金属精密液态成形技术-第9章挤压铸造

第9章挤压铸造SqueezeCasting知识要点掌握程度相关知识挤压铸造的实质与分类掌握挤压铸造的原理、分类、特点及应用，熟悉挤压铸造设备的结构，了解挤压铸造工艺的新发展金属在压力下结晶的特点，半固态金属，金属基复合材料挤压铸造工艺设计掌握合理选择和确定挤压铸造基本工艺参数的方法，根据具体铸件能够初步制定挤压铸造工艺方案工程流体力学，铸造工艺设计基础第1章挤压铸造本章教学要点9.1概述9.1概述定义：挤压铸造（SqueezeCasting）是指用铸型的一部分直接挤压金属液，使金属在压力作用下充型、成形、凝固并产生一定塑性形变，从而获得铸件的铸造方法，又称“液态模锻”。挤压铸造是铸锻结合的产物挤压铸造充型无卷气、液体金属紊流小、铸件组织致密、可热处理强化。

挤压铸造与压力铸造的区别：施压部位同时作为型腔。是介于铸、锻之间的一种少无切削工艺技术。

挤压铸造作为一种实现锻铸相结合，净成形的先进工艺技术，一直受到产业界的重视。9.1.1工艺原理及特点将一定量的液体金属（或半固态金属）浇入金属型腔内，通过冲头以高压（50～100MPa）作用于液体金属上，使之充型、成形和结晶凝固，并产生一定塑性形变，从而获得优质铸件。

（1）工艺原理工艺流程喷涂料→浇合金→合模→加压→保压→泄压→分模→毛坯脱模→复位喷涂料→合模→给料→充型→加压→保压→泄压→分模→毛坯脱模→复位间接挤压铸造工艺流程直接挤压铸造工艺流程(a)铸型准备(b)浇注（c）挤压（d）顶出铸件挤压铸造工艺流程示意图（2）挤压铸造技术特点具有优质、高效、节能、适应性广的特点由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔缩松等缺陷，组织致密，晶粒细小，力学性能优于一般铸件，略低于锻件性能表面粗糙度可达Ra6.3～1.6μm，精度达IT10～

IT8无需冒口补缩，因而液态金属或合金利用率高，工序简化压力补缩及塑性变形作用压力补缩是挤压铸造的最主要特征。为了使凝固中的液态金属受压，外加的机械压力必须使已形成的结晶硬壳不断压缩变形才能实现。压力增大液态合金的流动性，减少铸件收缩及裂纹倾向挤压铸造时，液态金属是靠压力充型的。因此，挤压铸造对合金本身的流动性的要求不高。压力下凝固可减少合金凝固的收缩率，一般情况下，挤压铸造的收缩率为常规金属型铸造的1/2～1/3，因而挤压铸造可减少合金的裂纹倾向。挤压铸造性能优势合金类别合金牌号成形方法热处理状态力学性能备注Σb/MPaδ/%Al-Si铸造合金ZL115挤压铸造铸态（F）280～2907～8淬火及时效(T6)≥330≥7金属型铸造淬火(T6)2706ZL111挤压铸造淬火及时效(T6)3502.4本体金属型铸造淬火及时效(T6)3102.试棒ZL106挤压铸造淬火及时效(T6)35111.3—金属型铸造淬火及时效(T6)≥235≥0.5GB/T11731995A356.2(美)挤压铸造铸态270～2806～8—淬火及时效(T6)296～31010～14金属型铸造淬火及时效(T6)283～3033～5—ADC12（日）压力铸造铸态1941.5—挤压铸造铸态270～2803.5—挤压铸造淬火及时效(T6)314～4234.4～5.7—挤压铸造与其他铸造方法的比较指标挤压铸造金属型铸造金属型低压铸造压力铸造组织致密性优中中高铸件气密性高中中差热处理性能再提高可可可不可生产效率高低低-中高铸件表面质量优中中优最小壁厚2～54～63～50.8工艺出品率50～8040～7070～9550～85设备及工装费用高中中高9.1.2应用概况

