如何在普通壓鑄機(jī)上應(yīng)用擠壓壓鑄工藝

摘 要 論述了傳統(tǒng)壓鑄和擠壓鑄造工藝與裝備的應(yīng)用現(xiàn)狀,介紹了擠壓壓鑄工藝的工藝特性及其經(jīng)濟(jì)性,提出了在普通壓鑄裝備上應(yīng)用擠壓壓鑄工藝的方法。 

關(guān)鍵詞：擠壓鑄造 擠壓壓鑄工藝 擠壓壓鑄機(jī) 模鍛 

一、擠壓鑄造工藝與裝備應(yīng)用現(xiàn)狀 

   擠壓鑄造技術(shù)發(fā)明了65年，它所具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已為機(jī)械制造工藝行業(yè)所重視。可惜受傳統(tǒng)思維方式和裝備研制滯后的制約，擠壓鑄造的優(yōu)勢(shì)仍未得以最充分的展現(xiàn)。現(xiàn)時(shí)擠壓鑄造工藝基本以開(kāi)式澆鑄立式擠壓方式進(jìn)行，與工效最高的臥式冷室壓鑄工藝未能實(shí)現(xiàn)兼容。近年發(fā)展起來(lái)的立式閉模充型擠壓鑄造，與40年前發(fā)明的"精、速、密"壓鑄原理一樣，都是以壓射機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)縮，其公稱壓力有限，并未達(dá)到擠壓鑄造的補(bǔ)縮比壓要求，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，還不能算作真正意義上的擠壓鑄造。 

   與壓鑄技術(shù)相比，現(xiàn)有擠壓鑄造設(shè)備工效不高，零件成形尺寸精度低，成本相對(duì)較高。由于設(shè)備的自動(dòng)化程度低，對(duì)工人的技能要求較高，操作難度較大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。同樣的零件，擠壓鑄造工藝的車間成本約為壓鑄工藝的2-3倍。加上壓射系統(tǒng)不完善，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件難以生產(chǎn)出來(lái)，限制了擠壓鑄造工藝的廣泛應(yīng)用。 

   擠壓鑄造工藝推廣應(yīng)用所存在的問(wèn)題，是由于裝備發(fā)展的滯后產(chǎn)生的�，F(xiàn)時(shí)傳統(tǒng)的擠壓鑄造工藝與裝備，最大的癥結(jié)在于未能真正與傳統(tǒng)壓鑄裝置的壓射系統(tǒng)有效結(jié)合，合模、鎖模與擠壓如何很好地結(jié)合起來(lái)是其關(guān)鍵的問(wèn)題。不突破這一點(diǎn)，擠壓鑄造的工藝潛能就不能完全發(fā)揮出來(lái)，其對(duì)傳統(tǒng)壓鑄工藝的替代性優(yōu)勢(shì)也就難以充分表達(dá)，傳統(tǒng)壓鑄技術(shù)也不能借此技術(shù)進(jìn)行復(fù)合而躍上一個(gè)新臺(tái)階。 

二、 在傳統(tǒng)壓鑄機(jī)上應(yīng)用擠壓壓鑄工藝的優(yōu)勢(shì) 

   傳統(tǒng)壓鑄工藝與裝備技術(shù)已相當(dāng)完善，特別是臥式冷室壓鑄機(jī)及臥式壓鑄工藝，它的壓射與合模鎖模裝置，具有極強(qiáng)的工藝適應(yīng)性。因此，擠壓鑄造工藝如果不能與傳統(tǒng)壓鑄裝備相結(jié)合，將制約它的廣泛應(yīng)用。跨出這一步，擠壓鑄造技術(shù)將出現(xiàn)另一個(gè)分支，這就是擠壓壓鑄技術(shù)。換言之，在傳統(tǒng)壓鑄機(jī)的基礎(chǔ)上應(yīng)用擠壓鑄造技術(shù)，就是擠壓壓鑄技術(shù)。根據(jù)擠壓壓鑄自身工藝的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)壓鑄機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的完善改造，這套設(shè)備就是一臺(tái)全新的擠壓壓鑄機(jī)了。

