由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)、山東省工業(yè)和信息化研究院、山東省鑄造協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦，山東新丞華展覽有限公司承辦的“2023第五屆山東國(guó)際鑄造工業(yè)展覽會(huì)”(簡(jiǎn)稱：山東鑄造展)將于2023年8月18日-20日在青島世界博覽城（青島市西海岸新區(qū)三沙路）舉辦。本屆“山東鑄造展”將繼續(xù)以“鑄造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、高質(zhì)量發(fā)展”為主題，結(jié)合當(dāng)下 鑄造產(chǎn)業(yè)形式，展會(huì)與“山東鑄造轉(zhuǎn)型升級(jí)齊魯行”活動(dòng)相呼應(yīng)，舉全行業(yè)之力以區(qū)域 帶動(dòng)為基礎(chǔ)，技術(shù)、工藝裝備、材料引進(jìn)為方法，發(fā)揮山東裝備制造業(yè)強(qiáng)省優(yōu)勢(shì)，搭建 共創(chuàng)、共享、共贏新氛圍為平臺(tái)，力促鑄造企業(yè)創(chuàng)新與高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)。展會(huì)期間將舉辦系列論壇活動(dòng)，通過(guò)主題演講、生態(tài)展示、高端對(duì)話等多種方式， 結(jié)合我省鑄造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，引導(dǎo)企業(yè)少走彎路，實(shí)現(xiàn)鑄造行業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。，今天山東鑄造展組委會(huì)小編就帶大家來(lái)了解一下關(guān)于“山東鑄造展-廣州金邦：擠壓鑄造技術(shù)在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用”方面的信息，希望能幫到您。
導(dǎo)讀

給出了幾種典型擠壓鑄造件在汽車(chē)制造業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)對(duì)典型零件的研究，證明擠壓鑄造是提高鑄件性能的最有效的工藝方法，可替代部分鍛造生產(chǎn)那些性能要求高而用其他鑄造方法性能無(wú)法達(dá)到的制件，在汽車(chē)制造業(yè)用鋁合金替代部分鑄鐵、鑄鋼生產(chǎn)高質(zhì)量鑄件是可行的。

關(guān)鍵詞:擠壓鑄造；汽車(chē)；零件；應(yīng)用；

擠壓鑄造工藝使液態(tài)金屬在高壓下形成、凝固或伴有微量塑性變形，可消除鑄件內(nèi)部孔隙收縮、松動(dòng)等缺陷，使鑄件組織緊密，可通過(guò)熱處理大大提高鑄件的力學(xué)性能，接近或相當(dāng)于模鍛水平，具有良好的應(yīng)用前景。

隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展和汽車(chē)輕量化的需要，擠壓鑄造技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)廣泛，如控制臂、連桿、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、輪邊支架等底盤(pán)部件采用鋁合金材料制造，取代部分鍛造生產(chǎn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)，取代低壓差壓鑄造、金屬重力鑄造生產(chǎn)高可靠性要求的結(jié)構(gòu)部件已成為未來(lái)汽車(chē)的首選趨勢(shì)。



1 應(yīng)用于汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)

轉(zhuǎn)向節(jié)屬于底盤(pán)安全部件，具有連接、承載、轉(zhuǎn)向功能，服務(wù)條件復(fù)雜。鋁合金擠壓鑄造轉(zhuǎn)向節(jié)原型SUV車(chē)型，原生產(chǎn)工藝為球墨鑄鐵砂鑄造，質(zhì)量4.5 kg。采用A356鋁合金擠壓鑄造工藝生產(chǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)，根據(jù)乘用車(chē)底盤(pán)用車(chē)底盤(pán)部件的8種典型工況進(jìn)行強(qiáng)度分析CAE分析結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最終得到鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)數(shù)模優(yōu)化和鑄件見(jiàn)圖1，質(zhì)量為2.19 kg，與鑄鐵相比，減重率達(dá)到56%.6%轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化8種典型工況CAE分析結(jié)果見(jiàn)表1 ，應(yīng)力分布滿足要求，小于技術(shù)條件A356材料屈服強(qiáng)度230 MPa。




