山东铸造展-山东铸造展-广州金邦：挤压铸造技术在汽车结构件中的应用

      由中国机械工业联合会、山东省工业和信息化研究院、山东省铸造协会联合主办，山东新丞华展览有限公司承办的“2023第五届山东国际铸造工业展览会”(简称：山东铸造展)将于2023年8月18日-20日在青岛世界博览城（青岛市西海岸新区三沙路）举办。本届“山东铸造展”将继续以“铸造产业转型升级、高质量发展”为主题，结合当下 铸造产业形式，展会与“山东铸造转型升级齐鲁行”活动相呼应，举全行业之力以区域 带动为基础，技术、工艺装备、材料引进为方法，发挥山东装备制造业强省优势，搭建 共创、共享、共赢新氛围为平台，力促铸造企业创新与高质量发展为目标。展会期间将举办系列论坛活动，通过主题演讲、生态展示、高端对话等多种方式， 结合我省铸造行业的发展现状，引导企业少走弯路，实现铸造行业可持续高质量发展。，今天山东铸造展组委会小编就带大家来了解一下关于“山东铸造展-广州金邦：挤压铸造技术在汽车结构件中的应用”方面的信息，希望能帮到您。
导读

给出了几种典型挤压铸造件在汽车制造业中的应用实例。通过对典型零件的研究，证明挤压铸造是提高铸件性能的最有效的工艺方法，可替代部分锻造生产那些性能要求高而用其他铸造方法性能无法达到的制件，在汽车制造业用铝合金替代部分铸铁、铸钢生产高质量铸件是可行的。

关键词:挤压铸造；汽车；零件；应用；

挤压铸造工艺使液态金属在高压下形成、凝固或伴有微量塑性变形，可消除铸件内部孔隙收缩、松动等缺陷，使铸件组织紧密，可通过热处理大大提高铸件的力学性能，接近或相当于模锻水平，具有良好的应用前景。

随着新能源汽车的发展和汽车轻量化的需要，挤压铸造技术越来越广泛地应用于汽车结构广泛，如控制臂、连杆、发动机支架、轮边支架等底盘部件采用铝合金材料制造，取代部分锻造生产高性能复杂结构，取代低压差压铸造、金属重力铸造生产高可靠性要求的结构部件已成为未来汽车的首选趋势。



1 应用于汽车转向节

转向节属于底盘安全部件，具有连接、承载、转向功能，服务条件复杂。铝合金挤压铸造转向节原型SUV车型，原生产工艺为球墨铸铁砂铸造，质量4.5 kg。采用A356铝合金挤压铸造工艺生产转向节，根据乘用车底盘用车底盘部件的8种典型工况进行强度分析CAE分析结果优化结构，最终得到铝合金转向节数模优化和铸件见图1，质量为2.19 kg，与铸铁相比，减重率达到56%.6%转向节优化8种典型工况CAE分析结果见表1 ，应力分布满足要求，小于技术条件A356材料屈服强度230 MPa。




图1 左转向节设计模型




采用宇部HVSC-800PL卧式挤压铸造机试制采用间接挤压工艺布置在模具设计中。对转向节的挤压铸造工艺进行了初步的模拟分析。结果表明，凝固过程中的最终液相区域低于零件前轮中心，见图1b，铸件热节也集中在这里，有收缩或松动的风险。为了保证充电的稳定性和凝固性，结合水冷和局部挤压，改善了中间与轮毂连接的圆孔。由于初步设计分析的详细，在后期模具试验过程中，除了在模具上打开排气罐和修改挤压销间隙外，整个试验过程基本没有大问题。

挤压铸造转向节经T6.固溶温度为530 ℃，保温480 min，40 ℃水冷时效温度为180 ℃，保温360 min，取样位置见图1c，材料拉伸性能试验结果见表2，满足设计要求。




加工挤压铸造铝合金转向节样件，装配偶件后进行台架试验SCHENCK生产的160 KN/100mm液压伺服试验设备、试验加载力大小、方向、加载频率等试验参数与原铸铁转向节相同。典型工况下的静强度和疲劳耐久性试验通过了台架试验。



2 应用于汽车气囊支撑臂

安全气囊支撑臂是汽车轮驱动桥的核心支撑部件。如图2所示，它连接到汽车箱、减震器安全气囊模块和驱动系统，承载汽车后载荷，支撑驱动桥，缓冲减震安全气囊，在汽车行驶状态下承受多变的冲击减震载荷。其主要故障方法是疲劳损伤。