1． 正確而全面認(rèn)識(shí)壓鑄工藝與傳統(tǒng)壓鑄機(jī)的功能 

   把握擠壓鑄造工藝的原理，在傳統(tǒng)壓鑄機(jī)上地簡(jiǎn)單應(yīng)用擠壓壓鑄工藝并不是件難事，關(guān)鍵的是突破傳統(tǒng)觀念。它需要對(duì)傳統(tǒng)壓鑄機(jī)所擁有的性能有全面充分的認(rèn)識(shí)，也要對(duì)傳統(tǒng)壓鑄工藝有深刻的理解，還要清除那些先入為主的模糊認(rèn)識(shí)。 

   事實(shí)上，現(xiàn)時(shí)傳統(tǒng)的壓鑄機(jī)，其功能已相當(dāng)齊備，它不但能進(jìn)行普通的壓鑄，還能進(jìn)行擠壓壓鑄、帶型芯擠壓壓鑄；不但能進(jìn)行各種的低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造，增加抽真空裝置后，還能進(jìn)行真空吸鑄、真空壓鑄、真空擠壓壓鑄。如果思想再放開(kāi)一點(diǎn)，將半固態(tài)加工、模鍛的技術(shù)與之相結(jié)合，形成連鑄連鍛的工藝，也是可以有效實(shí)現(xiàn)的。 

   現(xiàn)有不少型號(hào)的壓鑄機(jī)，其壓射系統(tǒng)的壓射力、壓射速度都是"連續(xù)無(wú)級(jí)可調(diào)"的。就低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造的工藝特性來(lái)說(shuō)，在普通壓鑄機(jī)上進(jìn)行上述工藝是沒(méi)有任何問(wèn)題。在壓鑄機(jī)上安裝這種模具，也不是人們想象中那么昂貴，因?yàn)樗�并非一定設(shè)計(jì)得如傳統(tǒng)壓鑄模一樣復(fù)雜。遺憾的是在實(shí)踐中我們難見(jiàn)相關(guān)的應(yīng)用及報(bào)道。這是我們對(duì)傳統(tǒng)壓鑄機(jī)及傳統(tǒng)壓鑄工藝的一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)、觀念誤區(qū)和應(yīng)用誤區(qū)。 

2．傳統(tǒng)壓鑄工藝與裝備的特點(diǎn)及與擠壓壓鑄工藝的適應(yīng)性 

   傳統(tǒng)壓鑄機(jī)分兩類，一類是全液壓主缸合（鎖）模壓鑄機(jī)，另一類是曲肘機(jī)構(gòu)鎖模壓鑄機(jī)。由于曲肘機(jī)構(gòu)鎖模的設(shè)備制造成本較低，現(xiàn)時(shí)市場(chǎng)上該類機(jī)型已占主導(dǎo)地位。 

   傳統(tǒng)壓鑄機(jī)有一個(gè)重要的特征，就是它的型號(hào)都是以鎖模力為主體參數(shù)命名的，我們現(xiàn)在常說(shuō)某臺(tái)壓鑄機(jī)是多少噸，就是指鎖模力的噸數(shù)。而擠壓壓鑄機(jī)，它不但有鎖模力的參數(shù)要求，還必須有一個(gè)擠壓補(bǔ)縮力的參數(shù)要求，且這個(gè)擠壓力參數(shù)還是最主要的指標(biāo)。 

如上所述，由于傳統(tǒng)壓鑄機(jī)有全液壓式和曲肘式兩種不同的機(jī)型，在進(jìn)行傳統(tǒng)普通壓鑄時(shí)沒(méi)有分別，但如果用作擠壓壓鑄時(shí)就不同了。擠壓壓鑄與普通壓鑄的分別在于，鑄件在充型之后，擠壓壓鑄增加了一個(gè)主缸動(dòng)力向前推進(jìn)進(jìn)行補(bǔ)縮的工步，而普通壓鑄則只是自然冷卻，沒(méi)有補(bǔ)縮的工步。 