挤压铸造主要用于生产强度较高、气密性好的铸件，如阀体、活塞、机架、铸铁锅等。已广泛地应用于航空、航天、军事及高科技范围金属铸件的制造。适用性较强，它不仅适用于铸造性能好的铸造合金，而且也适用于铸造性能较差的变形合金。既可用于铝、铜、镁、锌等有色合金，又可用于铁、钢等黑色金属，以及复合材料等。对于一些形状复杂且性能上有一定要求的零件，采用挤压铸造合适。因为挤压铸造既容易成形，又能保证产品性能的要求。挤压铸件的壁厚一般来讲不能太薄（一般在2mm以上），太薄则难以实现挤压过程中外部压力的有效传递。适用范围挤压铸造与压铸对比

（1）产品性能好。液态金属自下而上缓慢、平稳的充型，并保持在高压力下凝固。由于浇注速度低及没有浇注系统，当上下模闭合后，金属在压力下结晶成形，不会在工件内形成气孔、缩孔及涡流等缺陷，因而组织致密、晶粒较细，对于厚壁件的制造更显其优越性；

（2）模具结构比较简单、紧凑，不需要浇口套及浇注系统等辅助结构。模具的加工费低于压铸模，使用寿命也较长；（3）不像压铸工艺需要专用液压机，可采用通用的液压机，设备投资较便宜。挤压铸件普通压铸件挤压铸件与普通压力铸件的内部组织比较挤压铸造产品挤压铸造产品

挤压铸造件在高铁领域的实际应用挤压铸造产品9.1.3挤压铸造分类按成形时金属液的充填特性和挤压受力情况可将挤压铸造分为：直接冲头挤压铸造间接冲头挤压铸造柱塞挤压铸造型板旋转挤压铸造用柱塞作为加压冲头，封闭凹型的开口处，并施压于正在凝固的金属液表面，保压直至铸件完全凝固。（1）柱塞挤压铸造柱塞挤压法1-金属型2-柱塞3-液态金属4-底板合型加压时，液体金属基本上不产生充型运动适合于形状简单的厚壁（＞5mm）铸件和铸锭铸件高度方向的尺寸公差决定于定量浇注的精度力学性能较高各种铸造或变形合金均可使用柱塞挤压铸造特点

（2）直接冲头挤压铸造

直接挤压原理示意图

在合型时将成形冲头插入液态金属中，使部分金属液向上流动，充填由凹型和冲头形成的封闭型腔，继续升压和保压直至铸件完全凝固。

1-金属型2-冲头3-液态金属无浇注系统，浇注的金属全部成形为铸件铸件高度方向的尺寸精度取决于定量浇注的精确程度充型压力直接施加到型腔内的金属熔体上，合金液凝固速度快，所获得的铸件组织致密、晶粒细小液体金属进行充型运动制件有微量的塑性变形组织适于生产壁厚较大，形状不太复杂、性能要求较高的铸件，如活塞、主汽缸、变速箱体直接冲头挤压铸造特点挤压铸造法生产铁锅的工艺过程用挤压铸造法生产铁锅的工艺过程示意图a）合型前b）挤压充型成形1-金属液2-凸型3-凹型（3）间接冲头挤压铸造

间接挤压工艺原理图

成形冲头将浇入凹型中的部分金属液挤入合型闭锁型腔中，继续加压直至凝固。此时，冲头的作用除将金属液挤入型腔外，还通过由冲头和凹型组成的内浇道，将压力传递到铸件上。（压注成形）

