1、金屬型低壓鑄造工藝技術(shù)

低壓鑄造工藝是由英國人 EF.LAKE 于 1910 年提出并申請(qǐng)專利的一種鑄造成形工藝， 該工藝的主要工作原理是：坩堝中的金屬液在壓力的作用下沿升液管自下而上克服重力及其它阻力充填鑄型，并在壓力下獲得鑄件 。該工藝是目前汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的鋁合金鑄造成型工藝技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于汽車輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等鑄件，獲得了很好的應(yīng)用效果。金屬型低壓鑄造工藝是其中較為重要的一種，它可利用金屬型較強(qiáng)的激冷作用，提高鑄件的凝固速度，從而獲得性能較高的鑄件，是汽車底盤安保鋁合金鑄件較為適宜的鑄造工藝技術(shù)。文章源自好焊孫輝博客 http://m.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://m.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autoyazhu202411146.html

國內(nèi)沈陽鑄造研究所利用該工藝技術(shù)為某電動(dòng)汽車制造企業(yè)開發(fā)出底盤橫梁鑄件（如圖1所示），經(jīng)檢驗(yàn)，鑄件本體力學(xué)性能可滿足設(shè)計(jì)單位提出的技術(shù)指標(biāo)要求（表1為橫梁鑄件本體解剖性能），并經(jīng)用戶單位臺(tái)架檢測，鑄件可以滿足裝車要求。文章源自好焊孫輝博客 http://m.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://m.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autoyazhu202411146.html

金屬型低壓鑄造工藝技術(shù)是一種較為成熟的鋁合金鑄造成形技術(shù)，將它作為國內(nèi)汽車底盤安保鋁合金鑄件的典型工藝，可節(jié)省大量新工藝技術(shù)的開發(fā)時(shí)間，并可在短時(shí)間內(nèi)形成批量生產(chǎn)能力。但是，采用低壓鑄造工藝技術(shù)開發(fā)的鋁合金鑄件存在伸長率偏低問題，無法滿足一部分要求較高的底盤鋁合金鑄件的要求，因此，提高鑄件伸長率是使低壓鑄造工藝普遍應(yīng)用于汽車底盤安保鋁合金鑄件開發(fā)及生產(chǎn)中的首要任務(wù)。文章源自好焊孫輝博客 http://m.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://m.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autoyazhu202411146.html

2、差壓鑄造工藝技術(shù)文章源自好焊孫輝博客 http://m.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://m.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autoyazhu202411146.html

20世紀(jì)60年代，差壓鑄造工藝技術(shù)誕生。該工藝技術(shù)隸屬于低壓鑄造，根據(jù)壓差形成方式的不同，可分為增壓法和減壓法。這兩種方法的不同之處在于，一個(gè)是增壓，一個(gè)是減壓，但原理類似，都是通過向密封罩注入壓縮氣體，然后保持壓力不變后再繼續(xù)加入壓縮氣體。形成的壓力差就是差壓鑄造的主要工藝原理，其優(yōu)勢在于逐漸由于受到了較大的壓力，因此凝固后的鑄件的耐用性將得到大幅度提高，質(zhì)量也有很大的保證。文章源自好焊孫輝博客 http://m.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://m.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autoyazhu202411146.html

德國凱世曼鑄造集團(tuán)（The KSM Castings Group）是世界范圍內(nèi)利用差壓鑄造工藝生產(chǎn)汽車底盤鋁合金鑄件的領(lǐng)先單位，開發(fā)出多種底盤安保鋁合金鑄件， 并已建成了具有批量生產(chǎn)能力的差壓鑄造生產(chǎn)單元，如圖 3 所示。所開發(fā)的汽車底盤安保鋁合金鑄件（如圖 4 所示） 已被應(yīng)用于大眾、 寶馬、 奔馳等多種車型，獲得了很好的減重和使用效果。文章源自好焊孫輝博客 http://m.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://m.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autoyazhu202411146.html

3、VRC/PRC鑄造工藝技術(shù)

VRC/PRC 鑄造工藝技術(shù)又稱為真空無冒口鑄造/壓力無冒口鑄造，該工藝技術(shù)是美國 Aloca 公司于1985 年在反重力鑄造工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出的一種新型工藝技術(shù) 。