   在此還要細(xì)分和明確兩個(gè)概念，即合模力和鎖模力（或稱鎖�？沽Γ�。合模力是指推進(jìn)動(dòng)模所需的向前的動(dòng)力，鎖模力則是為抵抗充型、脹型所需的抗力，它可以只是一個(gè)靜力（反作用力）。因此，以傳統(tǒng)壓鑄機(jī)直接應(yīng)用擠壓壓鑄工藝，只能利用其合模力，也只有合模力才是一個(gè)向前推進(jìn)的動(dòng)力。合模力的大小，決定了擠壓補(bǔ)縮力的大小。因此，全液壓式傳統(tǒng)壓鑄機(jī)，其最大合模力就是其最大的鎖模力，也可作為其擠壓補(bǔ)縮力。而曲肘式壓鑄機(jī)的最大向前擠壓力等于其合模油缸力乘以鎖模機(jī)構(gòu)的杠桿比，但最大也不能超過(guò)其鎖模機(jī)構(gòu)所能承受的抗壓強(qiáng)度。用這種設(shè)備進(jìn)行擠壓壓鑄，由于其合模初期位置并未到達(dá)合模機(jī)構(gòu)的自鎖"死點(diǎn)"，而擠壓終結(jié)位置才是其最大鎖�？沽Φ�"死點(diǎn)"，若以同樣壓鑄比壓充型，所能生產(chǎn)的零件的投影面積有所減少。 

3．界定擠壓鑄造的主體技術(shù)特征 

   擠壓壓鑄最高的擠壓補(bǔ)縮比壓約為普通壓鑄壓射比壓的5-10倍。以擠壓壓鑄的擠壓比壓衡量，現(xiàn)時(shí)除了用四柱油壓機(jī)改造的立式開(kāi)模澆注擠壓鑄造機(jī)符合擠壓鑄造主體技術(shù)指標(biāo)外，其余裝置實(shí)現(xiàn)的，還只是屬于傳統(tǒng)壓鑄所屬工藝范圍，還不是真正意義上的擠壓鑄造。這個(gè)概念，我們是要界定清楚的。 

4．以傳統(tǒng)壓鑄機(jī)壓射裝置進(jìn)行擠壓壓鑄工藝的不可行性 

   現(xiàn)時(shí)傳統(tǒng)壓鑄機(jī)無(wú)論是哪一種鎖模機(jī)構(gòu)，受帕斯卡定律的制約，設(shè)計(jì)的壓射力約是鎖模力的十分之一�，F(xiàn)行壓鑄工藝一般要求壓射比壓大致在80MPa至130MPa之間，每100噸鎖模力能承受壓鑄的投影面積約150-250平方厘米。由于擠壓鑄造工藝所要求的是補(bǔ)縮比壓而不是壓鑄比壓，擠壓補(bǔ)縮比壓最高要求在500MPa至1000MPa之間，對(duì)于小尺寸內(nèi)澆口的壓鑄件，我們不能采取用壓射缸或輔助缸擠壓或"加壓"的方式進(jìn)行冷卻補(bǔ)縮，必須由主缸動(dòng)力擠壓補(bǔ)縮才有實(shí)效。若真以"精、速、密"壓鑄方式進(jìn)行擠壓壓鑄，就要加大內(nèi)繞口尺寸，使之具有順序凝固的特征。由于內(nèi)澆道一般先于鑄件冷卻，不加大內(nèi)澆口尺寸，擠壓補(bǔ)縮就根本不可能實(shí)現(xiàn)。這種方法對(duì)于很多壓鑄件是不適用的。如要達(dá)到上述擠壓補(bǔ)縮比壓，壓鑄機(jī)所能生產(chǎn)的擠壓壓鑄件投影面積，就只及原來(lái)的十分之一。傳統(tǒng)壓鑄機(jī)生產(chǎn)的毛坯本來(lái)"可壓鑄投影面積"已經(jīng)不大，再減少九成，顯然是不經(jīng)濟(jì)的，實(shí)踐上就失去了其應(yīng)用的意義�，F(xiàn)時(shí)的壓鑄機(jī)都有壓鑄充型后期的"加壓"環(huán)節(jié)，但壓鑄件氣密性缺陷依然如故，用加大機(jī)型生產(chǎn)小件零件這種"大牛拉小車"辦法，效果也好不到哪里去，所謂"精、速、密"壓鑄，還只是一個(gè)漂亮的名字，40年來(lái)都未見(jiàn)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，生產(chǎn)這種壓鑄機(jī)廠家的商業(yè)性宣傳，倒強(qiáng)化了工程技術(shù)和應(yīng)用人員的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，使人迷失了方向。 

5．認(rèn)識(shí)擠壓壓鑄技術(shù)的主體技術(shù)特征及其強(qiáng)大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì) 

