金屬材料擠壓鑄造成形技術的研究進展

張衛文，趙海東，張大童，游東東，邵 明，李元元

(華南理工大學機械與汽車工程學院國家金屬材料近凈成形工程技術研究中心，廣東廣州510640)

金屬材料擠壓鑄造成形技術的研究進展

張衛文，趙海東，張大童，游東東，邵 明，李元元

(華南理工大學機械與汽車工程學院國家金屬材料近凈成形工程技術研究中心，廣東廣州510640)

擠壓鑄造技術是一種結合了鑄造和塑性加工特點的短流程、高效、精確成形技術，廣泛應用于機械、汽車、家電、航空、航天、國防等領域生產高性能和高精度的零件。首先簡要介紹了金屬材料擠壓鑄造成形技術的特點和歷史。重點分析了液態金屬壓力下結晶的物理冶金行為和力學過程，此外，還總結了擠壓鑄造技術涉及的材料體系、擠壓鑄造過程的工藝參數優化、擠壓鑄造過程的零件成形、擠壓鑄造過程的數值模擬、擠壓鑄造成形裝備研究方面的研究進展。最后展望了金屬材料擠壓鑄造成形技術的發展重點。

金屬材料;擠壓鑄造

1 前言

擠壓鑄造又稱液態模鍛，它是一種將一定量的液態金屬注入模具型腔，然后施加較高的機械壓力，使液態或半液態的金屬在壓力下低速充型、凝固和成形的技術。與其他鑄造成形方法相比，擠壓鑄造技術具有選材范圍寬、金屬液利用率高(直接擠壓鑄造可達95%～98%)、鑄件組織均勻致密、力學性能優良、表面光潔度和尺寸精度高等優點。與塑性成形方法相比，擠壓鑄造技術具有變形力和成形能較小、無需多道工序加工、可制造形狀復雜的零件等特點。概言之，它是一種結合了鑄造和塑性加工特點的短流程、高效、精確成形技術，廣泛應用于機械、汽車、家電、航空、航天、國防等領域，生產高性能和高精度的零件［1－4］。

最早提到擠壓鑄造技術是在1819年英國人James Hollingrake的一項專利中。其后，在英國有一種類似擠壓鑄造的方法，用于生產鑄鐵水槽［3］。1878年，前蘇聯著名冶金學家D.K.Chernov也提出了相似的概念。然而，直到20世紀30年代，才出現關于擠壓力對合金凝固行為影響的研究［1，3］。一般認為，1937年前蘇聯人V.M.Plyatskii出版專著《液態金屬模鍛》，是擠壓鑄造技術完全確立的標志。隨著該書英文版《Extrusion Casting》在西方的傳播以及美國學者 J.C.Benedyk［5］1970年在第6屆國際壓鑄會議上的大力推薦，該技術在20世紀60年代后得到了飛速發展。在隨后的50多年中，前蘇聯、美國、德國、日本和澳大利亞等國先后對這項技術進行了廣泛的研究［1－4］。我國在1958年便開始開展擠壓鑄造技術的研究，20世紀70年代曾有一個快速發展階段，材料對象涉及Al合金，Zn合金，Mg合金，Cu合金，鋼鐵等，零件近300種。進入90年代后，隨著產品輕量化和高性能化的迫切需求，擠壓鑄造作為一種近凈成形技術受到越來越廣泛的關注［6］。

2 擠壓鑄造理論研究

擠壓鑄造理論研究是高性能零件擠壓鑄造成形的技術基礎，其核心是揭示液態金屬壓力下結晶的物理冶金行為和力學過程。擠壓鑄造技術經過多年的研究，目前已經建立了比較完備的液態金屬壓力下結晶凝固和塑性變形的理論體系［7－9］，涉及的主要內容包括:壓力對合金狀態圖的影響、壓力對金屬形核與長大的影響、壓力對金屬熔體中氣體的溶解與析出的影響等;擠壓鑄造過程中鑄件的成形、凝固與熱傳導;擠壓鑄造過程中壓力的傳遞、分布與損失;擠壓鑄造過程中鑄件的收縮、補縮、晶粒組織與偏析形成等。