1-上型2-下型3-冲头4-液态金属5-型腔采用了浇注系统，液态金属在压力作用下经内浇道充满型腔不必精确定量金属液，铸件精度高冲头不直接而是部分地加压于铸件上，加压效果较差金属液利用率较低制件没有塑性变形组织适合生产形状更加复杂，壁厚较均匀的铸件间接冲头挤压铸造特点用于生产大型薄壁件（平均壁厚为2mm～3mm）：机翼、飞机的座舱底板、导弹弹翼、各种面板，盖板等。（a）向铸型底部缴入金属液（c）形成铸件并排除多余的金属液（b）进行挤压铸造（4）型板旋转挤压铸造液体金属进行充型运动，充型过程平稳，不易卷气适用于生产大型薄壁件，断面由大变小—阻力较小；散热慢利于排气，排渣，避免夹渣、气孔的缺陷利于补缩，获得致密铸件适于生产大型整体薄壁铸件型板旋转挤压铸造的成形特点铸型旋转合型挤压铸造机的铸型部分结构1-连杆2-动型座挡板3-侧板4-金属型5-电阻加热丝6-砂芯7-定型座挡板8-定型座9-支架10-机座11-转轴12-金属液13-动型座干砂芯预热：110℃金属型铸型预热：金属型、转轴预热至220～

300℃，侧板预热温度为

150～200℃热节处设置冷铁，加强补缩合理的液面上升速度

过慢：薄壁处浇不足

过快：出现波纹、裹气、冲刷砂芯工艺特点挤压铸造工艺始于1937年的前苏联，上世纪60年代末期有色金属挤压铸造在日本得到了应用和发展。

80年代，日本宇部公司开发成功HVSC和VSC系列挤压铸造机，使此工艺在日本及欧美各国得到了迅速的发展。目前，宇部挤压铸造机已销售307台，最大设备合模力达3500吨。9.1.4挤压铸造的发展日本丰田公司的轮毂生产厂拥有14台VSC1500～VSC1800挤压铸造设备，已形成年产400万只高档汽车铝轮的生产能力。另外，丰田公司还拥有年产120万只复合材料活塞的生产能力，并已在23种车辆得到使用。日本的日产汽车、马自达、Art、Umold和Tosei等公司及美国SPX、Amcast等国外大公司也拥有挤压铸造生产厂或车间。

在我国，挤压铸造是从上世纪60、70年代开始发展的。90年代，曾随摩托车行业大发展，有了一个大飞跃。仅铝轮毂就形成了年产300万只的能力。但随着市场、利润和当时技术、质量等原因，使此生产规模很快就下来了。近10年来，我国挤压铸造业还是得到了稳步发展。当前，国内有100多台设备在工作。①挤压铸造设备只相当于国外20世纪70年代水平。②生产规模小，技术含量低。③产品质量不稳定，废品率高。9.1.5国内挤压铸造存在的主要问题9.2挤压铸造合金的组织与性能9.2.1金属在压力下的结晶特点挤压铸造是一个复杂的物理化学-—力学过程，由于在高压下结晶凝固，会引起合金的热物性参数（如熔点、热导率、密度、比热容和结晶潜热）的变化，以及由此变化所引起的热力学、相图、动力学及成分过冷、偏析和气体析出等一系列变化。下面主要从四个方面讨论金属在压力下的结晶特点。压力对热物理参数的影响压力对合金状态图的影响压力对结晶特性的影响压力对气体析出过程的影响1234

压力与熔点呈线性关系。对于某些金属和共晶合金（Al、Fe、Mg、Cu、Al-Si）加压时熔点升高，另外一些金属和共晶合金（Sb锑，Fe-C石墨）加压时熔点下降。（1）压力对材料热物性参数的影响①压力对纯金属与共晶合金熔点的影响