   擠壓壓鑄的主體技術(shù)特征，是體現(xiàn)"普通壓鑄充型，擠壓鑄造補(bǔ)縮"原理，它是利用現(xiàn)有壓鑄機(jī)完善的壓射系統(tǒng)進(jìn)行充型，同時(shí)又盡最大限度避開(kāi)金屬液相充型時(shí)帕斯卡定律對(duì)充型條件（零件可充型面積）的制約。這一點(diǎn)具有很重要的意義，它也是擠壓壓鑄工藝的重要特征：擠壓壓鑄工藝強(qiáng)調(diào)的是在滿足充型條件下，盡可能采用最低的充型比壓和速度，這種工藝思想，對(duì)要低壓充型的各種厚大零件和成功實(shí)現(xiàn)帶型芯壓鑄是一個(gè)莫大的優(yōu)勢(shì)。這是它能替代低壓、差壓、重力鑄造及部分帶型芯翻砂鑄造工藝的原因。擠壓壓鑄工藝的提出，極大地拓展了傳統(tǒng)壓鑄機(jī)和壓鑄工藝可應(yīng)用的范圍，其重大的經(jīng)濟(jì)性還在于，一臺(tái)傳統(tǒng)壓鑄機(jī)如以1.4Mpa的低壓充型，所生產(chǎn)零件的投影面積是原來(lái)的80----100倍，可以說(shuō)，現(xiàn)有設(shè)備的工作臺(tái)能安裝的模具有多大，就能生產(chǎn)多大尺寸的零件。用一臺(tái)傳統(tǒng)J1140型全液壓400噸壓鑄機(jī)改造為同時(shí)具有400噸擠壓補(bǔ)縮力的擠壓壓鑄機(jī)，基本可以滿足擠壓壓鑄一般的汽車、摩托車輪轂這種大規(guī)格零件的工藝要求了。以擠壓壓鑄的工藝性推測(cè)，一臺(tái)同時(shí)具有500噸鎖模力和500噸擠壓力的擠壓壓鑄機(jī)，即可對(duì)付現(xiàn)時(shí)九成以上的壓鑄件生產(chǎn)，使用500噸以上鎖模力的傳統(tǒng)壓鑄機(jī)，已是一個(gè)很不經(jīng)濟(jì)的做法，對(duì)小型壓鑄廠來(lái)說(shuō)，則具有極大的投資風(fēng)險(xiǎn)。 

   擠壓壓鑄工藝所蘊(yùn)含技術(shù)經(jīng)濟(jì)能量是令人驚嘆的。一個(gè)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，其工藝適應(yīng)性卻能覆蓋除翻砂鑄造外絕大部分的鑄造成型。擠壓壓鑄技術(shù)的提出，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(yuǎn)。 

6．?dāng)D壓壓鑄工藝與傳統(tǒng)壓鑄裝備的切入口 

   以臥式壓鑄機(jī)為例，這種傳統(tǒng)裝備不用新增加機(jī)械裝置，也能應(yīng)用擠壓壓鑄工藝，也能生產(chǎn)擠壓壓鑄件，只是所生產(chǎn)的零件結(jié)構(gòu)稍為簡(jiǎn)單，零件的厚度尺寸精度受到一定的限制。 

   由于傳統(tǒng)臥式壓鑄機(jī)并沒(méi)有一個(gè)專用的擠壓補(bǔ)縮機(jī)構(gòu)，合模機(jī)構(gòu)須同時(shí)承擔(dān)合模和擠壓補(bǔ)縮功能，所用的擠壓壓鑄模具，設(shè)計(jì)的凸模是必須是整個(gè)零件投影面積，實(shí)質(zhì)是一個(gè)"沖頭"，與開(kāi)式擠壓鑄造機(jī)所用模具相似，是一種最傳統(tǒng)、典型的擠壓鑄模具結(jié)構(gòu)。 

   因此，在傳統(tǒng)臥式壓鑄機(jī)上應(yīng)用擠壓鑄工藝，需要控制好其合模的尺寸精度。最簡(jiǎn)單的辦法，可通過(guò)所謂的"實(shí)時(shí)控制"控制好合模的準(zhǔn)確位置。通過(guò)在壓鑄機(jī)上增加一個(gè)"位置電控"開(kāi)關(guān)，并對(duì)壓鑄機(jī)的邏輯電路作相應(yīng)的調(diào)整。壓鑄件厚度精度，受制于這個(gè)"位置電控開(kāi)關(guān)"的可控精度。通過(guò)這樣改進(jìn)，整個(gè)擠壓壓鑄工藝與現(xiàn)有的立式閉模（沖頭式模具）反壓充型擠壓鑄造工藝極為相似。 

