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挤压铸造原理及缺陷分析
Principle and defect analysis of squeeze casting
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挤压铸造原理及缺陷分析
挤压铸造技术与传统金属型重力铸造相比区别较大，对于某些
铸件的生产有独特优势，然而实际生产中出现的一些铸造缺陷，成
因也不同于传统铸造，本文试图从原理和生产实际出发，分析挤压
铸造的原理和流程参数，及其铸造常见缺陷，利用技术上的经验和
实践提出改进方法，已达到推进该项铸造技术的推广，减少损失。
挤压铸造原理及特点
1.1.基本原理
挤压铸造又可称为液态模锻，是将金属或合金升温至熔融态，
不加处理注入到敞口模具中，立即闭合模具，让液态金属充分流动
以充填模具，初步到达制件外部形状，随后施以高压，使温度下降
已凝固的外部金属产生塑性变形，而内部的未凝固金属承受等静压，
同步发生高压凝固，最后获得制件或毛坯的方法。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，组织细密，力学性
导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管
理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关
系更直接，显得更为突出。
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能高于铸造方法，接近或相当锻造方法；无需冒口补缩和最后清理，
因而液态金属或合金利用率高，工序简化，为一具有潜在应用前景
的新型金属加工工艺。
1.2.挤压铸造的特点
挤压铸造的工艺对铸造设备有特殊的要求，并且目前只对部分
铸件有较好的效果。首先，挤压铸造设备，需要提供低速但流量较
大的液态金属填充能力，速度约为0.5~3m/s，流量可达1~5kg/s，
这样熔融态金属才能平稳地将铸型内气体排出，并填充铸型，随后
铸型填满的瞬间（50ms~150ms），应能将铸型内铸造比压提升到
60~100MPa，这样合金便能在高压下凝固成型。由于前述的低速大
流量，且挤压铸造内浇道有冒口补缩的作用，内浇道口径较大，且
位于铸件最肥厚的部位。
由于上述特点，挤压铸造适合厚壁铸件（10~50mm），但铸件
尺寸不宜太大（小于200mm）。与压铸相同，挤压铸造只可使用脱
模剂，不适用保温涂料，故而金属凝固速度极快，达到300~400摄
氏度/s，与金属型重力铸造冷却速度相比，达到了其3~5倍，伸长
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率高于其他铸造方法约2~3倍。
挤压铸造的生产工艺流程
以直径190系列的铝活塞为例，介绍挤压铸造的工艺流程，挤
压铸造借鉴于压力铸造和模锻工艺，其大体工艺流程为把液态金属
直接浇入金属模内。然后在一定时间内以一定的压力作用于熔融的
金属液体使之成形。并在此压力下结晶和塑性流动。从而获得铸件。
在315t的液压机上生产铝活塞的具体流程是：首先将铝加热到
700~720摄氏度，形成铝液，倒入凹模中，进行扒渣得到相对纯净
的铝液，液压机上缸下行，上压头对铝液加压，主缸的峰值加压压
力达到280t，上压力加压至最大表压力22MPa起，到上压头起模
止，维持保压时间在350秒，保压结束后开模，用底缸将铸件顶出
即可。整体上可分为四个步骤，模具准备，浇注，合模加压，开模
出件。
具体的铸造过程，注意的参数如下：
顶缸上升速度和金属流速；对铸造机而言，顶缸上升速度应该
是丰富可调的，而金属流速须由铸件壁厚和尺寸决定，以不产生湍
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流，平稳填充铸型为原则，铸件的壁厚越大，尺寸越小，则流速较
小，壁厚越小，尺寸越大，则流速较大。
挤压机顶缸上升顶力和瞬间及时增压速度；当前我国普遍装备
的油顶机顶缸顶力足够满足挤压铸造的需求。瞬间及时增压速度是
较为重要的参数，在合金液刚刚充满铸型之初，铸造比压极小，在
50ms~150ms内，下顶缸顶力上升到额定顶力，以保证高比压下合
金液凝固成型。
挤压铸造缺陷分析
以铝活塞为例，介绍常见的挤压铸造的缺陷分析和解决措施。
3.1.气孔
气孔的出现一般是由于最初的铝液中气体含量较高，或者浇注
过程中侵入了气体，因此气孔可分为析出性气孔和侵入性气孔。具
体的应对措施由其形成原因入手。析出性气孔的减少，主要需要对
铝液的精炼处理进行强化，得到含气量低的铝液。侵入性气孔则涉
及更多的流程，首先熔融态合金注入模具的速度要平稳，不超过
0.08m/s，避免产生涡流卷入气体，并且充分排出铸模中的气体，速
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度太低也可能造成金属凝固而没有充满铸模，这需要由上压头加压
速度来控制，一般厚壁铸件需控制住0.03~0.06m/s，而壁薄的铸件
则速度稍高，控制在0.05~0.08m/s。
3.2.缩松和缩孔
缩松和缩孔会伴随着气孔产生，通常会出现在活塞最后凝固的
区域，上压头下行至型腔封闭时，铝液存在向上的反向流动，而挤
压铸造不能设置冒口补缩，故只能将未凝固的铝液挤入活塞销座和
头部热节处，实现补缩，这有赖于上压头的压力对铸件进行压缩，
而压力不足会导致补缩效果不明显，活塞稍座和头部可能出现缩孔
和缩松。
对于该问题，首先是对上压头的压力进行合理选取，依据合金
类型和铸件外形因素设置压力。上压头的最低压力值需在80MPa以
上，而最高不宜超过120MPa，在该范围内逐步提高压力值以减少
缩松和缩孔，其次，一定的保压时间也是消除缩松和缩孔所需条件，
持续的保压中，确保金属能够全部冷却凝固，不发生卸压后仍有液
态金属继续凝固产生缩孔缩松，同时，过长的保压时间会导致模具
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温度升高，且脱模困难，不利于模具的寿命，经过验证，保压时间
在150s~350s内，铸件质量较好，该时间由铸件最大壁厚来大致估
计。
3.3.氧化夹杂
挤压铸造中，不设置浇冒口，也很少设置集渣包，排渣系统不
足，但铝液在熔炼和浇注中，不断产生氧化夹杂，在形成铸件后，
氧化夹杂融入其中，导致外圆氧化夹杂的缺陷。
对于氧化夹杂问题，首先铝合金的融化过程，温度精确控制在
700~720摄氏度，使渣浮起，除尽铝液内氧化渣，并且坩埚和浇勺
也清理干净，浇注之时，避免直接通过漏斗直浇道，可使用孔眼直
径在1mm左右的过滤网以便滤去氧化渣和溶剂渣。加压之前，进行
一个快速的扒渣，由模壁向中心，从中心剔除残渣，而在压制之前，
不得有冷隔金属参与挤压铸造过程。
挤压铸造是一项优质高效的生产工艺，如果各工艺环节控制得
当，可以产生质量较好的铸件，然而在实际生产中，却因为种种原
因产生缺陷，给厂家和使用者带来损失，本文对缺陷原因从技术上
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进行了分析，从生产流程上提出了应对措施，结合实际情况，使挤
压铸造技术更好地用于生产。
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