在一定压力范围内，随着压力的增加，已结晶的金属密度有明显提高，但不是一直递增的。如图所示，在压力为50MPa左右时，由于补缩不良而形成微观缩松使密度下降，电阻率上升到峰值，当压力升至100MPa时，由于宏观缺陷消除，使密度达到最高值，但继续增加压力又使密度有少量下降，这种下降是由于位错密度增加所引起的。②压力对密度的影响压力下结晶对金属密度（γ）、比电阻（ρ）的影响a—纯锌b—20铸钢③压力对其他热物理参数的影响导热率——加压时，由于结晶金属致密度提高，缩短了原子间的平均距离，导热率有所增加，但提高的程度是有限的，并不能明显地加快金属的凝固速度。结晶潜热和比热容——随着压力的增加，其结晶潜热有某些程度的提高，而比热容与压力无关。（2）压力对合金状态图的影响①铁-碳（Fe-C）状态图

从图中可以看出，共晶点位置随着压力的增加发生移动。Fe-C共晶点位置随着压力增加而向右下方移动，即共晶点向富碳方向移动。另外，随着压力的增加，Fe-C共晶温度下降。而Fe-Fe3C共晶点位置随着压力增加向着提高温度方向移动。压力对Fe-C状态图的影响（共晶点附近）[曲线1～6相对压力（MPa）为0.1,1000,2000,3000,4000,5000]压力对合金平衡相图的影响可以通过Clauius-Clapeyron方程描述：对于凝固收缩的合金，凝固点一般是随着合金压力的增加而增加。

随着压力的升高，纯铝的熔点升高，纯硅的熔点下降；随着压力的升高，Al-Si共晶点向高温和富硅的方向（右上方）移动；随着压力的升高，硅在铝中的固溶体即α相区扩大，也向高温和富硅的方向（右上方）移动。这将对初晶硅的形成，α相的强化产生一定的影响。②铝-硅（Al-Si）状态图压力对Al-Si合金平衡相图的影响（3）压力对结晶特性的影响

液态金属的结晶过程可以用两个参数评定：一是形核率n，即在单位时间和单位体积中形核的晶核数。二是长大线速度R，即单位时间内晶体长大的线性速度。它们和单位体积内的晶核数Zv之间有如下关系：可见，当液态金属中的形核率越高，长大线速度越小，则单位体积内晶核数越多，也就是晶粒越细。下面主要讨论附加压力对其形核率和长大线速度的影响在均质形核条件下：对于由液态结晶成固态时比体积收缩（V液-V固＞0）的晶体物质，随着压力的升高，形核率先增加，达到峰值后，形核率开始下降对于由液态结晶成固态时比体积膨胀（V液-V固＜0）的晶体物质，由于增加压力使形核功和扩散激活能均增加，因而其形核率是随压力的增加而降低的。①压力对形核率的影响②压力对长大线速度的影响

当过冷度很小时，长大速度最快的是垂直长大方式，其次是沿晶体缺陷处长大方式。在过冷度不大的条件下，长大速度也随过冷度的加大而增加。在一定范围内，增加压力会导致晶体长大线速度的提高，同时形核率也增加。因此，压力下结晶对金属与合金宏观晶粒度的影响是复杂的，它与合金成分和各种工艺因素有关。晶体生长方式的生长线速度R与过冷度的关系挤压铸造时，对于结晶时体积收缩的合金，在结晶温度不变的条件下，挤压力使合金的熔点升高，相应地增加了过冷度，从而会导致晶体长大速度的提高。对结晶时体积膨胀的合金，挤压力会降低其熔点，即相应降低液态金属的过冷度，虽可降低晶体长大速度，但它也抑制液态金属的形核。总之，对多数合金，挤压力将大大提高制件的凝固速度，有助于晶粒的细化。压力对气体的析出过程主要有如下影响：加压可以阻止气泡的形成。增加外部压力，可以抑制气泡核的形成。在压力作用下，可以增加气体在金属中的溶解度。在压力作用下，增加合金的冷却速度，使气体来不及扩散析出。在压力作用下可以阻止气孔的形成，但却恶化了制件的力学性能。③压力对气体析出过程的影响合金中气体的溶解度与温度和压力的关系对于二次枝晶间距与凝固速度的关系式为：式中，ds-二次枝晶间距B0-与树枝晶形状有关的常数M-决定于材料的常数