圖1 左轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)模型




采用宇部HVSC-800PL臥式擠壓鑄造機(jī)試制采用間接擠壓工藝布置在模具設(shè)計(jì)中。對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)的擠壓鑄造工藝進(jìn)行了初步的模擬分析。結(jié)果表明，凝固過(guò)程中的最終液相區(qū)域低于零件前輪中心，見(jiàn)圖1b，鑄件熱節(jié)也集中在這里，有收縮或松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。為了保證充電的穩(wěn)定性和凝固性，結(jié)合水冷和局部擠壓，改善了中間與輪轂連接的圓孔。由于初步設(shè)計(jì)分析的詳細(xì)，在后期模具試驗(yàn)過(guò)程中，除了在模具上打開(kāi)排氣罐和修改擠壓銷(xiāo)間隙外，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程基本沒(méi)有大問(wèn)題。

擠壓鑄造轉(zhuǎn)向節(jié)經(jīng)T6.固溶溫度為530 ℃，保溫480 min，40 ℃水冷時(shí)效溫度為180 ℃，保溫360 min，取樣位置見(jiàn)圖1c，材料拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，滿足設(shè)計(jì)要求。




加工擠壓鑄造鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)樣件，裝配偶件后進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)SCHENCK生產(chǎn)的160 KN/100mm液壓伺服試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)加載力大小、方向、加載頻率等試驗(yàn)參數(shù)與原鑄鐵轉(zhuǎn)向節(jié)相同。典型工況下的靜強(qiáng)度和疲勞耐久性試驗(yàn)通過(guò)了臺(tái)架試驗(yàn)。



2 應(yīng)用于汽車(chē)氣囊支撐臂

安全氣囊支撐臂是汽車(chē)輪驅(qū)動(dòng)橋的核心支撐部件。如圖2所示，它連接到汽車(chē)箱、減震器安全氣囊模塊和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，承載汽車(chē)后載荷，支撐驅(qū)動(dòng)橋，緩沖減震安全氣囊，在汽車(chē)行駛狀態(tài)下承受多變的沖擊減震載荷。其主要故障方法是疲勞損傷。

汽車(chē)安全氣囊支撐臂最初主要由球墨鑄鐵制成。為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化，國(guó)外開(kāi)始開(kāi)發(fā)高性能鋁合金安全氣囊支撐臂，從鑄鐵件、鑄鋼件升級(jí)到鋁合金鍛件，以實(shí)現(xiàn)安全氣囊支撐臂產(chǎn)品的輕量化。鋁合金安全氣囊支撐臂用于新能源汽車(chē)中巴，機(jī)械性能要求：本體取樣抗拉強(qiáng)度〉300 MPa，屈服強(qiáng)度〉210 MPa，斷后伸長(zhǎng)率>8%。

該產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)初期的產(chǎn)品架試驗(yàn)中斷裂，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，如圖3所示。產(chǎn)品邊界向箭頭左移動(dòng)5 mm；?將過(guò)渡弧取消為直線，螺栓安裝孔面抬高5 mm。改進(jìn)后的零件整體剛度得到加強(qiáng)，應(yīng)力條件更加合理。從產(chǎn)品本體取樣械性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。經(jīng)過(guò)多輪架試驗(yàn)，產(chǎn)品性能完全滿足設(shè)計(jì)要求。




圖2 氣囊支撐臂




圖3 零件修改部位




圖4 臺(tái)架試驗(yàn)




