鋁合金高真空壓鑄減震器塔成型工藝方案設計研究*

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中心，安徽 合肥 230601）

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

結構件；減震塔；成型工藝

引言

鋁合金高真空壓鑄件相對鋼制結構具備：輕量化、模塊化、高剛性、高強韌、高精度、結構自由等優勢，是鋁合金鑄件在車身上應用的典型代表，國外車企已成熟掌握其應用技術，國內車企暫未掌握。以Audi A6為例，其前減震器塔采用鋁合金高真空壓鑄技術，實現將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，國內僅少數幾家壓鑄企業及科研院所啟動此工藝的研究；現有的高真空壓鑄件的成形仿真模擬、組織調控等經驗不足，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，特別是模具在熱態時的密封技術；高真空壓鑄時，模具內高真空快速獲得及高真空持續控制能力不足。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 產品基本信息

1.2 產品使用材質

汽車結構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，其相關的力學性能如下圖2所示。

圖2 材料性能參數

根據產品的情況，C-37由于不適合制作壁厚大于3mm的零件，首先排除。Magsimal-59雖然不需要后續處理但是其壁厚適應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材質性能比較適合減震器塔包的制作，不過需要搭配后續熱處理工藝（T6）。

1.3 注意事項

以產品現有設計，將采用高壓鑄造工藝，由于采用SF-36材質，其后續需要進行T6熱處理，以獲得相應的機械性能（車身結構件一般要求延伸率達到5-6%的范圍），所以該產品需要使用高真空輔助壓鑄工藝，產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以內產品性能最佳）。

另外結合產品的造型特點，相對產品的較大的外形尺寸來說，產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，根據以往經規模的模具預計需要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T6熱處理及機加工為重點關注過程，也是此項工藝技術的難點。

3 壓鑄（高真空）工藝方案

3.1 壁厚工藝方案設計

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

圖3 工藝流程圖

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

圖4 壁厚分析

3.2 開模方向設計

為了便于零件的澆鑄，結合零件結構，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 模具方案設計

1）澆口流道設計

采用一模雙件設計，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 澆口流道設計

表1 鑄造條件（基準值）

2）推桿布局設計

為了便于零件出模，在下圖7中黃色柱臺區域設計推桿柱臺。

圖7 推桿布局設計

3）密封條設計

因零件后續需要做T6熱處理，為防止產品鼓泡，氣體進入零件。為發揮真空工藝的效果，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）模具設計

為保證零件成型分布合理，進行定模和動模設計，如下圖9所示。

圖9 定模動模

5）模具加熱及冷卻設計

動模設計過程中，共計設計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

定模設計過程中，共計設計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

壓鑄（高真空）工藝方案設計中，模具設計較為復雜，需要考慮模具的澆口流道設計、推桿布局設計、冷卻及加熱設計等，尤其是對于密封條的設計，為了能夠確保零件機械性能，此項設計需密封到到位，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

采用結構件專用自動熱處理生產線進行T6熱處理，如下圖13所示。

圖13 熱處理設備

主要性能參數如下表2所示：

表2 熱處理設備性能參數

4.2 熱處理夾具

零件在進入熱處理設備的過程中，應進行熱處理夾具設計，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，具體參數詳見下表3。

表3 機床參數

2）機加工工序設計

此零件為一模雙件，機加工需進行兩序設計，均需輔以夾具進行固定。

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

詳細位置如下圖16所示：

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

詳細位置如下圖18所示：

5.2 檢測設備

圖19 檢測設備

6 總結

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計，在實際過程中，可能存在一定出入，由于此項設計需要在高壓真空環境中，無疑對設備的要求較高，尤其是密封性的設計，經過后續驗證，此工藝流程滿足減震器塔包的量產性要求。

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

[2] 王福杰等.淺談真空壓鑄及常見故障[J].綠色鑄造與持續發展2015.

[3] 萬里等.高真空壓鑄技術及高強韌壓鑄鋁合金開發和應用的現狀及前景[J].特種鑄造及有色合金2007.

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、電子部件和產品造型的設計開發工作。唐淳（1982-），女，遼寧沈陽人，安徽江淮汽車技術中心車體設計專家，碩士，主要從事車體的設計和研發工作。闞洪貴（1983-），男，山東臨沂人，安徽江淮汽車技術中心車體設計專家，本科，主要從事車體的設計和研發工作。

U466

B

1671-7988(2020)24-163-05

復雜薄壁壓鑄鋁合金零部件成形與應用關鍵共性技術（2016YFB0101603）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.053

CLC NO.: U466