挤压铸造作为一种工艺技术，如同其它工艺技术一样，固然有它自己特定的工艺特点和应用范围。生产中应根据零件的结构特点、性能要求、批量和生产条件等多种因素综合考虑，正确确定工艺方案，合理地选择挤压铸造方式。只有这样，才能开发生产出理想的产品。因此合理地选择挤压铸造方案是取得工艺成功的关键。

挤压铸造工艺是一种铸锻结合的先进技术，液态金属在高压下成形、凝固或伴有微量塑性变形，可消除铸件内部缩孔、疏松等缺陷，铸件组织细密，可通过热处理大幅提高力学性能，接近或相当于模锻件水平，是一种具有良好应用前景的轻金属精确铸造成形工艺。

随着新能源汽车的发展和汽车轻量化的需要，先进的挤压铸造技术在汽车结构件上的应用将越来越广泛，如控制臂类、摆臂类、连杆类、发动机支架、轮边支架类等底盘件已部分应用铝合金材料制造。取代部分锻造生产高性能复杂结构件，替代低压和差压铸造、金属型重力铸造生产那些可靠性要求高结构件已成汽车未来优选趋势。

铝合金通常分为铸造铝合金和锻造铝合金，而铸造铝合金又分为铝硅类、铝铜类、铝镁类和铝锌类等，锻造铝合金又分为为很多系列，如 2 系、6 系、7 系等。这些合金有的虽然成分相近，但使用性能和工艺性能差别很大，有的可通过热处理进一步强化，有的只适合直接挤压铸造，有的铸造成型困难......,如何正确选择适合挤压铸造生产的铝合金，既能满足使用要求，同时又能满足挤压铸造工艺要求这也是获得优质铸件的前提与保障。考虑到挤压铸造件通常需要固溶热处理，本文给出14 种常用挤压铸造铝合金供选用，如表1所示。

表1 挤压铸造铝合金及化学成分

零件结构千差万别，所用的材料也各不相同，如何根据零件结构特点和技术要求，选择合适的生产工艺是技术人员应具备的职能。首先是选择某工艺的目的是什么？是为了提高性能？减轻重量？还是为了降低成本？有些技术人员在对零件结构设计时，由于对工艺的不熟悉，选择工艺时出现错误，往往会造成产品应用失败，这种示例很多。所以说一个好的设计师必须是一个好的工艺师，只有对各种工艺有较好的了解和掌握，才能设计出结构合理的铸件。

选择挤压铸造工艺生产的零件，在结构上就应适应挤压铸造的需要。由于挤压铸造合金液充型速度较低，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,否则就会成形困难，图 1 为某公司的高精密仪器上的一个零件，原产品锻造毛坯再机加工成形，加工余料量大、时间长、成本高。改用挤压铸造生产，虽然挤压铸造能够做出该产品，各项指标也能满足对方的使用要求，但由于产品壁厚太薄（局部只有 2.5mm）,导致产品合格率太低。

图1  精密结构零件

图 2 是东风某新能源汽车链接板，原设计为压铸件，因性能达不到要求，后改为挤压铸造件，产品需经 T6 热处理，由于肋板壁厚较薄且较长，给挤压铸造生产带来很多麻烦，合格率一直较低。

图2 新能源汽车链接板

有的企业在零件设计时选择的是压铸工艺，而在最终确定生产工艺时又要求对铸件进行 T6 处理，显然这种设计思想本身对各种工艺的特点不够了解，不了解零件结构与工艺的适应性。

专用挤压铸造机

图3 宇部 8000KN 卧式机

图4 宇部 8000KN 立式机

与其他机型主要不同的是浇料时压射缸为倾斜式，结构如图 5 所示。这种倾斜式浇料方式可以减少倒 入料缸中的合金液的翻滚程度，减少了氧化物的生成，合金液注入料缸热量集中，散热慢，操作也很方便；但料缸压射前需回位、对接后才能压射，这个动作大约需要 4 秒钟时间，所以用这种机型 挤压铸造机，合金液的浇注应适当提高，通常提高 20℃左右。

