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    鋁合金汽車控制臂的低壓鑄造工藝研究

    發布時間:2019-12-09 發布人:http://www.peppermint-club.com 瀏覽量:870

    摘要:控制臂是汽車轉向系統中的安全件,在現有鋁合金控制臂的造型基礎上進行低壓鑄造工藝的研究,目的在于獲得理想的鑄件力學性能等的同時,降低原有鍛造控制臂的制造成本。通過工藝分析設計了澆注系統和模具結構,重點進行了控制臂低壓鑄造模擬研究,摸索出了低壓鑄造工藝參數。實踐證明,按此工藝方案低壓鑄造的鋁合金控制臂完全滿足客戶對質量的要求,有助于為鋁合金件汽車控制臂的低壓鑄造的批量生產提供工藝探索和鋪墊。

    前言:隨著汽車工業的輕量化發展趨勢的要求日益提高,以“鋁”代“鐵”的結構件在汽車零部件上的應用越來越廣泛。其中,控制臂是汽車轉向系統中的關鍵部件,其要求性能穩定、強度高。在鋁合金控制臂成形工藝選擇上,為提高生產效率,傳統方法采用鍛造成形工藝,但鍛造設備投資過大、成本較高,這對于該零件輕量化推廣范圍帶來局限。為進一步減輕整車重量且降低鋁合金零件生產成本,同時注重鋁合金零件性能保障,對控制臂進行低壓鑄造成形工藝研究。

    本文研究對象是國內某汽車廠使用的鍛造鋁合金控制臂零件,通過系統地分析和研究,設計出了鋁合金控制臂低壓鑄造成形工藝,并按照此工藝方案執行,生產出了符合質量要求的鋁合金控制臂。

    工藝分析

    汽車控制臂是二維空間尺寸大的零件,其開模方向只能遵從橫向上下開模的設計,這在低壓工藝中鋁液充型上不利于形成順序凝固梯度。再加上零件壁厚最厚處45mm,最薄處近5mm,零件在脫模取件過程中極易變形。為此,合理地劃分鑄件上下開模后,分型線的設計需要考慮拔模角度以及模具排氣和飛邊的合理控制,避免出現連續生產合模不嚴、跑鋁等現象??刂票鄣蛪鸿T造零件開模示意圖。如圖1所示。

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    工藝參數設計

    2.1 澆冒口的設計

    本文鋁合金低壓鑄造控制臂的冒口設計是以保證低壓充型后能順序凝固并使鑄件獲得充分補縮為前提,本文研究的控制臂壁厚不均勻分布且在鑄件中心處壁厚極薄難于補縮。為縮短補縮流程,故在控制臂底部中心最薄位置設置澆冒合一的冒口,更利于順序凝固下補縮的溫度場的建立,如圖2所示。

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    2.2 模具結構的設計

    依據控制臂的造型特點,水平尺寸延展大,垂直方向高度落差小,在確定了中心澆冒口方案后,利用低壓鑄造底部充型平穩的優勢,將模具設計為上下開合模方向,見圖3??紤]到控制臂是非對稱件,且鑄件各部位壁厚情況,在壁厚(鑄件壁厚≥20mm)處設計了10個頂桿,便于開模取件時在頂模的10個頂桿順利頂出鑄件。此外,在鑄件壁?。ㄨT件壁厚≤8mm)處設計了頂模9個排氣塞,便于低壓充型時模具型腔內的氣體順利排出,同時也可以避免壁薄處鑄件澆不足的質量風險。

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    2.3 鑄造過程冷卻工藝的設計

    在正式模具制作之前,利用鑄造模擬軟件對鑄件的充型過程、凝固過程進行了數值模擬,以便優化和確定模具及工藝方案。結合實際生產設計的鑄造工藝參數如下:澆注溫度為720℃,模具材料為H13鋼,模具初始溫度為400℃。圖4為模具冷卻設計示意圖,具體冷卻參數見表1。鑄造壓力曲線見圖5。

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    數值模擬及結果分析

    圖6為低壓鑄造充型后的溫度場??梢钥闯?,控制壁鑄件的凝固溫度場建立了由外及內溫度梯度,建立了順序凝固梯度的方向。圖7為低壓鑄造凝固過程的固相率,鑄件凝固過程由外至內順序凝固。圖8為低壓鑄造凝固過程的孔隙率,在判據porosity>10%下縮松缺陷基本消除,說明此方案可行。

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    生產結果

    4.1 控制臂試制

    按照上述方案設計模具,見圖9。根據鑄造模擬結果的參考工藝對鋁合金控制臂進行了首次試制,實際工況下工藝與模擬工藝基本吻合。圖10為低壓鑄造鋁合金控制臂鑄件。

    4.2 質量檢測

    鑄件內部質量經過X 光檢查符合客戶的要求,尤其是鑄件局部壁厚較薄的位置X光質量達到了一級水平。

    本文控制臂鋁合金鑄件采用了T6熱處理工藝:固溶溫度540℃+500min,淬火水溫50℃,時效溫度170℃+400min。后經過T6熱處理后,控制臂材料力學性能數據符合客戶要求,具備批量生產的工藝條件,測試結果見表2。

    結論

    對鋁合金汽車控制臂的低壓鑄造工藝進行了研究,通過鑄造模擬分析確認了低壓鑄造澆注系統、模具冷卻等工藝參數,實踐證明過程工況下工藝與模擬結果基本吻合,控制臂鑄件的內在質量也符合客戶的要求,具備了批量生產鋁合金汽車控制臂的低壓鑄造工藝的條件。

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