由于壓力是擠壓鑄造中最為關鍵的參數，其對材料組織和性能影響的研究最受關注。首先，壓力會引起合金的熱物性參數(如凝固溫度、熱導率、密度、比熱容和結晶潛熱)的變化。如壓力對合金平衡相圖影響可以通過Clausius-Clapeyron方程描述:

式中，Tf為合金的平衡凝固溫度，Vl為合金液相的體積，Vs為合金固相的體積，Lf為合金的潛熱，P為合金受到的壓力。可見，對于凝固收縮的合金，凝固點Tf一般是隨著合金壓力的增加而增加，并得到了試驗驗證［10］。其次，金屬熔體在壓力下凝固會導致晶粒細化［11］(見圖1)，關于其機理，Chadwick 和 Yue［3］認為，壓力只是使合金凝固時，凝殼與模壁之間的熱交換系數增加及使凝殼與模壁之間的有效接觸面積增加而導致合金的凝固速度增大，從而細化了晶粒。而Franklin等人［12］認為壓力導致合金凝固過程中出現了更大的過冷度，使合金形核率的增加，從而使晶粒得到了細化。目前，多數研究者傾向于認為上述兩種機制都起作用，但在不同凝固階段起作用的程度不同，并且還受到其他工藝參數的共同影響，如施壓時刻、保壓時間、澆注溫度、合金成分等［4］。如果施加壓力是在如下溫度區間:T＞Tm+ΔT，ΔT為由于施加壓力引起的合金凝固溫度的增量，則熔體過冷效應可以忽略不計，熱交換系數的變化起決定性作用。如果壓力施加的時間是處在如下溫度區間:Tm≤T≤Tm+ΔT，則熔體過冷將起非常重要的作用，如果保壓時間持續到合金完全凝固，則熔體過冷效應繼續起作用。

關于擠壓鑄造力學成形理論，霍文燦及其課題組進行了開拓性的工作［13－15］，如建立了擠壓鑄造組合體力學模型，分析了擠壓鑄造過程中的塑性流動，測量了擠壓鑄造過程的力－位移曲線，建立了擠壓鑄造過程塑性變形與合金凝固的定量關系，利用主應力法和能量法求解了臨界比壓。總之，他們認為擠壓鑄造過程是高壓下結晶凝固和塑性變形下強制補縮的復合。

圖1 在0 MPa(a)和75 MPa(b)擠壓壓力下高強韌Al-Cu合金的金相照片Fig.1 Metallographs of as-cast structure of a high-strength and high toughness Al-Cu-based alloy squeezed by 0 MPa(a)and 75 MPa(b)

值得一提的是，目前擠壓鑄造基礎理論的建立，主要是基于直接擠壓鑄造(或液態模鍛)工藝，在間接擠壓鑄造條件下液態金屬壓力下結晶的物理冶金行為和力學過程研究還需要深入。

3 擠壓鑄造材料研究

擠壓鑄造技術具有比較大的選材空間。擠壓鑄造材料包括Al合金，Mg合金，Zn合金，Cu合金，鑄Fe，鑄鋼等。此外，基于擠壓鑄造的工藝特點，擠壓鑄造金屬基復合材料也備受青睞。

3.1 鋁合金材料

擠壓鑄造Al合金中最早得到重視的是Al-Si系合金，這主要是由于這類合金具有極佳的鑄造性能，擠壓鑄造 Al-Si合金主要是 A356，390，ZL101，ZL102，LM13等［16－18］。此外，一般還通過添加少量 Mg，Cu，Mn等進一步改善材料的性能。J.I.Lee等［19］研究了一種成分為12%Si-3%Cu-0.7%Mg(質量百分數)的適合于擠壓鑄造的Al合金，這種合金力學性能比常規鑄造合金高出將近10%～20%。如果再添加一些變質元素如Sr，Ti，B，該合金的伸長率將比常壓鑄造合金提高40%。

