《挤压铸造应用现状及发展趋势》

                    ----吉泽升教授微课记录

一、专题分享环节

汽车随着车速不断提高，功率不断增大，法规日趋严格，所以要求汽车小型化、电动化、智能化，最近互联网大会也更多讨论了汽车智能化的话题。从汽车“结构设计、轻量化材料选择、如何用轻量化材料制造轻量化零件”考虑轻量化问题，从而实现汽车轻量化。

汽车轻量化对零件要求，其中：承力部件需要高强高韧性；动力部件如需要耐热的部件需要高抗蠕变性；运动部件需要高的疲劳强度；此外，还需要材料可回收，绿色环保。

铸造件发展战略：精品铸造战略、绿色铸造战略、自我创新战略。铸造看则简单，实则较难，很难看到内部缺陷，工艺受到各方面影响，较为复杂，较多精品大型铸件依赖于进口。

基于发展战略考虑，需要将铸件质量放在首位，生产高寿命、高可靠、轻量化的铸件。

这是我2015年在欧洲考察时照的照片。第一张照片：电动汽车；第二张照片：法国大街上的充电桩和充电汽车；其他照片：意大利街头上的电动化、小型化汽车。这是未来的发展趋势。

图下表格为《世界各地推动节能车辆的措施》。小型化电动化是未来发展趋势，轻量化更是未来所需。

铸件消费量：2010年铸件消费量960万吨，2015年1800万吨，增长87.5%。

汽车零部件发展近年来也消费了大量铝。

铝合金铸件比例：2010年占12.1%，2015年占20%，增长66.7%。

铝合金铸件消费量：2010年116万吨，2015年360万吨，增长200%。

从表中可看出汽车用铝合金零部件发展迅速，需求量大大增加。工业化生产汽车用高端铸造零部件是汽车零部件的发展趋势。

这也就是我们今天所推介的高端汽车零部件的铸造方法---挤压铸造。

什么是挤压铸造呢？挤压铸造就是将低速进入铸型内的液态（或半固态）金属、金属基复合材料施加较高的机械压力，使其在压力下成形和凝固，从而获得铸件（或铸锭）的一种工艺方法。※重点强调在压力下成形和凝固。

挤压铸造是铸、锻的结合产物，是介于铸造和锻造之间的一种工艺方法，在性能上挤压铸造接近于锻造。此种挤压铸造工艺方法可以铸出比锻造零件更加复杂的件。由于压力下成型，与其他铸造方法比，致密度较高。同锻造比，由于模具一次成型，故价格相对较低。

由于压力下凝固，内部缺陷少，接近于锻造组织，故挤压铸造零件可以进行热处理。

挤压铸造：立式充型。高压铝合金液体由下向上进入模腔，浇口面积较大，速度较慢，可将气体从排气槽中排掉。挤压铸造适合做壁厚的件。

压力铸造：卧式充型，浇口面积狭窄，目的是为了获得高速度铝合金液流，使液流冲到最薄壁厚处。压铸液流速度高，容易卷气，如右图。所以压力铸造更适合做壁薄的件。

上图是对挤压铸造的优点，进行了一下归纳。

上图为间接挤压铸造生产动作流程。

上图是各种铸造方法的对比，全黑圆点为性能最好。经综合对比可以看出，挤压铸造在性能、价格等方面均有优势，综合性价比较高。

汽车大部分零件均可用挤压铸造做，但对薄壁件不占优势。

2014年吉星公司已成功将挤压铸造件应用于丰田汽车。发动机和变速箱辅件已完成开发任务并配套于丰田汽车。为其他车厂开发的还有摇盘、转向节等零件，这些要求严的件都适用挤压铸造工艺。

四种产品吉星公司在科技部国际合作项目支持下为丰田项目开发的产品，在承担国际项目的同时，对四种件归纳为：框架类、平板类、大壁厚差类、长杆类，进行“成型过程中各自特点”的理论探索。

上图的标准对于铸造而言较难。内部缺陷标准是任意切面均不允许有1.0mm以上的缺陷。

左图板类零件切的部位是最容易出现缺陷的部位，图上无肉眼可见的缺陷。

右图是杆类件热节处最易出现缺陷部位，无肉眼可见缺陷，品质较好，达到了丰田要求。

吉星公司成功将挤压铸造件开发完成并在2014年应用于丰田汽车上。

随着汽车轻量化呼声愈来愈高以及汽车轻量化要求愈来愈高，挤压铸造是具有较大前景的技术。

挤压铸造可以以铸代锻，以铝代钢，代替铸铁。

挤压铸造在发展过程中存在一些问题，如一致性不够好，需要向长寿命、高可靠方向发展。国家急需挤压铸造技术规范、标准及人才 。另外，根据智能化、自动化、工业4.0、中国制造2025要求，还需将CAD/CAE技术的进一步应用，向智能化方向发展。

