擠壓鑄造(Squeeze Casting)又名液態(tài)模鍛(Liquid Metal Forging),也有人稱作低速高壓或者液態(tài)金屬沖壓。擠壓鑄造(液態(tài)模鍛)是一種鑄鍛結(jié)合的生產(chǎn)工藝,即液態(tài)金屬在機(jī)器高壓下成型并伴有微量塑性變形,可有效減少鑄件縮孔缺陷,提高工件的組織致密性,并通過熱處理極大提高力學(xué)性能。擠壓鑄造在材料適配性上廣泛,如鋁合金、鋅合金、銅合金等等??紤]到筆者對鋁合金更為熟悉,所以本文主要針對以鋁合金為代表的擠壓鑄造知識闡述。
擠壓鑄造適用范圍廣泛,包括在汽車、摩托車、高鐵、通訊、軍工、航空、五金等得到大量應(yīng)用。目前液態(tài)模鍛(擠壓鑄造)工藝主要在擠壓鑄造機(jī)和液壓機(jī)上,其中擠壓鑄造機(jī)可分為臥式和立式兩種類型,同時擠壓鑄造可分為間接擠壓和直接擠壓兩種工藝。
擠壓鑄造(液態(tài)模鍛)的意義具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
(一)符合“以鋁代鋼、以鑄代鍛”的汽車輕量化發(fā)展趨勢
隨著“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策的落地,環(huán)保問題再次凸顯出來,以燃油為代表的傳統(tǒng)燃油車行業(yè)因其排放重、不利于環(huán)境保護(hù),逐漸成為人們購車的備選方案,相反,以電力驅(qū)動的新能源汽車受到大家青睞,尤其以比亞迪宣布退出燃油汽車市場,重心全部投入到新能源汽車為典型標(biāo)志。但是我們必須注意,新能源汽車之所以尚未取代燃油車市場第一份額在于其續(xù)航里程低、充電等問題,而根據(jù)科學(xué)證明,續(xù)航里程和重量相關(guān),在其他條件不變時,車身整體重量越輕,續(xù)航里程越高,那么如何減輕車身重量就是重中之重了。那么車身的一些鋼鑄件是不是可以換成性能、效果接近的鋁制件呢,以及是不是可以將一些零部件集合成一個整體,來減輕重量呢?因此“以鋁代鋼、以鑄代鍛”這個理念能夠順利深入人心,而擠壓鑄造恰好能符合汽車輕量化要求,所以這也是近些年擠壓鑄造(液態(tài)模鍛)發(fā)展迅速的原因。
(二)兼具鑄造的高效成本低和鍛造的強(qiáng)力學(xué)性能的優(yōu)勢
上述觀點證明了為什么我們需要擠壓鑄造工藝,即擠壓鑄造的必要性,這回我們講為什么擠壓鑄造可行,即擠壓鑄造工藝的可能性。
能夠打出適合汽車輕量化的工藝不局限于擠壓鑄造工藝,還有低壓鑄造、鍛壓、重力鑄造等等,但是要么有些工藝的生產(chǎn)效率低比如鍛壓、低壓鑄造,要么就是有些工藝打出來的制品產(chǎn)品氣密性或者說產(chǎn)品合格率上不去,那么擠壓鑄造是屬于鑄鍛一體的生產(chǎn)工藝,擠壓鑄造件既具無一般鑄件的常見的氣孔、縮孔、缺陷,內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)緊密,并可以通過熱處理來進(jìn)一步提高力學(xué)性能,其質(zhì)量可以與鍛件媲美,同時生產(chǎn)效率高,所以兼具鑄造的高效、成本低的競爭優(yōu)勢,同時在力學(xué)性能和其他方面具備鍛造的優(yōu)點,因其產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、控制成本,成為鑄造行業(yè)的明日之星。
(一)品質(zhì)更加優(yōu)良
與傳統(tǒng)的壓鑄件相比,擠壓鑄造件出現(xiàn)的氣孔、縮孔等缺陷更少,產(chǎn)生局部塑性,產(chǎn)品內(nèi)部組織更加緊密、均勻,產(chǎn)品致密性更強(qiáng),可以用熱處理方法來進(jìn)一步提升其力學(xué)性能,其質(zhì)量可以與鍛件媲美;同時輪廓更加清晰,尺寸精度更高,能夠生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的零件,但注意,薄壁件不適合做。
(二)生產(chǎn)更加高效
擠壓鑄造工藝更容易規(guī)模化運(yùn)作,十分有利于機(jī)械化操作,生產(chǎn)周期短,單位生產(chǎn)出來工件更多,成品合格率高,所以生產(chǎn)效率大幅提高。
(三)更加節(jié)約成本
直接擠壓鑄造工藝是沒有澆注系統(tǒng)設(shè)計的,因此可以節(jié)約10%以上合金液體,從而附帶降低熔煉時間能耗和成本,同時產(chǎn)品合格率更高,減少材料的消耗。高效的生產(chǎn)效率,能夠產(chǎn)出更多的工件,從而產(chǎn)出更多的利潤。
擠壓鑄造整體的工藝流程就是金屬熔化——凈化——模具準(zhǔn)備——澆注——合模施壓——擠壓——頂出鑄件——鋸切打磨——熱處理——X光檢查——拋丸——CNC——檢驗包裝。
擠壓鑄造在新能源汽車上發(fā)展空間廣闊,市場前景美好。當(dāng)然我們也不否認(rèn)目前擠壓鑄造工藝還處在發(fā)展階段,還存在一些問題,如何進(jìn)一步提高熱處理后的工件合格率、工件能夠免熱處理、目前擠壓鑄造成本還是偏高如何降低成本、目前很多工件擠壓鑄造模具處于開發(fā)中、如何利用擠壓鑄造脫模劑(超低速壓鑄脫模劑)去提高產(chǎn)品致密性等等,道阻且長還需要整個行業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展,比如免熱處理的鋁材、模具設(shè)計、擠壓鑄造脫模劑的研發(fā),也歡迎大家交流合作??浦D壓鑄造脫模劑,在高溫下在模具上形成薄膜,長時間的保溫使得擠壓時的鋁液不至于快速冷卻造成冷隔等現(xiàn)象,同時也能提高產(chǎn)品的氣密性。
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