另一個受到關注的擠壓鑄造Al合金是Al-Cu系合金，這主要是因為Al-Cu合金是一種高強度鑄造Al合金，具體有Al-Cu-Mg，Al-Cu-Mn，Al-Cu-Si 3個合金系。擠壓鑄造技術可以大幅度提高這類合金的力學性能，此外通過優化合金化元素、添加微量元素可使得合金的性能得到進一步改善［20－23］。在高強韌鑄造Al-Cu合金的發展中，A-U5GT的歷史最為悠久，應用最為廣泛［21］。它是在Al-Cu二元合金基礎上通過添加Mg，Ti形成的。由于高純(Si≤0.05%，Fe≤0.10%)而具有很好的力學性能。在工業生產條件下，它的力學性能可達到Rm=340～385 MPa，A=11%(T5)。美國201.0和206.0也是在A-U5GT基礎上發展起來的，它具有很好的力學性能和抗應力腐蝕能力［22］。Yen and Evans［23］研究了一種成分(質量百分數)為 7.0～13.0 Cu，0.4～1.2 Mn，0.21～0.40 V，0.31～0.70 Zr，雜質元素為 ＜ 0.6%Si，＜ 0.8%Fe，＜ 0.2%Zn，＜ 0.1%Mn，＜ 0.2%Ni的擠壓鑄造鋁合金，合金的抗拉強度為420 MPa，屈服強度為340 MPa，伸長率為6%，彈性模量為80 GPa。我國20世紀60～70年代研制了ZL205A合金。該合金成分復雜，含有Cu，Mn，Zr，V，Cd，Ti，B等7種合金元素。ZL205A(T6)的典型抗拉強度高達510 MPa，T5狀態下典型伸長率達13%［22］。華南理工大學針對Al-Cu-Mg，Al-Cu-Mn兩個合金系，通過合金成分優化，研制了牌號為HGZL01的Al-Cu-Mg-Mn合金，其化學成分(質量百分數)為4.5～6.0 Cu，0.2～0.8 Mn，0.2～0.8 Mg，并添加有Zr，V，Sc，Ti和B等，在擠壓鑄造條件下，該合金具有優良的強韌性［24］，在此基礎上，進一步優化合金成分，開發了一種抗拉強度更優異的HGZL02擠壓鑄造Al-Cu合金。該合金在75 MPa壓力下，T5熱處理的合金抗拉強度達到510 MPa、伸長率為 7.9%［11］。

Al-Zn系鋁合金是7XXX系列超高強Al合金，主要是作為變形Al合金得到應用，鑄造Al-Zn合金應用并不廣泛，但近年來利用擠壓鑄造技術研究7XXX系列變形Al合金獲得了高度的關注［25－27］。擠壓鑄造 7010 Al合金T6處理、50 MPa比壓下的抗拉強度可達550 MPa以上，伸長率超過10%［27］。

除上述3類擠壓鑄造Al合金外，也有少量針對擠壓鑄造 Al-Mg系合金的研究，如 J.H.Lee等［28－29］開展了針對5083(Al-4.7Mg-0.7Mn)合金的擠壓鑄造工藝、組織和性能的研究。Skolianos等［30］研究了AA6061合金在不同擠壓壓力下的顯微組織和力學性能。

3.2 其它金屬材料

擠壓鑄造Mg合金可以避免壓鑄Mg合金存在氣孔、蠕變性能低、難以熱處理和焊接等問題。AZ91作為鑄造Mg合金的代表，其擠壓鑄造組織與性能方面的研究相對較多(圖2［31］)。Sevik 等人［32］研究了 Sn 對擠壓鑄造AM60(Mg-5.93Al-0.18Mn)合金的組織和性能的影響，發現Sn可以有效細化晶界共晶相的尺寸，從而提高材料的強度和硬度。Zhu等人［33］比較了 Mg-9Al-0.6Zn-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr合金的壓鑄、擠壓鑄造和鑄錠3種材料的蠕變性能，發現擠壓鑄造材料的蠕變性能最好(圖3［33］)。鑄造Zn合金通常是Zn-Al系合金，該類合金的凝固溫度范圍寬，在常規鑄造條件下容易形成縮松，導致材料的致密度和力學性能下降。擠壓鑄造改善了凝固過程中的補縮條件，可以顯著減少Zn合金的縮松缺陷，并細化材料組織，從而提高材料的力學性能和摩擦磨損性能［34－36］。擠壓鑄造也可用于Cu合金、鋼等高熔點的金屬材料，但由于模具材料和工藝的限制，研究相對較少［4］。