研究表明，影响树枝晶细化程度的主要因素是合金成分和凝固速度。枝晶间距取决于结晶界面上的散热条件。界面上的散热条件越强，则每一枝晶轴所析出的结晶潜热的影响区越小，使相邻枝晶轴有可能在较近的距离生成，即使枝晶间距缩短，使显微组织细化。④压力对枝晶间距的影响一次枝晶间距表达式为：式中，de-一次枝晶间距K-常数G-温度梯度V-凝固速度

随着凝固速度的提高，一次枝晶间距和二次枝晶间距都随之减小，从而细化了树枝晶。在挤压铸造过程中，液态金属在挤压力的作用下，其凝固速度大大加快，在结晶前沿的液态金属中产生较大的过冷度，这对于在较小过冷度下具有较强形核能力的合金，有明显的细化晶粒作用。

图为挤压力对ZL201铝合金枝晶间距的影响。可见，随着压力的增加，开始细化程度明显增加，达一定压力后，细化程度的增加就不明显了。挤压力与枝晶间距的关系9.2.2挤压铸造合金的组织Al-Si系合金

对亚共晶和共晶型合金，增加α树枝晶的比例，相应减少α+Si共晶体数量；对过共晶型合金，增加α+Si共晶体数量，而相应减少初晶硅的比例。使α树枝晶或共晶组织细化增加硅在共晶体中的数量，使其中硅质点细化并局部球化，对过共晶合金还能使初晶硅细化并提高其分布的均匀性A356的微观组织比较（a）金属型铸造（b）挤压铸造不同压力下挤压铸造铝铜合金金相组织（a）无压力，铸态(b)25MPa压力，铸态(c)50MPa压力，铸态（d）75MPa压力，铸态（e）无压力，T5热处理（f）50MPa压力，T5热处理

Al-Si合金挤压铸造能改善合金的力学性能，尤其是明显地提高其塑性。因为增加α固溶体的数量和细化硅质点，均能使合金的塑性提高。9.2.3挤压铸造合金的力学性能

高速钢挤压铸造高速钢的性能明显优于重力铸造高速钢，特别是冲击韧性大幅度提高，提高幅度可达52.9%。9.3挤压铸造工艺9.3挤压铸造工艺比压：是指对铸型中液态金属单位面积上所施加的平均挤压力。

9.4.1比压压力是挤压铸造中最为关键的参数，其对铸件的力学性能、铸造缺陷、组织、偏析、熔点及相平衡等都有直接影响。

比压低时，铸件内部缺陷不能完全消除，只有达到某一临界压力，才能获得完好铸件。压力过高会带来设备和模具损耗大、能源消耗高以及分型面披缝严重、容易飞料等问题。比压的大小，取决于合金种类、挤压方式、铸件大小、形状、高度等因素有色合金铸件的比压＜黑色合金铸件直接冲头挤压的比压＜间接冲头挤压铸件形状简单的比压＜形状复杂和薄壁件液态合金压力＜半固态合金比压大小9.3.2加压开始时间开始加压时间：是指金属液浇入铸型（直接挤压）或压室（间接挤压）至冲头开始加压的时间间隔。（一般浇注后开始加压时间的间隔不应超过15s）对于小件、薄件或复杂件，此值应尽量小些为好。对于直接挤压法生产的简单实心件或厚大件，金属液冷却到液相线以下加压，有利于获得最佳力学性能。9.3.3加压速度与充型速度

加压速度是指金属液充型时挤压冲头的运动速度。

加压速度采用在空行程时以140mm/s快速下行，冲头刚接触到液面时改变为慢速挤压，速度为40mm/s，直至压力升到保压压力，结晶凝固。加压速度快，冲头能很快地将压力施加于金属液上，便于成形、结晶和塑性变形。但不宜过快，过快易卷入气体或喷液；过慢会使金属自由结壳过厚，影响加压效果。充型速度是指金属液在低铸造压力（或压铸压头）的作用下，进入并充满型腔时的流动速度。生产中金属液充型速度应控制在0.8m·s-1以下。过快：金属液产生涡流，卷气。

