( 3) 适宜的铸件尺寸取决于施加的压力, 对于现 行 最 大 的 设 备 ( 15000kN ) , 设 计 面 积 不 大 于
1200cm 2。 ( 4) 投资高。 挤压铸造工艺适宜于大批量生产。 ( 5) 与压铸相比, 铸型寿命低。 ( 6) 铸造形状复杂件有一定限制。 ( 7) 由于具有较陡的温度梯度, 铸件有时出现所

表 2　不同铸造工艺 A Z91 镁合金铸件的力学性能
力学性能 砂型铸造 低压铸造 压铸　　 挤压铸造 砂型铸造 低压铸造 挤压铸造 抗拉强度 Ρb M Pa
154 176 190 200 230 240 260

屈服强度 Ρ012 M Pa
83 96 96 115 127 130 150

延长率

铸 态 热 处 理 态

　　 ( 3) 成形件的缺陷少, 可以经过 T 6 ( 淬火和完全 人工时效) 处理。 挤压铸件的微细组织以及高致密度 得益于缓慢充型以及高压下的凝固, 从而使气孔、 缩 孔减少; 使晶核数目大大增加, 微观组织显著细化。 ( 4) 适宜于制造金属基复合材料。 挤压铸件的组 织致密, 微观孔洞极少, 能够充分发挥纤维、 颗粒等 增强材料的作用。 产品主要有: 活塞、 活塞杆、 连杆、 阀体、 汽缸头、 汽缸衬套等。 ( 5) 适用合金范围广。 因采用加压措施, 可削弱 对材料高流动性的要求, 可淡化合金固有的可铸性; 适用于常规铸造合金, 还适于变形铝合金, 见表 3。
表 3　2000 系列合金和 6000 系列合金不同 成形工艺的对比
合金 种类 成形工艺 挤压铸造
2014

热处理
T6 T6

屈服强度 Ρ012 M Pa

抗拉强度 延长率 Ρb M Pa
467 434 434 445 427 335 262 262 405 345 285 295

436

模锻
( 最小值)

379 ( 纵向) 372 ( 横向) 310 276 325

　
T4

挤压铸造
2024

模锻 挤压铸造

—
T6 T6

6061

模锻
( 最小值)

241 ( 纵向) 241 ( 横向) 385

　
T6 T6 T6 T6

挤压铸造
6066

1610

谓的反偏析; 以至于表面偏析较严重时, 表面结晶温 度低于随后所要求的热处理温度。
3　应用情况

目前, 挤压铸造工艺主要用于汽车零件制造等 方面, 以轻合金挤压件取代黑色金属铸件, 从而实现 汽车的轻量化。 日产、 马自达、 福特和通用等大型汽 车制造商均采用了挤压铸造工艺, 挤压设备大多是 垂直注射间接挤压。 例如, 日产公司采用此工艺制造 羊角 ( steering knuck le ) , 具 体 参 数 如 下: 材 质 为
A 356 铝合金, 熔炉保温温度为 750℃, 凝固时施加

的压力为 80 Pa, 热处理采用 530℃盐浴保温 4h, M 随后水淬, 最后在 180℃时效 6h, 最终获得具有优良 性能的铸件。 采用垂直间接挤压工艺生产的其它汽 车 零 件 包 括: Su sp en sion a rm s、 ro ss m em bers、 C B rake ca lip ers、 racket s 和 Bou sing s 等, 最成功的 B 复合材料挤压铸件是纤维增强发动机活塞。 在英国以及其它一些国家, 已有数家生产厂采 用直接挤压工艺生产高质量的汽车零件以及常规工 程零件; 另外, 纤维增强复合材料挤压铸件也投入使 用。 由于挤压铸造工艺适用于很广泛的金属材料系 列, 预计, 经过研究开发, 将能生产出更多具有优良 性能的铸件。
4　结束语

模锻 ( 最小值) 挤压铸造

310 ( 纵向) 260 255

6082

模锻

?%
3 6 2 10 12 8 7 5 5 8 7 8

虽然挤压铸造工艺具有很大的优越性和应用潜 — 5 —

专题论述——冲天炉熔炼智能控制技术的新进展　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3 1998 中国铸造装备与技术

