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10.16638/jki.1671-7988.2020.24.053
铝合金高真空压铸减震器塔成型工艺方案
设计研究*
唐程光，唐淳，阚洪贵
（安徽江淮汽车股份集团有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）
摘 要：文章主要针对某电动汽车用车身结构件减震塔的轻量化要求，设计了适合于铝合金减震塔的高真空
压铸成型工艺方案，应用这一套工艺流程，开发出了满足主机厂性能要求的减震塔。 关键词：结构件；减震塔；成型工艺
中图分类号：U466  文献标识码：B  文章编号：1671-7988(2020)24-163-05
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 )
Abstract: 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. Keywords: Structural parts; Shock tower; Forming process
CLC NO.: U466  Document Code: B  Article ID: 1671-7988(2020)24-163-05
引言
铝合金高真空压铸件相对钢制结构具备：轻量化、模块化、高刚性、高强韧、高精度、结构自由等优势，是铝合金铸件在车身上应用的典型代表，国外车企已成熟掌握其应用技术，国内车企暂未掌握。以Audi A6为例，其前减震器塔采用铝合金高真空压铸技术，实现将10个冲压件替换为1个铝合金高真空压铸件，减重10.9kg/车，由于采用高真空
压铸工艺，铸件精度相对冲压件高，大大提升底盘安装点
的精度。
高真空压铸成形工艺及高强韧压铸合金缺失，国内仅少数几家压铸企业及科研院所启动此工艺的研究；现有的高真空压铸件的成形仿真模拟、组织调控等经验不足，导致高真空压铸件的压铸缺陷较多；高真空压铸成形模具制造能力不足，特别是模具在热态时的密封技术；高真空压铸时，模具内高真空快速获得及高真空持续控制能力不足。目前针对这些问题制定了铝合金减震塔高真空压铸的工艺流程。
1 概述
1.1 产品基本信息
作者简介：唐程光（1977-），男，湖南邵阳人，安徽江淮汽车集团股份有限公司总经理助理，科技部重大专项评审专家，博士，长期从事汽车整车、车身、电子部件和产品造型的设计开发工作。唐淳（19
82-），女，辽宁沈阳人，安徽江淮汽车技术中心车体设计专家，硕士，主要从事车体的设计和研发工作。阚洪贵（1983-），男，山东临沂人，安徽江淮汽车技术中心车体设计专家，本科，主要从事车体的设计和研发工作。基金项目：复杂薄壁压铸铝合金零部件成形与应用关键共性技术（2016YFB0101603）。
汽车实用技术
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图1  左右减震塔
1.2 产品使用材质
汽车结构件使用的铸造铝合金材料常见的有三种，分比为SF-36、C-37及Magsimal-59，如需获得相应的性能，SF-36是需要进行T5/T6处理，而C-37和Magsimal-59则无需进行后续热处理。以上三种合金均需配合使用高真空工艺进行压铸生产，其相关的力学性能如下图2所示。
图2  材料性能参数
根据产品的情况，C-37由于不适合制作壁厚大于3mm 的零件，首先排除。Magsimal-59虽然不需要后续处理但是其壁厚适应范围相对较小同时其铸造性能不佳（流动性和脱模性能都不好），在铸造中成品率相对较低。所以推荐使用综合性能较好的SF-36，SF-36材质性能比较适合减震器塔包的制作，不过需要搭配后续热处理工艺（T6）。 1.3 注意事项
以产品现有设计，将采用高压铸造工艺，由于采用SF-36材质，其后续需要进行T6热处理，以获得相应的机械性能（车身结构件一般要求延伸率达到5-6%的范围），所以该产品需要使用高真空辅助压铸工艺，产品铸造中型腔抽真空后的残留气压值目标控制值不超过80mbar （ 50mbar 以内产品性能最佳）。
另外结合产品的造型特点，相对产品的较大的外形尺寸来说，产品壁厚较薄且不均匀，充填流程会较长，需考虑使用模温机（油温控）辅助手段来平衡模具温度，根据以往经规模的模具预计需要6台模温机来控制。
2 工艺流程
铝合金高真空压铸减震器塔成型的主要工艺流程如下图3所示，其中压铸、后续T6热处理及机加工为重点关注过程，也是此项工艺技术的难点。
3 压铸（高真空）工艺方案
3.1 壁厚工艺方案设计
产品的基本壁厚比较均匀，顶部圆盘区域为零件的主要
受力区域，壁厚在6mm 范围，周边的两个受力区域以及加强筋条的受力区域壁厚较大，局部接近25mm 。
图3  工艺流程图
从整体上看，产品的加强肋条设计较厚（小端6.4mm 左右），导致加强肋条根部的壁厚较大，设计者的目的应该是想提高产品的力学机械能力，但是从铸造角度看，这样的设计及容易在筋条内部产生铸造收缩缺陷，反而会影响产品机械性能。