3.3 金屬基復合材料

擠壓鑄造是金屬基復合材料的主要制備方法之一，文獻眾多，該技術具有以下優點［37－40］:①可以改善金屬的流動性，為其填充增強體之間的間隙創造有利條件，從而獲得無孔洞的組織;②擠壓鑄造條件下熔融金屬與增強體之間的接觸時間短，有助于改善兩者之間的界面復合狀況;③擠壓鑄造金屬基復合材料的設計具有較大的自由度，其基體材料可以采用Al，Mg，Zn等多種合金，增強體可以采用連續纖維、晶須、顆粒等多種類型;④擠壓鑄造法作為一種近凈成形技術，既可用于制備金屬基復合材料的錠坯，也可用于制造形狀較復雜的零件;⑤制備成本較低，容易實現工業生產。由于綜合性能優異、制備工藝簡單和成本低廉，擠壓鑄造金屬基復合材料獲得了廣泛的應用。其中擠壓鑄造顆粒增強Al基復合材料在汽車工業應用較多，可用于生產活塞、連桿、襯套、剎車盤等零部件。

采用擠壓鑄造技術制備金屬基復合材料有兩種方式:一種是首先制備增強體預制件，然后將預制件放入模具中，液態金屬澆入模具并在一定的壓力下浸滲預制件，冷卻凝固后獲得復合材料;另一種是與攪拌鑄造相結合，先采用攪拌的方法使增強體在金屬熔體中分散均勻，再采用擠壓鑄造實現混合漿料凝固成形。Uozumia等人［41］采用擠壓鑄造浸漬預制體的方法，成功制備出全致密的碳納米管增強Al基和Mg基復合材料。Onat等人［42］采用SiC顆粒與Al-4.5Cu-3.1Mg合金熔體混合后再擠壓鑄造成形的方法制備復合材料，基體與增強體之間復合狀況良好。Seyed Reihani［43］采用擠壓鑄造制備6061合金和6061/30%SiCp(體積分數)Al基復合材料，兩種材料的抗拉強度、延伸率及彈性模量分別為144 MPa，8.9%，70 GPa和 200 MPa，1.9%，94 GPa。采用Al2O3短纖維增強的擠壓鑄造AZ91 Mg合金復合材料與基體材料相比，疲勞性能有很大的提高(圖4［37］)。

4 擠壓鑄造工藝研究

4.1 擠壓鑄造過程的工藝參數優化

擠壓鑄造工藝研究的一項重要內容是進行工藝參數的優化。擠壓鑄造的主要工藝參數包括:加壓時間、加壓壓力、保壓時間、澆注溫度、模具預熱溫度、涂層厚度等。國內外針對不同工藝參數對擠壓鑄造材料及其零件性能的影響進行了大量的研究。主要體現在以下幾個方面:

圖4 采用擠壓鑄造法制備Al2O3短纖維增強AZ91鎂合金基復合材料的疲勞性能Fig.4 Fatigue property of Al2O3short fiber reinforced AZ91 magnesium composites prepared by squeeze casting

基于試驗研究，針對特定工藝參數進行分析其中以針對擠壓力的研究最多，如文獻［11］研究了壓力對Al-Cu合金鑄件顯微組織和性能的影響，文獻［17］研究了壓力對Al-7Si-0.7Mg合金沖擊能(Impact Energy)的影響，文獻［44］研究了凝固時間對Al-Zn合金擠壓鑄件的影響，文獻［45］研究了澆注溫度對Al-Zn合金擠壓鑄件的影響。文獻［46－48］同時對擠壓壓力、澆注溫度、加壓時間進行了綜合研究，并找到了較優的工藝參數，提高了擠壓鑄件性能。