冲天 炉 熔 炼 智 能 控 制 技 术 的 新 进 展
南　海　魏华胜　修吉平　林汉同 ( 湖北武汉市: 430074　华中理工大学)
摘　要: 铸造业为了在下个世纪迎接激烈的竞争, 更好地为社会作出贡献, 发展冲天炉熔炼控 制技术就显得极其重要。 本文通过论述人工智能控制技术中的专家系统、 模糊控制和神经网络怎样 应用于冲天炉熔炼中, 以及怎样结合其它控制方法获得最优的控制效果, 提出人工智能控制技术必 然是冲天炉熔炼控制技术的主要发展方向之一。 Nan Ha i,W e i Hua sheng, X iu J ip ing et a l. New D evelopm en t of In tell igen t Con trol Technology of Cupola M elting. It is very im po rtan t to develop cupo la m elt ing techno logy in o rder to be com p et it ive and to con t ribu te to society in the 21st cen tu ry. In th is p ap er how to u se exp ert sys2 tem , fuzzy con t ro l, and neu ra l netw o rk in cupo la m elt ing and how to ob ta in op t im a l con t ro l resu lt s by com b in ing d ifferen t con t ro l m ethod s have been d iscu ssed of w h ich to app ly a rt ificia l in telligen t . t ro l con t ro l techno logy m u st be one of the m o st im po rtan t develop ing tendency of cupo la m elt ing con 2

主题词: 冲天炉熔炼控制　人工智能　专家系统　模糊控制　神经网络

　　现代铸造业渊远流长, 新的铸造技术层出不穷, 为社会生产出无数优质铸件, 广泛地应用于汽车业、
收稿日期: 1997—12—02

机床制造业、 航空航天、 农业水利机械等方面, 为现 代工业的发展作出极其重要的贡献。 进入 20 世纪
90 年代以来, 随着科技的发展和各行各业的激烈竞

争, 全球范围内, 各个行业努力发展, 迎接挑战, 以满 参　考　文　献

力, 但是为了使挤压铸造工艺过程在最佳状态下运 行, 仍须进行必要的研究开发, 主要内容如下: ( 1 ) 通过对挤压铸造条件下金属的流动以及凝

1 　N eiland J. Squeeze cast p arts app roach p erfo rm ance of fo rg ing s .

～ M odern M etals, 1988 (2) : 52 60

固解析, 掌握挤压铸件的流动和凝固特性, 进一步优 化模具结构、 优化施加压力的方式和确定充型条件。 ( 2 ) 压力下凝固会使合金的熔点以及固溶体的 固溶度产生变化, 因此有必要针对此过程设计合金 系列, 目的是从以上变化中获得更大的益处。 ( 3) 为了减少废品率, 应控制金属进入型腔的过 程, 防止氧化和卷入气体; 还要控制铸型中金属的温 度梯度, 以达到顺序凝固的目的。 ( 4) 在挤压铸造中, 涂料的作用有其特殊性: 通

2 　Chadw ick G A , Yue T M. P rincip les and app lication s of squeeze

～ casting. M etals and M aterials, 1989, 15 (1) : 6 12
41 42 ～

常期望它在注射充型时具有良好的隔热性能, 以保

证慢速充型过程; 一旦金属液充满铸型后, 则又期望 它具有较好的传热性能, 以使铸件以较快的速度凝 固, 从而有利于获得细小的微观组织和提高生产率。 因此, 涂料工艺的研究是挤压铸造至关重要的环节。 ( 5) 对工艺参数进行优化, 以稳定获得高质量、 再现性好的挤压铸件。 为了充分发挥挤压铸造工艺和设备的优势, 通 过对以上问题的研究, 生产单位应由单纯性生产逐 步过渡到能够自主开发的高度; 实现对不同材质、 不 同种类挤压铸件的稳定生产。 — 6 —

3 　张锦升, 罗宁清等 1 液态模锻工艺与设备 1 锻压机械, 1985 (3) :

4 　呼延庆 1 国外液态模锻设备的发展概况, 锻压机械, 1985 (3) : 43

～ 47

5　H an s J H eine. Found ryM anagem en t ” T echno logy, 1996 (12) : 41

～ 42

6 　 Kaufm ann H. A u tom o tive Com ponen ts— the Squeeze is on.

～ Found ry M annagem en t ” techno logy, 1996 (3) : 54 56

7 　D u rran t G, Gran t P S. T he M anufactu re of Squeeze Cast and Sp ray Fo rm ed A lMM C s. Key Eng ineering M aterials, 1995, 104: 155 174 ～

8 　 Shu SuZuK i P roduct Q uality by V ertical F illing Casting M a2 .

～ ch ine. L igh t M etal A ge, 1993 (10) : 19 23

9 　Ghom ashch iM R , Straffo rd D N. Facto rs Influencing the P roduc2 tion of H igh In teg rity A lum in ium Silicon A lloy Com ponen ts by 10 　H an s J H eine. Casting N onferrou s A lloys in M etal M o ld s and 11 　C legg A J. A Com p arison of the Squeeze Casting and Invest2 D ie and Sp ueeze Casting P rocesses. Jou rnal of M aterials P rocess2

～ ing T echno logy, 1993, 38: 303 326

～ D ies. Found ry M anagem en t ” T echno logy. 1996 (7) : 22 28

m en t Casting P rocess fo r the P roduction of an A lum in ium A l2

～ loy MM C. Found ry T rade Jou rnal, 1996 (4) : 151 155



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