图4  壁厚分析
3.2 开模方向设计
为了便于零件的浇铸，结合零件结构，开模方向如下图4所示，Y 轴正方向为定模，Y 轴负方向为动模。
图5  开模方向 3.3 模具方案设计
1）浇口流道设计
采用一模双件设计，浇口流道如下图6所示，具体铸造条件（基准值）如表1所示：
图6  浇口流道设计
唐程光 等：铝合金高真空压铸减震器塔成型工艺方案设计研究
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表1  铸造条件（基准值）
2）推杆布局设计
为了便于零件出模，在下图7中黄柱台区域设计推杆柱台。
图7  推杆布局设计
3）密封条设计
因零件后续需要做T6热处理，为防止产品鼓泡，气体进入零件。为发挥真空工艺的效果，模具分型面做密封处理，下图8红线为密封胶条的位置。
图8  密封胶条
4）模具设计
为保证零件成型分布合理，进行定模和动模设计，如下图9所示。
图9  定模  动模
5）模具加热及冷却设计
动模设计过程中，共计设计4组加热回路，1组冷却回路。其中油加热回路：21/22串成1组、23/24/25串成1组、26/27串成1组、28/29/30串成1组，冷却水回路：40IN/OUT 和分流锥IN/OUT 直接接入压铸机集水排进行强冷控制。回路详细路线如下图10所示。
图10  动模加热及冷却
定模设计过程中，共计设计4组加热回路，1组冷却回路。其中油加热回路：1/2串成1组、3/4串成1组、6/7串
成1组、8/5串成1组，冷却水回路：10IN/OUT 和冷却环IN/OUT 直接接入压铸机集水排进行强冷控制。回路详细路线如下图11所示。
图11  定模加热及冷却
相比动模，定模还需设定6组强冷却控制回路，接入定模总进出水箱，分别为W12、W13、W14、W15、W16、W17 6组。回路详细路线如下图12所示。
图12  定模强冷却控制回路
6）小结
压铸（高真空）工艺方案设计中，模具设计较为复杂，
需要考虑模具的浇口流道设计、推杆布局设计、冷却及加热设计等，尤其是对于密封条的设计，为了能够确保零件机械
汽车实用技术
166 性能，此项设计需密封到到位，否则对于零件性能的有较大影响。
4 热处理工艺方案
4.1 热处理装备
采用结构件专用自动热处理生产线进行T6热处理，如下图13所示。
图13  热处理设备
主要性能参数如下表2所示：
表2  热处理设备性能参数
4.2 热处理夹具
零件在进入热处理设备的过程中，应进行热处理夹具设计，主要确保零件能够自然放置，均匀支承受力，保持平衡，避免零件损伤等影响。夹具在设计的过程中，确保夹具横向均匀分布。每片支承片上，纵向均匀取平缓面做支承，如下图14所示，热处理夹具示意图。
图14  热处理夹具示意图
5 数控机加工工艺方案
5.1 机加工工艺方案
1）选用机床型号
高压真空铸造部件目前常用机床型号为韩国的DOOSAN/ DNM500HS 和的MRNC320两种，具体参数详见下
表3。
表3  机床参数
2）机加工工序设计
此零件为一模双件，机加工需进行两序设计，均需辅以
夹具进行固定。
机加工第一序夹具装夹定位设计：①处进行定位销设计，确保零件精准定位，②为进行主夹紧设计，确保零件晃动，保持平衡，③处进行固定支承设计。如下图15所示。
图15  第一序夹具示意图
机加工第一序加工内容： 共计需加工16个孔，其中2个Φ15孔、1个Φ12孔、1个Φ76孔及12个Φ6孔。如
下表4所示。
表4  加工内容
详细位置如下图16所示：
图16  第一序加工位置
机加工第二序夹具装夹定位设计：①处进行定位销设计，
唐程光 等：铝合金高真空压铸减震器塔成型工艺方案设计研究
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确保零件精准定位，②为进行主夹紧设计，确保零件晃动，保持平衡，③处进行固定支承设计。如下图17所示。
图17  第二序夹具示意图
机加工第二序加工内容：共计需加工4个孔，其中2个Φ19孔、1个Φ8孔、1个铣避空位孔。如下表5所示。
表5  加工内容
详细位置如下图18所示：
图18  第二序加工位置
5.2 检测设备
图19  检测设备
6 总结
以上方案为铝合金高真空压铸减震器塔成型工艺主要方案设计，在实际过程中，可能存在一定出入，由于此项设计需要在高压真空环境中，无疑对设备的要求较高，尤其是密封性的设计，经过后续验证，此工艺流程满足减震器塔包的量产性要求。
参考文献
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安徽江淮汽车
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[3] 万里等.高真空压铸技术及高强韧压铸铝合金开发和应用的现状
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