唐程光，唐淳，闞洪貴

鋁合金高真空壓鑄減震器塔成型工藝方案設(shè)計研究*

唐程光，唐淳，闞洪貴

（安徽江淮汽車股份集團有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章主要針對某電動汽車用車身結(jié)構(gòu)件減震塔的輕量化要求，設(shè)計了適合于鋁合金減震塔的高真空壓鑄成型工藝方案，應(yīng)用這一套工藝流程，開發(fā)出了滿足主機廠性能要求的減震塔。

結(jié)構(gòu)件；減震塔；成型工藝

引言

鋁合金高真空壓鑄件相對鋼制結(jié)構(gòu)具備：輕量化、模塊化、高剛性、高強韌、高精度、結(jié)構(gòu)自由等優(yōu)勢，是鋁合金鑄件在車身上應(yīng)用的典型代表，國外車企已成熟掌握其應(yīng)用技術(shù)，國內(nèi)車企暫未掌握。以Audi A6為例，其前減震器塔采用鋁合金高真空壓鑄技術(shù)，實現(xiàn)將10個沖壓件替換為1個鋁合金高真空壓鑄件，減重10.9kg/車，由于采用高真空壓鑄工藝，鑄件精度相對沖壓件高，大大提升底盤安裝點的精度。

高真空壓鑄成形工藝及高強韌壓鑄合金缺失，國內(nèi)僅少數(shù)幾家壓鑄企業(yè)及科研院所啟動此工藝的研究；現(xiàn)有的高真空壓鑄件的成形仿真模擬、組織調(diào)控等經(jīng)驗不足，導致高真空壓鑄件的壓鑄缺陷較多；高真空壓鑄成形模具制造能力不足，特別是模具在熱態(tài)時的密封技術(shù)；高真空壓鑄時，模具內(nèi)高真空快速獲得及高真空持續(xù)控制能力不足。目前針對這些問題制定了鋁合金減震塔高真空壓鑄的工藝流程。

1 概述

1.1 產(chǎn)品基本信息

1.2 產(chǎn)品使用材質(zhì)

汽車結(jié)構(gòu)件使用的鑄造鋁合金材料常見的有三種，分比為SF-36、C-37及Magsimal-59，如需獲得相應(yīng)的性能，SF-36是需要進行T5/T6處理，而C-37和Magsimal-59則無需進行后續(xù)熱處理。以上三種合金均需配合使用高真空工藝進行壓鑄生產(chǎn)，其相關(guān)的力學性能如下圖2所示。

圖2 材料性能參數(shù)

根據(jù)產(chǎn)品的情況，C-37由于不適合制作壁厚大于3mm的零件，首先排除。Magsimal-59雖然不需要后續(xù)處理但是其壁厚適應(yīng)范圍相對較小同時其鑄造性能不佳（流動性和脫模性能都不好），在鑄造中成品率相對較低。所以推薦使用綜合性能較好的SF-36，SF-36材質(zhì)性能比較適合減震器塔包的制作，不過需要搭配后續(xù)熱處理工藝（T6）。

1.3 注意事項

以產(chǎn)品現(xiàn)有設(shè)計，將采用高壓鑄造工藝，由于采用SF-36材質(zhì)，其后續(xù)需要進行T6熱處理，以獲得相應(yīng)的機械性能（車身結(jié)構(gòu)件一般要求延伸率達到5-6%的范圍），所以該產(chǎn)品需要使用高真空輔助壓鑄工藝，產(chǎn)品鑄造中型腔抽真空后的殘留氣壓值目標控制值不超過80mbar（ 50mbar以內(nèi)產(chǎn)品性能最佳）。

另外結(jié)合產(chǎn)品的造型特點，相對產(chǎn)品的較大的外形尺寸來說，產(chǎn)品壁厚較薄且不均勻，充填流程會較長，需考慮使用模溫機（油溫控）輔助手段來平衡模具溫度，根據(jù)以往經(jīng)規(guī)模的模具預(yù)計需要6臺模溫機來控制。