圖5 鋁合金控制臂






3 應(yīng)用于汽車(chē)控制臂

圖5為鋁合金控制臂零件，最大尺寸為320 mm×154 mm，平均壁厚為12 mm，結(jié)構(gòu)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化，提取骨架，最終結(jié)合裝配要求設(shè)計(jì)成弧形彎曲形狀的桿結(jié)構(gòu)。它在三個(gè)位置上有裝配力關(guān)系。優(yōu)化結(jié)構(gòu)的力分析見(jiàn)表4。應(yīng)力和變形符合設(shè)計(jì)要求。鋁合金鑄件的整體質(zhì)量為2.5 kg，從該鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上看，鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壁厚適中，適合于采用擠壓鑄造成形。圖6為擠壓鑄造鑄件樹(shù)示意圖，圖7為局部擠壓結(jié)構(gòu)圖，圖8為動(dòng)模水路結(jié)構(gòu)，圖9是擠壓鑄造控制臂X光探傷圖，從X從光照可以看出，擠壓鑄造控制臂在大孔處局部有微觀收縮，其他部位無(wú)收縮和收縮缺陷。







6 擠壓鑄件




圖7 局部擠壓結(jié)構(gòu)




圖8模具水路結(jié)構(gòu)




控制臂鑄件X光探傷




圖10 擠壓鑄造控制臂顯微組織

圖10擠壓比為100 MPa控制臂鑄件的顯微組織圖顯示，擠壓鑄件控制臂的金相組織為：α 共晶體，在擠壓鑄造條件下，由于擠壓力的存在，提高了鑄件的凝固速度，使新生α相晶粒有一定的細(xì)化。從控制臂鑄件本體取樣進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試，鑄件各位機(jī)械性能相當(dāng)，抗拉強(qiáng)度大于300 MPa，屈服強(qiáng)度大于230 MPa，伸長(zhǎng)率大于8%。滿足設(shè)計(jì)要求。100萬(wàn)臺(tái)架試驗(yàn)產(chǎn)品的性能指標(biāo)完全滿足技術(shù)要求，剛度指標(biāo)高于原鑄鋼件。




圖11擠壓鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)后懸架



4 在商用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)左右懸置支架中的應(yīng)用

商用車(chē)110型發(fā)動(dòng)機(jī)支架見(jiàn)圖11，生命周期長(zhǎng)，性能要求高，臺(tái)架實(shí)驗(yàn)部件能承受250 kN不損壞零件的平均壁厚為25 mm，最大壁厚為55 mm，用UBE HVSC 8000kN生產(chǎn)間接擠壓鑄造機(jī)。采用支架材料A356.2鋁合金，根據(jù)設(shè)計(jì)要求從產(chǎn)品最厚部位取樣的力學(xué)性能見(jiàn)表5和圖12，圖13為支架厚截面切割圖（切割位置見(jiàn)圖13）。從拋光腐蝕圖可以看出，鑄件沒(méi)有任何松動(dòng)針孔、夾渣等鑄造缺陷。圖16 是產(chǎn)品擠壓鑄件與金屬重力鑄件斷口的比較圖，擠壓鑄件斷口（a）晶粒比金屬型重力鑄造斷口（b）晶粒更小。







圖12機(jī)械性能曲線




圖13 支架厚截面




圖14 兩種工藝生產(chǎn)的支架斷口比較

在破壞性實(shí)驗(yàn)中，365.7KN在力的作用下發(fā)生斷裂損傷，指標(biāo)大于250KN接近1的規(guī)定值.5倍。



5 結(jié)語(yǔ)

給出幾個(gè)典型的擠壓鑄件在汽車(chē)制造業(yè)中的應(yīng)用例子，可以替代那些性能要求高、其他鑄造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的零件。鋁合金取代部分鑄鐵和鑄鋼已成為汽車(chē)制造業(yè)的共識(shí)。隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展和汽車(chē)輕量化的需要，先進(jìn)的擠壓鑄造技術(shù)將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)部件，擠壓鑄造的應(yīng)用市場(chǎng)空間將越來(lái)越廣闊。

文獻(xiàn)引用：黃毅、羅繼相、郭稱發(fā)等. 擠壓鑄造技術(shù)在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用[J].2021、41(8)特種鑄造及有色合金.


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