該工藝技術(shù)主要工作原理是：采用一個(gè)變頻真空系統(tǒng)與模具相連接，將模具型腔中的氣體全部抽出，保證金屬液在充型的過程中平穩(wěn)流動(dòng)并且不產(chǎn)生氧化夾雜。當(dāng)鑄型充滿之后，在金屬熔體的表面施加壓力用來凝固補(bǔ)縮，從而保證獲得組織致密的鋁合金鑄件。另外，在金屬模具中設(shè)置多個(gè)水冷回路， 使鑄件形成快速、 漸進(jìn)、 “自頂向下”的定向凝固順序，獲得批量接近零縮孔的鑄件， 并縮短循環(huán)周期， 圖 5 為 VRC/PRC 鑄造工藝技術(shù)工作原理示意圖。

Aloca 公司已利用該工藝技術(shù)，建立了具備批量生產(chǎn)能力的自動(dòng)鑄造單元，生產(chǎn)了近 4000 萬個(gè)汽車底盤安保鋁合金鑄件，如控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、輪廓支架等，如圖 6 所示，已被應(yīng)用于福特、通用等多種車型，獲得了很好的減重和使用效果。

VRC/PRC 鑄造工藝技術(shù)是一種先進(jìn)的鋁合金鑄造成形技術(shù)，利用該工藝所開發(fā)的鋁合金鑄件具有本體力學(xué)性能高、內(nèi)部質(zhì)量好、尺寸精密、適合自動(dòng)化批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。國內(nèi)可在現(xiàn)有反重力鑄造工藝的基礎(chǔ)上借鑒該技術(shù)，開發(fā)出適合國內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際的具有我國特色的 VRC/PRC 鑄造工藝技術(shù)，滿足國內(nèi)汽車底盤安保鋁合金開發(fā)及生產(chǎn)的需要。

4、擠壓鑄造工藝技術(shù)

擠壓鑄造工藝技術(shù)是生產(chǎn)高性能要求鋁合金的典型工藝技術(shù)。一是直接擠壓鑄造技術(shù)。該技術(shù)主要工作原理離不開沖頭施力，金屬液體在壓力下凝固。直接擠壓鑄造技術(shù)適合結(jié)構(gòu)簡單的鑄件。二是間接擠壓鑄造。該技術(shù)的主要原理是通過將模具和模，金屬液在壓力的作用下充型和凝固。間接擠壓鑄造技術(shù)主要用作制造復(fù)雜的鑄件。擠壓鑄造工藝技術(shù)制造出的鑄件，不僅性能良好，質(zhì)量過硬，其應(yīng)用范圍較為廣泛，一些國外的汽車鑄件已經(jīng)開始應(yīng)用此技術(shù)，收到了不錯(cuò)的效果。

圖 7 為美國 Formcast 公司開發(fā)的 2000t 級(jí)臥式擠壓鑄造設(shè)備，其主要工作原理是：利用擠壓活塞將壓室內(nèi)的金屬液推動(dòng)到模具型腔之內(nèi)，并持續(xù)保持壓力，直至金屬液凝固完畢。利用該工藝設(shè)備，F(xiàn)ormcast公司已開發(fā)出多種類型的汽車底盤安保鋁合金鑄件（如圖 8 所示），并已為多家大型汽車制造商供貨。

在中國，利用液態(tài)金屬擠壓鑄造工藝技術(shù)開發(fā)汽車底盤安保鑄件也收到了一定的效果。如：

東風(fēng)汽車鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)

采用A356鋁合金擠壓鑄造工藝生產(chǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)，根據(jù)乘用車底盤零部件的8種典型工況對(duì)初步結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，根據(jù)CAE分析結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多輪優(yōu)化最終得到鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化數(shù)模和鑄件如圖1(a)、1(b)所示，重量為2.19Kg，減重比例達(dá)56.6%。

轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化數(shù)模8種典型工況CAE分析結(jié)果如表2所示，應(yīng)力分布均滿足要求，小于技術(shù)條件要求的A356材料屈服強(qiáng)度230Mpa。

圖9 左轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)模型

表2 鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化模型分析結(jié)果

轉(zhuǎn)向節(jié)采用宇部HVSC-800PL臥式擠壓鑄造機(jī)生產(chǎn)，在模具設(shè)計(jì)上采用間接擠壓工藝布置。對(duì)鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)擠壓鑄造工藝進(jìn)行前期模擬分析，結(jié)果表明，凝固過程中最后的液相區(qū)在零件前輪中心中部偏下，鑄件熱節(jié)也在此處集中，存在縮孔或縮松的危險(xiǎn)，為保證充型平穩(wěn)及凝固能夠很好的補(bǔ)縮，中間與輪轂連接的圓孔部位進(jìn)行填實(shí)處理，結(jié)合水冷加局部擠壓進(jìn)行改善。由于前期工作做的仔細(xì)認(rèn)真，后期實(shí)驗(yàn)中除在模具上加開排氣槽和修改擠壓銷間隙外，整個(gè)過程基本沒出現(xiàn)大的麻煩。