2 工藝流程

鋁合金高真空壓鑄減震器塔成型的主要工藝流程如下圖3所示，其中壓鑄、后續(xù)T6熱處理及機加工為重點關(guān)注過程，也是此項工藝技術(shù)的難點。

3 壓鑄（高真空）工藝方案

3.1 壁厚工藝方案設(shè)計

產(chǎn)品的基本壁厚比較均勻，頂部圓盤區(qū)域為零件的主要受力區(qū)域，壁厚在6mm范圍，周邊的兩個受力區(qū)域以及加強筋條的受力區(qū)域壁厚較大，局部接近25mm。

圖3 工藝流程圖

從整體上看，產(chǎn)品的加強肋條設(shè)計較厚（小端6.4mm左右），導致加強肋條根部的壁厚較大，設(shè)計者的目的應(yīng)該是想提高產(chǎn)品的力學機械能力，但是從鑄造角度看，這樣的設(shè)計及容易在筋條內(nèi)部產(chǎn)生鑄造收縮缺陷，反而會影響產(chǎn)品機械性能。

圖4 壁厚分析

3.2 開模方向設(shè)計

為了便于零件的澆鑄，結(jié)合零件結(jié)構(gòu)，開模方向如下圖4所示，Y軸正方向為定模，Y軸負方向為動模。

圖5 開模方向

3.3 模具方案設(shè)計

1）澆口流道設(shè)計

采用一模雙件設(shè)計，澆口流道如下圖6所示，具體鑄造條件（基準值）如表1所示：

圖6 澆口流道設(shè)計

表1 鑄造條件（基準值）

2）推桿布局設(shè)計

為了便于零件出模，在下圖7中黃色柱臺區(qū)域設(shè)計推桿柱臺。

圖7 推桿布局設(shè)計

3）密封條設(shè)計

因零件后續(xù)需要做T6熱處理，為防止產(chǎn)品鼓泡，氣體進入零件。為發(fā)揮真空工藝的效果，模具分型面做密封處理，下圖8紅色線為密封膠條的位置。

圖8 密封膠條

4）模具設(shè)計

為保證零件成型分布合理，進行定模和動模設(shè)計，如下圖9所示。

圖9 定模動模

5）模具加熱及冷卻設(shè)計

動模設(shè)計過程中，共計設(shè)計4組加熱回路，1組冷卻回路。其中油加熱回路：21/22串成1組、23/24/25串成1組、26/27串成1組、28/29/30串成1組，冷卻水回路：40IN/OUT和分流錐IN/OUT直接接入壓鑄機集水排進行強冷控制?；芈吩敿毬肪€如下圖10所示。

圖10 動模加熱及冷卻

定模設(shè)計過程中，共計設(shè)計4組加熱回路，1組冷卻回路。其中油加熱回路：1/2串成1組、3/4串成1組、6/7串成1組、8/5串成1組，冷卻水回路：10IN/OUT和冷卻環(huán)IN/OUT直接接入壓鑄機集水排進行強冷控制?；芈吩敿毬肪€如下圖11所示。

圖11 定模加熱及冷卻

相比動模，定模還需設(shè)定6組強冷卻控制回路，接入定?？傔M出水箱，分別為W12、W13、W14、W15、W16、W17 6組?；芈吩敿毬肪€如下圖12所示。

圖12 定模強冷卻控制回路

6）小結(jié)

壓鑄（高真空）工藝方案設(shè)計中，模具設(shè)計較為復(fù)雜，需要考慮模具的澆口流道設(shè)計、推桿布局設(shè)計、冷卻及加熱設(shè)計等，尤其是對于密封條的設(shè)計，為了能夠確保零件機械性能，此項設(shè)計需密封到到位，否則對于零件性能的有較大影響。

4 熱處理工藝方案

4.1 熱處理裝備

采用結(jié)構(gòu)件專用自動熱處理生產(chǎn)線進行T6熱處理，如下圖13所示。

圖13 熱處理設(shè)備

主要性能參數(shù)如下表2所示：

表2 熱處理設(shè)備性能參數(shù)

