我国挤压铸造技术的研究现状及展望

2018-01-29岳琳清

中国设备工程 2018年9期

岳琳清

（太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原 030000）

30年代前，挤压铸造技术就已出现，而且我国是挤压铸造技术的研究参与者之一。50年代至今，挤压铸造技术历经了工艺摸索、理论钻研、生产应用、快速发展、稳定发展再到急速发展几个阶段，并且在其中最为关键的设施就是挤压铸造设备。挤压铸造设备能有效的提升铸件的补缩能力、成形能力等性能，还能对铸件的缺陷进行高效的处理，使挤压铸造工艺水平大大提高，并且能够节约一定的资源，得到普遍应用。

相应的学术组织在国内建立，并定期开展学术活动。1981年7月，“黑色金属液态模锻学术讨论会”在山东省即墨县召开，由哈尔滨工业大学主办。2014年11月，中国铸造学会压铸专业委员会联合中国兵工学会挤压铸造专业委员会、中国塑性工程学会半固态加工委员会和《特种铸造及有色合金》杂志社，召开了十几次以“中国压铸、挤压铸造、半固态加工”为主题的学术会议。美国、德国、日本等发达国家是挤压铸造技术发展较快的国家，其中，新型的挤压铸造设备已被日本成功研制出，对于我国挤压铸造水平的提升是巨大的。随着我国科技实力的增强，使我国在研制挤压铸造设备上取得重大进展，与世界工艺水平之间的差距缩小了很多，但是，与西方发达国家相比，我国对于挤压铸造技术的研发仍然处于落后水平，这也是我国挤压铸造工艺水平不高的主要原因之一。

1 挤压铸造技术的研究现状

1.1 挤压铸造基础理论研究

在齐丕骧的《挤压铸造》一书中，他准确地阐述了压力对合金状态、热物理参数、晶核的长大、形成以及对显微组织细化等方面的影响，得出的结果与实验观测结果基本相吻合，这对从事挤压铸造研究人员具有深刻的指导意义。罗守靖在《钢质液态模锻》书中，从4种塑性流动方式在铸、锻不同研究方向下的分析，证明了其理论分析的正确性。罗继相通过实验证明，压力与宏观晶粒长大速度之间存在着一定的关系，他认为，压力对晶粒长大速度的影响符合特定的表达式，而且，压力的大小同时受到合金成分、形核增长率及其长大速度的影响。

1.2 挤压铸造设备的现状分析

挤压铸造流程中起着关键作用的就是挤压铸造压力机。在早期，大部分企业并没有单独的挤压铸造机，而是用操作要求一致、性能基本相同的常规压力机来替代。随着铸造工艺的发展，铸件对压铸机的要求越来越高，以往的压力机达不到日前生产的要求，因此，大部分企业家逐渐开始采用挤压铸造压力机，被各大企业广泛应用。

挤压铸造分为直接法和间接法两种，同时，又可以根据机械运动中挤压铸造机在合模和压射作用下进行位置的不同，把他们分成3大类，第1大类为VV型，即合模作用和压射作用是垂直进行；第2大类型为HV型，即在水平位置进行合模，在垂直位置开展压射；第3大类型为HH型，即在水平位置进行合模与压射。以下将重点介绍这3大类挤压铸造压力机械。

1.2.1 VV型挤压铸造机

这一类型的压力机与传统的压力机在性能上基本一致，构造比较简单且生产成本较低，因此，在市场中的应用也最为广泛，目前VV型的挤压铸造机的技术最为成熟。例如，日本的宇部公司开发的VSC系列的挤压铸造机如VSC315和VSC500等都是在此基础上开发出来的一系列产品。与其它类型的挤压铸造机相比，VV型结构挤压铸造机虽有一系列的优势，但有一个问题大大限制了其发展，那就是随着VV型结构挤压构造机容量的增大，其重量、高度和占地面积等都会增加，这就使得其不易放置和移动。我国在VV型结构的挤压铸造机方面具有较大的进步，有些已经被世界广泛认可。例如，江苏某股份公司就研制了2种大吨位、技术先进的VV型压力机：SCV-800A与SCV-2000。这2种挤压铸造机运用工作原理简单的侧摆式压射系统，在合模状态下进行铸件浇注，不仅提高了工件铸造的速率，而且使设备整体的自动化程度大幅度的提升。这2种挤压铸造机的成功研制，促进了大吨位挤压铸造机技术的发展，推动我国的挤压铸造机工艺向前迈了一大步。

1.2.2 HV 型挤压铸造机

HV型挤压铸造机最早在1980年被研制成功。其合模和压射过程分别在水平和垂直的方向上独立运行。这样不仅基本解决了大型铸件出产过程中锁模力不足的问题，而且，还大大降低了大吨位设备的高度，减少了设备的存储空间。所以一般在大型铸造的整个阶段当中，此类挤压铸造机几乎是所有厂家的首选。目前，该类型挤压铸造机已在全球范围内被广泛使用，简而言之，HV型挤压铸造机的工作效果也得到了大家的认可。例如，韩国2003年生产的HVSC450和HVSC865型号挤压铸造机，以及DXHV350挤压铸造机等运用电磁泵将金属液传送出去，并在此过程中，能够将金属液氧化的风险降至最低，并且提高了工作效率。

1.2.3 HH 型挤压铸造机

HH型挤压铸造机研制出来的时间较晚，这也就意味着该种类型的挤压铸造机的科学技术含量最高。在传统的挤压铸造机中，压室一般会水平放置，这就使得压室内的空气不易排出，而空气不能及时排出，就会导致金属液被氧化，对铸件的质量造成不利影响。HH 型挤压铸造机就很好的解决了这个问题，美国的Buhler公司用来避免气体与金属液接触的方法，是在压射过程中对冲头进行控制，荷兰的Prince Machine公司则在控制浇注过程中，通过严格控制浇筑金属液的数量，将空气挤出金属液，防治其被氧化，这类技术广泛应用于HH型挤压铸造机中，大大提高了其铸造工艺的效率和质量。

2 我国挤压铸造技术的发展前景分析

2.1 大量应用于军工产品中

国防工业的发展使得军工产品的需求量越来越大，在这种形势下，高成本开发出来的产品已进入大量生产的阶段。但是，之前军工产品中的大部分零件都是采取锻造制坯，再利用特定的机器加工成要求的形状，这种生产流程不但耗费更长的时间，还会增加材料的使用，导致成本进一步增加。所以，为了保证生产效率的有效提升，就必须在传统的方式中融入现代科技，从而降低成本，抢占市场份额，扩大市场需求。

2.2 我国应积极研发挤压铸造机虚拟工艺，优化挤压铸造器械的构造

目前中国很大部分的挤压铸造机都不是原装的设备，而是将传统的挤压铸造机进行优化和改造，让其改变构造老旧、运行速率低而且出产的铸件质量不高的不利局面。据资料表明，我国新开发的压铸机设计方案多数是对以往的旧方案进行小幅度的调整，对于以往的挤压铸造机存在的问题并没有得出很好的改进方案，因此，在实际生产中仍存在很多问题。随着互联网技术的发展，虚拟技术的应用越来越广泛，这也为优化挤压铸造设备的设计提供了技术支持。我们可以利用计算机技术，设计虚拟挤压铸造机的方案，以提高设备的研发速率，优化设备结构，节省成本。