大型结构件的高质量整体成型是零件制造领域的一个难题。挤压铸造(又称液态模锻)解决了整体流变补缩重力铸造的补缩效率低和缩孔缺陷等问题,以良好的流变充型能力突破了实体锻造技术和设备能力的限制,成为大型结构件高质量整体成形制造的新选择。实践证明,用专用涂料和铸造模具代替锻造模具,有效控制模具温度,是降低模具成本比例的有效途径。局部多点加压、复合挤压、随流半固态挤压铸造都是显著降低设备投资、保证高质量成形的有效措施。
大型结构件是许多大型设备和机器的关键零件,其成形质量直接决定了整个设备的运行可靠性。运输车辆的大型车架部件,如车架、车体、摇枕、转向架等。已经开始向整体成型方向发展。大型耐磨件如轧机的轧辊和导板(侧导板)、圆锥破碎机的砂浆壁和破碎壁、反击式破碎机的板锤、环锤式破碎机的环锤和颚式破碎机的颚板、各种球磨机和半自磨机的衬板、磨机的磨辊等。也在实现从砂型铸造到高品质绿色的转变。铁路车辆车轮、轮盘、轮毂等大型旋转件成功实现了向挤压铸造技术的绿色转型。国防工业领域的许多大型结构件都在不断寻求短流程、高质量的绿色成形技术。
挤压铸造(液态模锻)技术综合了传统液态成形的优良成形能力、塑性成形的高密度和半固态成形的细晶均匀性。它已成功应用于许多可靠性要求高的零件,并正朝着大型结构件整体成形的方向快速发展。尤其是大型耐磨件的挤压铸造已成为耐磨领域的优先发展方向。
大型耐磨件单件质量数百甚至数千公斤,外形尺寸可达数米,壁厚大。由于耐磨材料塑性成形工艺性能的限制,目前这些大型耐磨零件基本都是采用砂型铸造的方法生产。砂型铸造大型耐磨件具有很高的工艺灵活性,但由于技术原理本身的限制,即使采用占零件质量30%左右的大型保温冒口,也很难做到均匀致密,内部仍存在不同程度的缩孔缺陷,材料的耐磨性和可靠性有待提高。
为了提高大型耐磨件的成形质量和耐磨性,研究人员进行了大量的研究和探索。总结起来主要有三个方向:材料成分和冶金质量的优化,如高锰钢的再合金化、高铬铸铁的变质处理等,取得了可喜的成果,大大提高了大型耐磨件的使用寿命;此外,对大型耐磨件进行新的结构设计,实现镶铸或双金属复合铸造;第三,通过优化铸造工艺控制铸造缺陷。用珍珠砂或冷砂消失模铸造可以加速冷却,细化组织。采用保温加热冒口,可提供投料效率,大大提高产量;基于计算机充型和凝固模拟的浇注系统和冒口优化设计可以实现有序凝固,改善补缩效果。但砂型重力铸造受补缩压力和砂冷能力的限制,很难从根本上改变大型耐磨件使用中晶粒粗大、不可避免的缩孔缺陷和异常断裂的问题。