以實驗樣本為基礎，使用現代優化算法進行工藝參數優化如劉貴立等［49］基于人工神經網絡(ANN)建立ZA27合金擠壓鑄造工藝參數與力學性能關系模型。Shu［50］利用ANN和粒子群優化器(PSO)相結合的方法，對ZA27的工藝參數進行了優化。文獻［51］利用遺傳算法對LM23合金擠壓鑄造工藝參數進行了組合優化研究。

基于理論推導和經驗公式計算工藝參數主要是針對直接擠壓鑄造工藝，重點是計算擠壓壓力和保壓時間。如文獻［14］基于組合體的塑性變形，計算了液態模鍛的臨界比壓。文獻［52］基于一維穩態傳熱過程和一維非連續的傳熱過程，得出了凝固時間的計算公式。Garcia等人［53］基于擠壓鑄造虛擬傳熱模型也得出了凝固時間，計算結果更為準確。此外，Zhang［54］也進行了類似的計算。

4.2 擠壓鑄造過程的數值模擬

擠壓鑄造數值模擬同樣得到了國內外研究者的高度重視。馬靜［55－56］通過數學建模，對柱形件擠壓鑄造的溫度場進行了研究，計算了在凝固過程中的凝固收縮和加壓補縮作用下的縮孔體積。王澤等［57］基于二維軸對稱坐標系，利用有限差分方法建立了擠壓鑄造凝固過程中溫度場的數學模型。傘晶超［58］自行開發軸對稱坐標下的有限差分模型對ZA27合金大高徑比擠壓鑄造的溫度場進行模擬。清華大學韓志強等［59－60］建立了熱－力耦合有限元模型來模擬擠壓鑄造凝固過程中鑄件溫度場和應力場，該模型利用熱焓法處理鑄件凝固潛熱釋放的問題。應力場模擬分別采用熱彈粘塑性模型和理想彈塑性模型來描述凝固殼和金屬液的力學行為，同時考慮冷卻和凝固過程中的體積收縮。在鑄件/鑄型界面傳熱模型中考慮了界面壓力、氣隙和輻射等因素。

英國牛津大學的Zhang等［61］基于二維軸對稱坐標系，利用有限差分法模擬了Al合金擠壓鑄造凝固過程的溫度場。值得注意的是，文中考慮了沖頭壓力對鑄件、鑄型界面傳熱的影響，利用式(2)來計算不同沖頭壓力下的界面傳熱系數:

式中，h為界面換熱系數，P為沖頭壓力。文中還用該傳熱模型分析了工藝參數對凝固過程的影響。韓國Chung-Ang大學的Chang等［62］基于有限元法對擠壓鑄造過程中鑄件溫度和熱應力分布進行了模擬。研究首先進行溫度場計算，然后根據溫度場的結果進行應力分析。文中采用彈塑性本構模型來描述高溫金屬的力學行為，利用增量法來求解每個時間步節點的位移。其中應力－應變關系的增量由式(3)表達:

式中，σ為應力，ε為應變，［Dd］為剛度矩陣，在彈性和塑性階段分別有不同的形式，{c}為材料性能參數隨溫度改變而帶來的附加載荷。文中根據模擬的結果分析了不同方向熱應力的分布。英國Swansea大學的Lewis和Postek等［63－64］進行了擠壓鑄造凝固過程溫度場和熱應力的模擬。傳熱中利用熱焓法來處理具有一定凝固溫度區間的合金在凝固過程中潛熱釋放的問題，應力分布中利用彈粘塑性本構關系來描述材料力學行為。模型中考慮了界面氣隙對傳熱的影響，鑄件和模具之間的接觸問題，并將溫度場和應力場耦合求解。印度中央機械工程研究所的Chattopadhyay［65］對擠壓鑄造凝固過程中溶質的傳輸進行了研究，基于二維軸對稱坐標系建立了傳熱方程和溶質傳輸方程，模擬了凝固過程并計算了鑄件內硅的分布，根據計算結果認為鑄件體積較小時偏析不明顯。