过慢：金属液过早凝固，挤压不能继续进行，不能成形。9.3.4保压时间保压时间是指从开始加压到铸件完全凝固的时间。

保压时间主要取决于合金种类、铸件的尺寸大小、断面厚度以及铸型传热条件，一般保压到完全凝固。保压时间过短，会使铸件心部得不到压力补缩，形成缩松、缩孔等缺陷；保压时间过长，会延长生产周期，使起模困难，降低模具使用寿命；收缩应力大，表面质量差。一般按铸件的最大壁厚推算保压铸件壁厚小于50mm时，铝合金、铸铁、铸钢件的保压时间可按每mm铸件壁厚需时0.5s推算；铜合金件按每1.5s/mm推算；铸件最大壁厚50～100mm时，铸铁、铸钢件的保压时间仍按每mm铸件壁厚需时0.5s推算；铜合金件仍按每1.5s/mm推算；铝合金件按1～1.5s/mm推算铸件最大壁厚/mm单位厚度所需保压时间/s·mm-1铝合金铜合金钢和铸铁≤500.51.50.5≤1001.0～1.51.50.5按铸件壁厚确定的保压时间

壁厚越厚，时间越长9.3.5浇注温度为利于提高铸件内部质量和模具寿命，金属液浇注温度比同种合金的砂型铸造、金属型铸造时略低一些，高于普通压铸。一般控制在合金液相线以上50～100℃左右。

浇注温度过高或过低都对合金成形有明显影响。过低，合金极易凝固，所需单位压力大；过高，易产生缩孔。必须指出，挤压铸造合金的浇注温度要比砂型浇注温度高。一般希望把浇注温度控制在比较低的数值，因为挤压铸造时希望消除气孔、缩孔和疏松。在浇注温度低时，气体易于从合金熔液内部逸出，极少留在金属中，易于消除气孔。此外，也可减少缩孔形成机会，同时由于浇注温度较低，金属较少，可减少毛刺。9.3.6模具预热温度模具温度过低，合金熔液注入型腔后会很快凝固，导致来不及加压；铸件质量难以得到保证，易产生冷隔、晶粒粗大和表面裂纹等缺陷。模具温度过高，会延长保压时间，降低生产率，容易发生黏模，降低模具寿命，还会使铸件脱模困难。适宜的模具温度主要取决于合金的种类、铸件形状和大小。浇注前，铸型应先预热，以避免金属进入铸型后，在挤压充型之前，铸型中的金属会由于散热太快，已在型壁上形成较厚的硬壳，而后在挤压过程中被皱折、破碎和卷入铸件之中，降低铸件的质量铸造铝合金件铸型预热温度：200℃左右铸造铜合金件铸型预热温度：250℃左右铸造铸钢件铸型预热温度：400℃过少：浇不足过多：尺寸偏差造成浪费9.3.7金属液的定量常采用体积定量法对浇入凹型中的金属数量进行定量，也可用称重法进行浇注金属的定量。另外，可在设计铸型时，设置溢流器，以使多余金属在挤压铸造成型时进入该处，保证铸件尺寸不会因浇注金属太多而出现偏差。浇注金属太多所引起的铸件尺寸偏差1-凹形2-冲头带有溢流器的凹形1-冲头2-溢流器3-铸件4-铸型5-多余金属9.3.7金属液的定量为铸件凝固后冲头能很顺利地自铸件中抽出，铸件与凹型的脱离也应同样顺利，降低铸件与铸型间的摩擦力，在浇注时和进行挤压成形之前，需对铸型和冲头工作表面刷涂润滑剂铝合金、镁合金和锌合金挤压铸造：水剂胶体石墨、硅涂料（白涂料）、石墨和机油或猪油的混合物6）铸型的润滑铜合金：油剂胶体石墨、石墨加机油或锭子油、植物油加肥皂水、植物油加石墨等铸铁、铸钢：地蜡加石蜡加凡士林加石墨的混合物、石蜡加二硫化钼加水玻璃加酒精等9.3.8铸型涂料防止铸件黏焊铸型，便于铸件脱模以降低铸件表面粗糙度提高铸型的寿命减缓金属液在加压前的结壳速度，以利于金属液在压力下充型