图5 压射缸为倾斜式

四柱液压机

液压机通常为三梁四柱或框架式结构。该类机型主要用于锻造成型，如模锻、拉深等，其结构如图 6 所示。经济实用，液压控制采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，具备保压延时功能，工作压力行程可在规定的范围内调节，采用按钮集中控制，可实现手动、半自动、自动三种操作方式。设备价格低，功能简单，没有可视化操作界面，工作台面大，开模行程大，采用液压油缸合模，实用性强，操作方便，没有卸料机构，需加装卸料杆油缸或固定推杆，压射缸速度一般不可调。框架式液压机设备稳定性好，刚性好、适合直接挤压生产大型结构件。

图6 万能油压机

分型方案的选择

立式机浇注系统设计

（1）直通式浇道。浇入到料缸中的金属液在冲头力的作用下直接进入型腔，优点是金属液转折少，压力损失小，便于零件成型和补缩，模具结构如图 9 所示。但在料桶壁上形成的冷金属及熔渣极易挤如铸件内部，形成冷金属夹层，如图 10 所示。

1 成型模块 2 定模 3 金属液 4 冷凝层 5 料缸 6 冲头

（2）卡环式浇道。在模具定模直浇道上方设计一卡环结构，通过油缸驱动卡环运动，结构如图11 所示，该结构具有良好的挡渣作用，但模具结构较复杂，要求配合精度较高，机加工难度大，喷刷涂料较麻烦。

图11 卡环式结构

（3）台阶式横浇道。当模具设计为侧向浇道时，为减少浇口处冷料进入型腔，在横浇道处设 计一隔离台阶，可阻挡浇道处部分冷料直接进入内浇口，结构如图12 所示。

图12 台阶式横浇道

（4）余料厚度及其它因素对缩松的影响在挤压铸造过程中，要利用浇道对制件进行补缩，特别是直浇道（料柄）厚度直接影响到制件的补缩效果。有时在制件的浇口处出现缩松（缩孔），其主要原因就是料柄厚度不够，一般料柄厚度要大于零件要补缩部位的最大厚度，当制件最大壁厚在6—20mm 时，料柄有效厚度不能小于 30mm；当制件最大壁厚大于 20mm，小于 50mm 时,料柄有效厚度在 40mm—60mm 间选取。此外，浇注温度太低，铝液在料缸中形成的冷凝层太厚；料缸温度太低，浇入料缸的金属液冷却太快，形成较厚的冷金属外壳，影响压力传递；保压时间不够，料柄没能起到有效的补缩作用；料缸直径与浇入到料缸的合金液高度不匹配，合金液散热太快；冲头与浇口套的间隙过小，冲头与浇口套摩擦力过大，压力损失大；冲头粘铝，导致冲头压力损失过大。这些因素都会导致制件或浇口部位产生缩松（缩孔）。

通常分流锥，抽芯以及局部壁厚较厚的部位采用点冷，对整个模具的冷却，则多采用直线式和循环式冷却。对于模具型腔最厚大部位，通常采用定点冷却还不足以降低该处的模具温度，需要采用面冷才能有效降低该处模温。模芯上的芯针部位，最理想的冷却方式就是使用基于高压循环水的定点冷却式方法。这种基于高压循环水的定点冷却工艺的优点在于： ①结构简单，冷却效果好，加工成本低，加工维修方便。 ②在试模后调整温度梯度时极为有效，可随时增减。 ③可有效控制冷却点距模具型腔表面的距离，从而有效控制模温。

推杆或推管除用于推出成型零件外，还具有排气功能，利用推杆与孔的配合间隙排出气体。在挤压铸造模具设计中，设计人员在选择推杆与孔的配合间隙时，通常都是按压铸模的设计思想选取的，间隙选取的较保守，总间隙在 0.03—0.06mm,因间隙小，起不到排气效果。由于挤压铸造液流充填速度低，只要间隙选取的合适，不会造成推杆孔的堵塞。建议在模具设计时采用分段选取原则，远离浇道或冲头施压部位推杆与孔的配合间隙取 0.08—0.12mm。在集渣包位置取 0.10—0.14mm。推杆与孔的配合高度可根据推杆直径来定，一般封闭高度不超过 30mm,结构如图14 所示。

文章来源：第十四届中国国际压铸会议/第5届有色合金及特种铸造技术国际研讨会。作者：罗继相（武汉理工大学），裴连进、夏望红、黄毅（广州金邦液态模锻技术有限公司）。