4.2 熱處理夾具

零件在進入熱處理設(shè)備的過程中，應(yīng)進行熱處理夾具設(shè)計，主要確保零件能夠自然放置，均勻支承受力，保持平衡，避免零件損傷等影響。夾具在設(shè)計的過程中，確保夾具橫向均勻分布。每片支承片上，縱向均勻取平緩面做支承，如下圖14所示，熱處理夾具示意圖。

圖14 熱處理夾具示意圖

5 數(shù)控機加工工藝方案

5.1 機加工工藝方案

1）選用機床型號

高壓真空鑄造部件目前常用機床型號為韓國的DOOSAN/ DNM500HS和中國臺灣的MRNC320兩種，具體參數(shù)詳見下表3。

表3 機床參數(shù)

2）機加工工序設(shè)計

此零件為一模雙件，機加工需進行兩序設(shè)計，均需輔以夾具進行固定。

機加工第一序夾具裝夾定位設(shè)計：①處進行定位銷設(shè)計，確保零件精準定位，②為進行主夾緊設(shè)計，確保零件晃動，保持平衡，③處進行固定支承設(shè)計。如下圖15所示。

圖15 第一序夾具示意圖

機加工第一序加工內(nèi)容：共計需加工16個孔，其中2個Φ15孔、1個Φ12孔、1個Φ76孔及12個Φ6孔。如下表4所示。

表4 加工內(nèi)容

詳細位置如下圖16所示：

機加工第二序夾具裝夾定位設(shè)計：①處進行定位銷設(shè)計，確保零件精準定位，②為進行主夾緊設(shè)計，確保零件晃動，保持平衡，③處進行固定支承設(shè)計。如下圖17所示。

圖17 第二序夾具示意圖

機加工第二序加工內(nèi)容：共計需加工4個孔，其中2個Φ19孔、1個Φ8孔、1個銑避空位孔。如下表5所示。

表5 加工內(nèi)容

詳細位置如下圖18所示：

5.2 檢測設(shè)備

圖19 檢測設(shè)備

6 總結(jié)

以上方案為鋁合金高真空壓鑄減震器塔成型工藝主要方案設(shè)計，在實際過程中，可能存在一定出入，由于此項設(shè)計需要在高壓真空環(huán)境中，無疑對設(shè)備的要求較高，尤其是密封性的設(shè)計，經(jīng)過后續(xù)驗證，此工藝流程滿足減震器塔包的量產(chǎn)性要求。

[1] 汪學陽等.高真空壓鑄鋁合金減震塔工藝開發(fā)及應(yīng)用[J].特種鑄造及有色合金2018.

[2] 王福杰等.淺談?wù)婵諌鸿T及常見故障[J].綠色鑄造與持續(xù)發(fā)展2015.

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The Study on forming process design of aluminum alloy high vacuum die casting shock tower*

Tang Chengguang, Tang Chun, Kan Honggui

（Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, aiming at the lightweight requirements of the shock tower of an electric vehicle body structure, a high vacuum die casting molding process scheme suitable for aluminum alloy shock tower is designed. With this process flow, the shock tower meeting the performance requirements of the main engine plant is developed.

Structural parts;Shock tower;Forming process

B

1671-7988(2020)24-163-05

唐程光（1977-），男，湖南邵陽人，安徽江淮汽車集團股份有限公司總經(jīng)理助理，科技部重大專項評審專家，博士，長期從事汽車整車、車身、電子部件和產(chǎn)品造型的設(shè)計開發(fā)工作。唐淳（1982-），女，遼寧沈陽人，安徽江淮汽車技術(shù)中心車體設(shè)計專家，碩士，主要從事車體的設(shè)計和研發(fā)工作。闞洪貴（1983-），男，山東臨沂人，安徽江淮汽車技術(shù)中心車體設(shè)計專家，本科，主要從事車體的設(shè)計和研發(fā)工作。

U466

B

1671-7988(2020)24-163-05

復(fù)雜薄壁壓鑄鋁合金零部件成形與應(yīng)用關(guān)鍵共性技術(shù)（2016YFB0101603）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.053

CLC NO.: U466