（1）涂料的作用（2）涂料的种类及成分目前使用的挤压铸造涂料主要分两大类：非石墨类石墨类

涂料的种类及成分主要根据铸件的形状、尺寸大小、合金种类、铸型材料和对铸件的工艺要求来决定。对非铁合金铸件，大多数采用胶状石墨涂料，包括水基和油基胶状石墨涂料两种。水基涂料的组成主要有氧化锌、胶状石墨、水玻璃和水。油基涂料的组成主要有胶状石墨、机油（也有锭子油、植物油）、黄蜡或松香等。（2）涂料的种类及成分应用合金涂料组成（质量分数，%）铝合金胶体石墨100机油60.二硫化钼15，黄蜡25胶体石墨13，氧化锌67，水玻璃20，外加适量水铜合金胶体石墨45～50，机油30～35，松香5～10，松节油5～10石墨30，机油70氧化锌9，石棉粉74，水玻璃17，外加适量水铸铁与铸钢地蜡30，石蜡30，凡士林26，石墨14玻璃粉29，水玻璃35，刚玉粉18，碳酸钙12，氧化锌6，外加适量水锆粉80～84，糖浆12～18，糊精3.5～5，外加适量水部分挤压铸造用铸型涂料9.4铸型设计9.4挤压铸造模具设计与制作（1）挤压铸造模具的主要作用保证液态金属在充分压力下结晶成形；对正在结晶的金属熔体直接施加机械压力，

用施加的压力补偿凝固和冷却收缩，消除铸件的缩孔缩松缺陷；

进行铸件的热交换，并通过与铸件的热交换使金属熔体凝固成形。（2）设计挤压模具时应注意的问题充分发挥挤压铸造的压力传递，获得高致密度的铸件加压位置的选择浇口及浇道设计排气设计

由于挤压铸造件的壁厚一般远大于普通压铸件，为防止内部缩孔，在工艺设计、方案制定时，应尽量加大内浇口的截面积，缩短流道长度，尽量保证由铸件内部向外部、由组织性能要求高的局部向要求较低局部的凝固顺序，实现对重要部位的有效补缩。模具温度场的控制应尽可能保证冲头的压力在整个凝固过程中能够有效传递到型腔内部各个位置。相对于普通压铸而言，挤压铸造的内浇口截面通常都比较厚大，流道的长度近量缩短。实践表明，较合理的内浇口速度范围为0.25～0.8m/s。一般情况下，在金属液开始通过内浇口进入型腔到填至整个型腔（包括集渣包和排气槽）的80～100%（该比例的确定与产品有关）的阶段，可以采用相同的内浇口速度，最后阶段可以适当加快冲头速度。