擠壓鑄造轉(zhuǎn)向經(jīng)T6熱處理,固溶溫度為530℃保溫480min，40℃水冷，失效溫度為180℃保溫360min。從鑄件本體取樣測試力學(xué)性能，取樣位置見圖10所示。材料拉伸性能檢測結(jié)果如表3所示，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖10 拉伸試驗(yàn)取樣位置

表3 鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)材料力學(xué)性能檢測結(jié)果

對(duì)擠壓鑄造鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)樣件加工并與對(duì)偶件裝配后進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，測試儀器為SCHENCK生產(chǎn)的160KN/100mm液壓伺服試驗(yàn)設(shè)備。試驗(yàn)加載力的大小、方向、加載頻率等試驗(yàn)參數(shù)均與原鑄鐵轉(zhuǎn)向節(jié)相同。對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行典型工況的靜強(qiáng)度及疲勞耐久試驗(yàn)，樣件均未出現(xiàn)裂紋、變形等不符合狀況，通過了臺(tái)架試驗(yàn)。

廣汽汽車鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)

零件的技術(shù)要求：抗拉強(qiáng)度σb≧310MPa，A≧8%，σ0.2≧250MPa。首先對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料選用鑄造鋁合金 A356;設(shè)計(jì)重量3197g (約3.2Kg較鑄鐵版本減重超過50%)，結(jié)構(gòu)如圖3所示。設(shè)計(jì)指標(biāo)：擠壓鑄造鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)抗拉強(qiáng)度大于340MPa,屈服強(qiáng)度大于250MPa，伸長率≥10% 模具壽命≥8萬，廢品率<2.3%，擠壓鑄造周期120S。

圖11 MEH前轉(zhuǎn)向節(jié)擠壓鑄造件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)對(duì)鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)不同工況受力CAE分析，如圖12和13所示。得到強(qiáng)度分析結(jié)果如表4

圖12轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果-應(yīng)力云圖

圖13 轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果-位移云圖

表4 轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果

經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)擠壓鑄造過程的數(shù)值模擬，充型過程平穩(wěn)，沒有卷氣和成型不良現(xiàn)象，凝固過程也沒有液相孤島存在，如圖14所示。由于有前期東風(fēng)汽車擠壓鑄造鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)的研究工作基礎(chǔ)，在廣汽汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的擠壓鑄造工藝實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)展非常順利。基本實(shí)現(xiàn)一次試模成功。

(a)充型過程模擬結(jié)果

(b)凝固過程模擬結(jié)果

圖14 轉(zhuǎn)向節(jié)擠壓鑄造件數(shù)值模擬結(jié)果

圖15 廣汽汽車轉(zhuǎn)向節(jié) 圖16 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

經(jīng)對(duì)廣州汽車擠壓鑄造鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)力學(xué)性能測試，結(jié)果如表5;應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖16。

表5 擠壓鑄造A356.2鋁合金拉伸試棒的力學(xué)性能

5、半固態(tài)鑄造工藝技術(shù)

半固態(tài)鑄造工藝技術(shù)是 20 世紀(jì) 70 年代初由美國麻省理工學(xué)院的研究人員提出的一種嶄新的金屬成形工藝，其主要原理是：在金屬凝固過程中， 對(duì)其施以攪拌或攪動(dòng)作用，改變初生相的形和長大過程，得到液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定球狀初生相的固液混合漿料，該混合漿料具有較好的流動(dòng)性，可滿足形狀復(fù)雜鑄件的成型要求 。

半固態(tài)成型技術(shù)分為兩種類型，一種為“流變成形”，即將半固態(tài)漿料直接進(jìn)行成形；另一種為“觸變成形”，即將半固態(tài)漿料完全凝固成固態(tài)坯料， 再按需要將此金屬坯料分切成一定大小，使其重新加熱至金屬的固液兩相區(qū)， 利用半固態(tài)金屬坯料進(jìn)行成形。由于“觸變成形”工藝成本較高，且工藝控制復(fù)雜，目前使用的較少， “流變成形”工藝是應(yīng)用較為廣泛的半固態(tài)成形工藝。