国内设备还需向智能化、无人化方向发展，进一步提高可靠性，并通过项目支持建立完善的理论体系。除此外，还需向其他复合材料方面拓展工艺。

制造业做铸造人员一定要仰望星空，脚踏实地，锁定目标，坚持到底。

二、提问环节

1.东盛金属张忠凯：目前国内汽车铝部件主要用压力铸造吗？比例在多少？

吉教授解答：目前压铸是较为成熟的工艺方法，压铸件较为便宜，首先在发动机上大量应用压力铸造，与砂型铸造相比具有快捷、精度高的优点。在强度方面可以满足要求。不过周边承力件有采用加压铸造的趋势，丰田好多支架都是采用挤压铸造工艺方法。具体比例我现在不掌握，网上应该很容易查到。

2.万基控股张修伟：电解铝在铸造过程中有无净化方法？好多铝厂使用自己的电解铝，在生产中有好多缺陷，有无更好的处理办法？

吉教授解答：关于电解铝生产是属于冶金的范畴，我了解的比较少。我们目前用的铝料是日本牌号ADC12，是专门找厂家为我们使用工业纯铝配制的，用电解铝配制铝锭，后期铸造洁净度更好，比市场上卖的铝锭更好些。目前市场上卖的ADC12铸造铝锭是按日本的JIS标准就通过废铝回收重新熔炼制造的。

3.云海金属路凯：挤压铸造成品性能是否和锻造件做对比？

吉教授解答：尝试很多用变形铝合金做铸造件，如某铸件需阳极氧化，普通铸造铝合金（如含硅＞7）阳极氧化不上，可能会出现斑点等现象。挤压铸造工艺方法从下向上推铝液，对铝液流动性要求低，变形铝合金由于粘度较大，从相图看不在共晶点上，而是在共晶点左边，两相区大，粘度大，挤压铸造方法可以克服。如单纯从性能看，锻造已经获得具有很大塑性变形的组织，毕竟挤压铸造是铸造产品，单纯从性能上看不如锻造。但挤压铸造可以说已经接近了锻造，因为在压力下凝固的，晶粒比较细小，并不存在锻造变形流线。也就是这种工艺方法不能完全取代锻造，但是又有锻造所不具备的一些特点和优点，复杂件锻造可能要锻三火四火五火，甚至锻不出来，挤压铸造铸造是容易实现的。

4. 东盛金属张忠凯：汽车铝轮毂国内主要是什么工艺？如用挤压铸造，优缺点是什么呢？

吉教授解答：张总提的问题很好。刚才说到了一些工艺方法如轮毂采用低压铸造，挤压铸造在日本多用作车轮，后被低压铸造取代，低压铸造成本比挤压铸造要低。

低压铸造为什么最适合车轮？因为车轮壁厚均匀，一致性好，压力比较低，能够完全充满车轮各个部位。挤压铸造，是在比较高的压力下（也就是和压铸的压力一致）凝固的。边凝固边加压，可以满足凝固收缩时的补缩。在高档的车轮儿（大卡车、大货车、大客车）现在逐渐使用挤压铸造来做，以代替钢制车轮。

5. 东盛金属张忠凯：可以理解为同低压铸造比较，挤压铸造贵，效率低，但质量好吗？

吉教授解答：可以这样理解，但是对不同的件会有不同的说法，比如说做车轮，挤压铸造不如低压铸造。最早的时候，丰田有四十几台机器在做挤压铸造的车轮儿，但是却败给了中国的低压铸造。低压铸造节拍较慢，对于壁厚差大的零件来说没有优势。

6. 云海金属路凯：不同工艺原材料有不同特点，如高压铸造，压铸机会用高硅高铁材料去做。低压铸造合金系列是什么，和挤压铸造有什么区别？适合于挤压制造的合金有什么特点？

吉教授解答：挤压铸造最大的特点是适合的合金系列较宽，浇口较大，不要求铸造合金具有很好的流动性，一般压铸如ADC12、铸铝102，含硅在11%左右，是在共晶范围内，对于其他非共晶合金在成型时会显示劣势。挤压铸造对亚共晶、过共晶都较为适合，对变形合金也能很好的铸造。

7. 云海金属路凯：挤压铸造和半固态成型应该是比较接近的生产方式，两种工艺之间的优劣势对比有哪些。

吉教授解答：半固态成型最大的问题是工艺精确度要求高，较难控制，装备不行。半固态区间温度一般情况下 40度左右，控制较难。半固态成型温度区间窄，难以控制。对模具温度控制也较为严格，只有这样才能使有半固态特点的铝液达到工件要求的充型部位。同时由于温度较低，也易出现夹皮、偏析等缺陷。

8. 用于阳极氧化处理的铸件可以用挤压铸造法完成吗？

云海金属路凯解答：可以生产变形铝合金，又能接近锻造组织，这就可以解决阳极氧化问题。