对同一合金，挤压铸造的浇注温度一般需要高于普通压铸。此外，浇注温度的设定还需要综合考虑铸件的形状和复杂程度、给料方式和给料循环时间、料筒和模具的温度控制等因素。当铸件结构复杂、壁厚较小、金属液流程长，给料过程保温性差、给料循环时间长、料筒和模具控制差时，宜采用较高的浇注温度，反之则可以适当较低浇注温度。为有效排出型腔内的气体、夹杂和前端较冷的金属液，一般需要采用通道较大的排气和集渣设计。在远离内浇口的位置，通常需要开设较大的集渣包和较厚的溢流槽。当需要某些集渣包具有补缩功能时，则需要采取一些工艺手段或通过实践确定一些特殊的生产过程控制方法，如控制模温、控制脱模剂喷涂等。挤压铸造主要采用金属型（个别使用泥型，如铸造铁锅）。常用耐热模具钢制造，如3Cr2W8V，4W2CrSiV等凹型的形式可有多种整体凹型垂直分型凹型水平分型凹型复合分型凹型带芯棒凹型设计挤压模具时应注意的问题铸件收缩率：由于铸件凝固在封闭的金属型中受高压作用进行，故铸件收缩较小，比常规数值小一半。加工余量：垂直合型挤压铸造时铸件加工面上的加工余量可取较小，有色合金铸造时可选取0.5～2mm，铸钢取3～5mm。型腔表面粗糙度常取Ra6.3～0.8μm，铸造圆角半径2～10mm，铸造斜度为1～3度。高温下具有较高的强度、硬度、耐磨性和适当的塑性，并在长期的冷却加热工作过程中，组织与性能保持稳定；具有良好的抗热疲劳性能，有良好的抗裂纹扩展能力；高温下不易氧化，能抵抗液态金属的粘焊和熔蚀；导热性好，热膨胀系数小。①对模具材料的具体要求（3）挤压铸造模具材料

铝、镁、锌等合金的浇注温度较低，模具工作过程中的主要损坏形式是机械磨损。以前我国长期使用3Cr2W8V钢，但因其塑性、韧性较差，现在已推广使用综合性能更优的4Cr5MoSiV1(美国H13)钢，二者的使用寿命均可达数万件以上。镁合金可考虑使用HDM1、HDM2、HM1、8407等。②挤压铸造模具材料的选用挤压铸造铝、镁和锌等低熔点合金用模具材料铜合金的浇注温度约为900℃～1180℃,模具在工作过程中出现的粘焊、热疲劳裂纹、表面氧化等损坏比铝合金严重的多。目前模具材料主要采用3Cr2W8V

等铬钨钒钢，并经调质处理，也可采用4Cr5MoSiV1钢。模具寿命一般在千件以上。挤压铸造铜合金用模具材料钢和铸铁的浇注温度约在1300℃～1600℃之间,模具在工作过程中的主要损坏形式是热疲劳裂纹和熔蚀。因此，模具零件多采用铬钨钒或铬钼钒等模具钢，并经调质处理。黑色金属用模具的使用寿命一般只有几百件到几千件，冲头和型芯的寿命则更短。目前，国内外正在大力研究使用钼、钨或铌基难熔合金，铁、钴、镍基耐热合金以及其它材料。挤压铸造黑色金属用模具材料9.5挤压铸造设备

挤压铸造机大致发展成三类：

垂直合模垂直挤压式水平合模水平挤压式水平合模垂直挤压式

目前，世界各国进行挤压铸造生产的各种液压机大致有1000台，先进的专用挤压铸造设备主要分布在日、美等发达国家，其中日本最多。挤压铸造的显著特点是充型平稳，不卷气，因而要求设备具有以低流速大流量充填铸型的能力。当铸型充满后能急速增压，达到预定的高压力值并能稳定地保持压力，直到铸件结晶完成。滑块及活塞应有高的空载下运行速度。挤压系统速度可调，以满足不同铸件要求。

9.5.1挤压铸造对设备性能的要求9.5.2挤压铸造机

我国现使用的挤压铸造机多为国产普通挤压铸造机。这类挤压铸造机是在通用液压机的基础上改造的，提高了滑块空载下行速度及顶出液压缸的顶出力和顶出速度，以适应挤压铸造的要求。（1）普通挤压铸造机普通挤压铸造机结构

该机采用四立柱结构，为适应复杂铸件侧向抽芯和开合模的需要，增加了侧液压缸和辅助液压缸。

（2）先进的间接挤压铸造机

间接挤压铸造适应的铸件范围广，可以生产比较复杂的铸件，生产过程易于控制，实现自动化，生产效率高。间接挤压铸造机分