國外根據(jù)半固態(tài)制漿原理開發(fā)出了多種制漿工藝，并結(jié)合壓鑄工藝和擠壓鑄造工藝，形成了多種半固態(tài)流變成形工藝技術(shù)，如美國麻省理工學(xué)院開發(fā)的“攪拌式流變成形技術(shù)”（簡稱 SSR）、日本 UBE 公司開發(fā)的“傾斜板澆注式流變成形技術(shù)”（簡稱 NRC）、加拿大 Alcan 公司開發(fā)的偏旋熱焓平衡式流變成形工藝（簡稱 SEED）等，利用這些工藝開發(fā)出多種汽車底盤安保鋁合金鑄件。其中，美國麻省理工學(xué)院開發(fā)的SSR 工藝是目前較為成熟的半固態(tài)流變成形工藝，下圖是該工藝流程圖，首先將低過熱度的合金液澆注到制備坩堝中，利用石墨攪拌桿對(duì)坩堝中的合金液進(jìn)行短時(shí)弱機(jī)械攪拌，使合金熔體冷卻到液相線以下；然后移走攪拌器，待坩堝中的半固態(tài)合金液靜態(tài)冷卻到預(yù)定的溫度或固相分?jǐn)?shù)后，將其傾入壓鑄機(jī)壓室，進(jìn)行流變壓鑄成形 。目前，該工藝已在 Idra 公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

SSR 流變成形工藝技術(shù)示意圖

Idra 公司 SSR 自動(dòng)鑄造單元

SSR 工藝生產(chǎn)的底盤安保鑄件

沖壓成型下控制臂

下控制臂拓?fù)鋬?yōu)化

半固態(tài)鑄造工藝技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)：①可成形非常復(fù)雜的零件， 在充填模具型腔時(shí)不易發(fā)生噴濺，零件更致密， 可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化， 力學(xué)性能優(yōu)異；②凝固收縮小， 易于實(shí)現(xiàn)近凈成形， 可大大減少零件的機(jī)加工量， 降低機(jī)加工成本等。因此， 該工藝是開發(fā)及生產(chǎn)汽車底盤安保鋁合金鑄件較為理想的工藝技術(shù)之一。

6、高真空壓鑄技術(shù)

高真空壓鑄法是將型腔中的氣體抽出，使填充型腔保持真空狀態(tài) ，在真空狀態(tài)下進(jìn)行金屬液填充工作，由于要保證填充過程中可卷入氣體少，對(duì)鑄件力學(xué)性能要求也比較高，這在一定程度上增加了鑄件工作成型的難度。與普通壓鑄方法一樣 ，高真空壓鑄法的操作比較簡便，生產(chǎn)效率比較高，所以，高真空壓鑄法自從出現(xiàn)以來得到了非常廣泛的應(yīng)用 ，也表現(xiàn)出非常強(qiáng)大的生命力。

高真空壓鑄工序示意圖

高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金可以滿足高真空壓鑄技術(shù)的要求，利用高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金可以獲得質(zhì)量非常好的壓鑄件，也可以有效減少因使用有機(jī)脫模劑時(shí) ，高溫熔化揮發(fā)的氣體卷入鑄件內(nèi)，從而提高鑄件的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工業(yè)鑄造的重要目的。將高真空壓鑄技術(shù)及高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金技術(shù)應(yīng)用于汽車零部件生產(chǎn)上，主要用于汽車零部件的重要保安件生產(chǎn)制造中，如底盤懸掛梁 、三角臂以及轉(zhuǎn)向臂，這些重要零部件的生產(chǎn) 比較復(fù)雜，制造工藝和程序都比較繁瑣，質(zhì)量難以得到保障。而利用高真空壓鑄技術(shù)及高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金就可以有效提高鑄件質(zhì)量，最大程度簡化鑄件鑄造程序和工藝，為汽車零件鑄造提供充分的保障。同時(shí)，將高真空壓鑄技術(shù)及高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金應(yīng)用于復(fù)雜汽車零部件生產(chǎn)中，可以有效提高汽車制造質(zhì)量 ，不斷提升汽車行業(yè)的競爭優(yōu)勢和競爭力，促進(jìn)汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。將高真空壓鑄技術(shù)及高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金應(yīng)用于我國汽車制造業(yè)中，可以提高我國汽車行業(yè)的競爭力，充分展現(xiàn)我國汽車制造業(yè)的強(qiáng)勢，為我國企業(yè)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù) 、穩(wěn)定發(fā)展目標(biāo)提供充分的保障。