   用普通臥式壓鑄機(jī)進(jìn)行擠壓壓鑄生產(chǎn)，由于是閉模充型，它不但可生產(chǎn)比傳統(tǒng)立式擠壓鑄造機(jī)開(kāi)模澆注方法生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，而且由于壓射系統(tǒng)也比用四柱油壓機(jī)改造而成的擠壓鑄造機(jī)更完善，它也比立式閉模反壓擠壓鑄造方法可生產(chǎn)出更復(fù)雜的零件，其復(fù)雜系數(shù)與傳統(tǒng)壓鑄工藝是一樣的。 
7．?dāng)D壓壓鑄的模具頂出裝置與傳統(tǒng)壓鑄模具的異同 

   用傳統(tǒng)臥式壓鑄機(jī)應(yīng)用擠壓壓鑄工藝，還有一個(gè)很不同的特征是其頂出裝置。傳統(tǒng)壓鑄機(jī)一般使毛坯留在動(dòng)模，而擠壓壓鑄工藝則是留在動(dòng)�；蜢o模兩種情形都可存在，它對(duì)模具結(jié)構(gòu)、模具承力和模具成本產(chǎn)生決定性影響。新設(shè)計(jì)生產(chǎn)的擠壓壓鑄機(jī)必須充分考慮這個(gè)問(wèn)題。 

   值得注意的是，擠壓壓鑄模承擔(dān)高壓擠壓補(bǔ)縮，它比傳統(tǒng)壓鑄模應(yīng)具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，應(yīng)參考鍛壓模具的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)，其頂出桿所需強(qiáng)度也比傳統(tǒng)壓鑄模具的大。 

要更好解決擠壓壓鑄模具的強(qiáng)度和剛度這個(gè)問(wèn)題，必須簡(jiǎn)化擠壓壓鑄模具的結(jié)構(gòu)，這就要按擠壓壓鑄工藝對(duì)傳統(tǒng)壓鑄機(jī)進(jìn)行徹底的改造，或應(yīng)用真正的擠壓壓鑄機(jī)了。 

三、新型擠壓壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)壓鑄機(jī)的改造簡(jiǎn)述 

在傳統(tǒng)壓鑄機(jī)的基礎(chǔ)上改造擠壓壓鑄機(jī)，有兩種途徑： 

   一是生產(chǎn)壓鑄機(jī)的廠家，按擠壓壓鑄工藝的特征，設(shè)計(jì)生產(chǎn)適應(yīng)性廣的全能的擠壓壓鑄機(jī)。壓鑄機(jī)生產(chǎn)廠家按該技術(shù)思路設(shè)計(jì)生產(chǎn)的具有相同鎖模力和擠壓力的擠壓壓鑄機(jī)，整機(jī)的制造成本只比普通壓鑄機(jī)高3%左右。具體改進(jìn)方案可參考該技術(shù)相關(guān)的專利文獻(xiàn)介紹。 

二是現(xiàn)有的壓鑄廠家對(duì)其自有壓鑄機(jī)自行改造。 

   改造傳統(tǒng)的全液壓式鎖模壓鑄機(jī)為擠壓壓鑄機(jī)，成本是最低的，它只要在設(shè)備上加上鎖模機(jī)構(gòu)，成本在5000元至1萬(wàn)元左右，設(shè)備型號(hào)噸位大小，相差并不大。 

   曲肘式鎖模壓鑄機(jī)在一般機(jī)械廠都能完成改造工作。改造費(fèi)用一般為設(shè)備價(jià)值的5%左右。將一臺(tái)鎖模力為500噸的曲肘式壓鑄機(jī)改造為一臺(tái)同時(shí)具有500噸鎖模力和的擠壓補(bǔ)縮力的擠壓壓鑄機(jī)，成本約3萬(wàn)元。 

   兩種不同類別壓鑄機(jī)改造成的擠壓壓鑄機(jī)，其擠壓壓鑄模具結(jié)構(gòu)會(huì)有所差異，這是設(shè)計(jì)人員需要留意的。有關(guān)擠壓壓鑄模具的特點(diǎn)，將另文介紹。 

四、結(jié)語(yǔ) 

   擠壓壓鑄工藝與裝備技術(shù)的提出，使擠壓鑄造技術(shù)大大向前邁進(jìn)了一步，但它還是一個(gè)新生事物，有待同行們?cè)趯?shí)踐中豐富和提高