4.3 擠壓鑄造成形的零件

擠壓鑄造技術受到發達國家重視后，針對擠壓鑄造工藝的研究主要是依托一些典型零件展開。1979年，豐田汽車公司使用宇部公司推出了垂直壓射系統的擠壓鑄造工藝方法(VSC)生產Al合金輪轂，產品的疲勞性能和沖擊性能都優于其他工藝方法，且達到25件/h的批量生產［12，66］。1983年又采用擠壓鑄造工藝生產纖維增強Al合金柴油發動機活塞，既提高了高溫性能和減少熱膨脹，同時又減輕重量且更耐磨［67］。1987年，宇部公司成立子公司，專門生產擠壓鑄造Al合金汽車輪轂，供貨給通用汽車旗下的品牌Cadillac和 Pontiac［68］。在歐美，擠壓鑄造工藝的研究和應用范圍也越來越廣泛。汽車橫梁、控制臂、轉向節、連桿等零件都已使用擠壓鑄造工藝生產［69－70］。

我國在20世紀50年代后期開展擠壓鑄造技術研究，研制的零件包括部分軍工產品、氣密性儀表Al件、Al活塞、閥體、Cu軸瓦等。80年代以后，擠壓鑄造零件涉及Al合金，Zn合金，Cu合金，球墨鑄鐵，碳鋼及合金鋼等鑄件，某些研究成果已達到國際先進水平。特別是間接擠壓鑄造技術擴大了擠壓鑄造應用范圍。中國兵器科學研究院第52研究所較早地開展了擠壓鑄造技術研究，研制的摩托車車輪、輕型戰車負重輪零件最大質量約為30 kg，最大外形尺寸為580 mm，抗拉強度達到350～390 MPa，延伸率為5% ～12%［71］。武漢理工大學［72］進行了汽車制動泵缸體擠壓鑄造成形的開發，零件平均抗拉強度為290 MPa，延伸率為1.6%，布氏硬度1 050 MPa。華南理工大學［73－74］采用研制材料進行了大型復雜支架和輪轂零件的擠壓鑄造精確成形(見圖5)，支架零件投影面積達到580 mm×480 mm，本體抗拉強度和延伸率分別達到388 MPa和5%。輪轂外徑為φ670 mm，本體抗拉強度為350～390 MPa，延伸率7%～9.5%。總之，擠壓鑄造技術已成為汽車、摩托車、機電、五金工具、冶金、航天、航空等行業中生產高檔有色金屬零件的重要手段。

圖5 擠壓鑄造支架和輪轂零件Fig.5 The frame and wheel parts produced by squeeze casting

5 擠壓鑄造裝備研究

5.1 擠壓鑄造裝備的基本概況

最初的擠壓鑄造裝備都是在油壓機和液壓機上改裝的，隨后出現了專用的擠壓鑄造裝備。當前能生產擠壓鑄造設備的企業主要是日本宇部興產(UBE)，日本東芝機械，瑞士布勒，荷蘭Prince Machine以及意大利意德拉有限公司等公司，其中UBE生產和銷售的擠壓鑄造機在數量上都處于首位，大致超過了250臺［75］。目前我國有100多臺擠壓鑄造機，80%通過油壓機或壓鑄機改裝，只有較少專用擠壓鑄造機，且多為進口產品，合模力較小，無法進行大型復雜零件擠壓鑄造生產。最近幾年，我國有少數企業開始研制自動化程度較高的先進擠壓鑄造機。

經過幾十年的發展，擠壓鑄造機大致發展成3類:垂直合模垂直擠壓式(立式)、水平合模水平擠壓式(臥式)、水平合模垂直擠壓式(混合型)。擠壓鑄造設備的研制主要集中在4個方面［76］:①擠壓鑄造方式:從目前制造的擠壓鑄造設備來看，擠壓鑄造的方式正從傳統的直接擠壓和間接擠壓單一方式走向復合化，形成適用范圍更廣的新型擠壓鑄造工藝;②澆注方式及澆注系統裝置:現代擠壓鑄造設備都注重提高澆注的自動化水平和改善澆注條件。如日本東芝公司的DXHV和DXV擠壓鑄造機配置LEOMACS封閉澆注系統，使用電磁泵裝置輸送金屬液(見圖6)［77］。哈爾濱工業大學羅守靖等人［78］針對擠壓鑄造工藝中，離沖頭較遠處充型可能不足的問題，提出了逐層澆注——累積液鍛成形技術;③合模力規格多樣化:如日本宇部的擠壓鑄造設備有VSC和 HSVC兩個系列，日本東芝有 DXH、DXV、DXHV 3個系列。瑞士布勒的擠壓鑄造設備有Vision、Evolution、Classic 3個系列。針對不同系列，合模力從1 400 kN到35 000 kN;④擠壓過程控制:現代擠壓鑄造機都對壓射系統的壓力控制方法進行改進，提高其控制精度及穩定性［79］。