汽车安全气囊支撑臂最初主要由球墨铸铁制成。为了实现汽车的轻量化，国外开始开发高性能铝合金安全气囊支撑臂，从铸铁件、铸钢件升级到铝合金锻件，以实现安全气囊支撑臂产品的轻量化。铝合金安全气囊支撑臂用于新能源汽车中巴，机械性能要求：本体取样抗拉强度〉300 MPa，屈服强度〉210 MPa，断后伸长率>8%。

该产品在开发初期的产品架试验中断裂，经过产品结构的改进，如图3所示。产品边界向箭头左移动5 mm；?将过渡弧取消为直线，螺栓安装孔面抬高5 mm。改进后的零件整体刚度得到加强，应力条件更加合理。从产品本体取样械性能试验结果见表3。经过多轮架试验，产品性能完全满足设计要求。




图2 气囊支撑臂




图3 零件修改部位




图4 台架试验




图5 铝合金控制臂






3 应用于汽车控制臂

图5为铝合金控制臂零件，最大尺寸为320 mm×154 mm，平均壁厚为12 mm，结构根据拓扑优化，提取骨架，最终结合装配要求设计成弧形弯曲形状的杆结构。它在三个位置上有装配力关系。优化结构的力分析见表4。应力和变形符合设计要求。铝合金铸件的整体质量为2.5 kg，从该铸件结构特点上看，铸件结构简单、壁厚适中，适合于采用挤压铸造成形。图6为挤压铸造铸件树示意图，图7为局部挤压结构图，图8为动模水路结构，图9是挤压铸造控制臂X光探伤图，从X从光照可以看出，挤压铸造控制臂在大孔处局部有微观收缩，其他部位无收缩和收缩缺陷。







6 挤压铸件




图7 局部挤压结构




图8模具水路结构




控制臂铸件X光探伤




图10 挤压铸造控制臂显微组织

图10挤压比为100 MPa控制臂铸件的显微组织图显示，挤压铸件控制臂的金相组织为：α 共晶体，在挤压铸造条件下，由于挤压力的存在，提高了铸件的凝固速度，使新生α相晶粒有一定的细化。从控制臂铸件本体取样进行机械性能测试，铸件各位机械性能相当，抗拉强度大于300 MPa，屈服强度大于230 MPa，伸长率大于8%。满足设计要求。100万台架试验产品的性能指标完全满足技术要求，刚度指标高于原铸钢件。




图11挤压铸造发动机后悬架



4 在商用汽车发动机左右悬置支架中的应用

商用车110型发动机支架见图11，生命周期长，性能要求高，台架实验部件能承受250 kN不损坏零件的平均壁厚为25 mm，最大壁厚为55 mm，用UBE HVSC 8000kN生产间接挤压铸造机。采用支架材料A356.2铝合金，根据设计要求从产品最厚部位取样的力学性能见表5和图12，图13为支架厚截面切割图（切割位置见图13）。从抛光腐蚀图可以看出，铸件没有任何松动针孔、夹渣等铸造缺陷。图16 是产品挤压铸件与金属重力铸件断口的比较图，挤压铸件断口（a）晶粒比金属型重力铸造断口（b）晶粒更小。







图12机械性能曲线




图13 支架厚截面




图14 两种工艺生产的支架断口比较

在破坏性实验中，365.7KN在力的作用下发生断裂损伤，指标大于250KN接近1的规定值.5倍。



5 结语

给出几个典型的挤压铸件在汽车制造业中的应用例子，可以替代那些性能要求高、其他铸造方法无法实现的零件。铝合金取代部分铸铁和铸钢已成为汽车制造业的共识。随着新能源汽车的发展和汽车轻量化的需要，先进的挤压铸造技术将越来越广泛地应用于汽车结构部件，挤压铸造的应用市场空间将越来越广阔。

文献引用：黄毅、罗继相、郭称发等. 挤压铸造技术在汽车结构件中的应用[J].2021、41(8)特种铸造及有色合金.


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      发挥山东装备制造业强省会优势，搭建共创、共享、共赢新氛围平台，力促铸造企业创新与高质量发展。展会与“山东铸造转型升级齐鲁行”活动相呼应，力求打造协会牵头、全员参与、以全行业发展促进为目标、开拓共进发展新方向的交流平台，发挥山东装备制造业强省会优势，搭建共创、共享、共赢新氛围平台，力促铸造企业创新与高质量发展。

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