圖6 東芝的電磁泵封閉澆注系統Fig.6 LEOMACS system designed by Toshiba Mechines

5.2 國外擠壓鑄造設備的技術優勢及其發展趨勢

國外擠壓鑄造設備的技術優勢主要有以下幾點:①開發了高精度的液壓控制閥和閉環控制的壓射系統;②具有專用高效的澆注系統;③合模機構效率高。擠壓鑄造設備的主要發展趨勢是:①寬適應性:通過基礎部件的技術開發，拓寬設備擠壓速度和擠壓壓力的范圍。如東芝機械公司通過采用最新開發的高精度液壓伺服閥，使擠壓速度達到0.05 m/s至13 m/s;日本宇部也能達到0.05 m/s至10 m/s的范圍;②研究新型合鎖模機構或方法。目前，普遍使用的合模機構主要有全液壓缸式、曲肘機構和混合式。東芝機械在其最新研發的壓鑄機中，使用了電氣控制的鎖模裝置;③采用先進的控制系統。主要是要實現整機的實時控制以及控制系統從簡單的運行控制轉變為智能集成控制。

6 結語

盡管國內外針對擠壓鑄造技術已經做了不少工作，隨著結構件向大型化、復雜化、高性能化和輕量化發展，為擠壓鑄造技術創造了廣闊的發展空間，需要開展的工作主要體現在:

(1)深入分析間接擠壓鑄造時，液態金屬壓力下結晶的物理冶金行為和力學過程，進一步完善擠壓鑄造基礎理論。對于大型復雜零件擠壓鑄造精確成形，需研制具有更優綜合性能的新型材料，完善適合于金屬材料擠壓鑄造技術的材料體系;

(2)在成形工藝方面，大型復雜零件各部位凝固條件相差較大，應通過工藝優化實現零件組織和性能的均勻性，進行鑄造缺陷的精確控制;大型鑄件的模具制造周期長、成本昂貴，開發準確的數值模擬技術是優化模具設計的重要手段;

(3)成形設備是高效精確成形的重要保證，需要從寬適應性、研究大噸位和新型合鎖模機構、采用先進的控制系統等方面開發先進的擠壓鑄造裝備。

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Progress in Technology of Squeeze Casting for Metal Materials

ZHANG Weiwen，ZHAO Haidong，ZHANG Datong，YOU Dongdong，SHAO Ming，LI Yuanyuan
(National Engineering Research Center of Near-Net-Shape Forming for Metallic Materials，School of Mechanical＆Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

Squeeze casting is a technology with short route，high efficiency，precise forming which possesses the features of casting and plastic processing.It is applied to produce high performance and high precision parts which are widely used in machinery，automobile，household，aviation，aerospace and defense.In this paper，the characteristics and history of squeeze casting are introduced briefly.Then the effect of applied pressure on the metallurgical and mechanical behavior of liquid metal is analyzed.Furthermore，the research progress in the developed materials，process optimization，forming of parts，numerical simulation and equipment of squeeze casting is summarized comprehensively.Finally，the future trends of squeeze casting are presented.

metal materials;squeeze casting

TG249.2

A

1674－3962(2011)07－0024－09

2011－04－20

GD-NSFC聯合基金項目(U1034001);國家科技支撐計劃項目(2011BAE20B00);省部產學研重點專項(2009A090100026);廣東省科技攻關項目(2008A010300003)

張衛文，男，1969年生，教授，博士生導師