康飛

（陜西黃河集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

雙材質(zhì)汽車沖壓模具鑄造工藝研究

康飛

（陜西黃河集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

隨著國家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，促進(jìn)了汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，同時汽車模具生產(chǎn)行業(yè)也是快速發(fā)展，主要是沖壓模具及塑料模具這兩類?；蛘呤氰T造模具及鍛造模具和橡膠模具，加上粉末冶金模具和拉絲模具與無機(jī)材料模具等方面，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家則汽車服務(wù)模具要占到模具生產(chǎn)總量的40%以上。國內(nèi)汽車服務(wù)模具行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，已占到全模具生產(chǎn)總量的34%，沖壓模具占到了1/2，所以汽車沖壓模具對模具行業(yè)及汽車工業(yè)極為重要。本文就雙材質(zhì)汽車沖壓模具鑄造為主要研究對象，深層分析其各方制造工藝，進(jìn)行實驗驗證以獲得實用性應(yīng)用策略。

雙材質(zhì)；沖壓模具；鑄造工藝

0 引言

近年來，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展飛速，各種新車型研發(fā)速度極快，汽車主機(jī)廠對生產(chǎn)鏈生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也提出更高的要求。其間拉延序沖壓模具屬汽車沖壓第一道工序，型面均是采用GGG70L/GM246高牌號球墨鑄鐵材質(zhì)，這樣能夠充分滿足其對沖壓性能的要求，模座則是運(yùn)用HT300材質(zhì)以滿足各方面要求。

為了節(jié)省制作材料成本則往往設(shè)計時會把凸模及下模座分開，也就是凸模用球墨鑄鐵材質(zhì)，而模座則用灰鑄鐵材質(zhì)，最終對其進(jìn)行再加工。因此，分析雙材質(zhì)汽車沖壓模具鑄造工藝對國內(nèi)汽車沖壓模具鑄造業(yè)有著極大的現(xiàn)實意義。

1 汽車車型開發(fā)概論

1.1 汽車車型開發(fā)周期性

新車型的開發(fā)大都是80%模具新開發(fā)，盡管變型車也都是需要大量模具新開發(fā)，特別是車身沖壓模更是關(guān)鍵。新車型開發(fā)存在周期性，換型周期逐漸變短且換型需要大量時間，這時則就影響到汽車沖壓模具市場周期。

1.2 國內(nèi)合資品牌車及國外品牌車于國內(nèi)采購模具日益增多

隨著國內(nèi)模具技術(shù)的飛速發(fā)展，使得國內(nèi)模具價格逐漸降低，所以國內(nèi)諸多合資品牌車開始采用國內(nèi)模具。并且國外也有品牌車采用中國模具，此類發(fā)展趨勢逐漸明朗化，而且這也勢必是未來的發(fā)展潮流。

1.3 模具質(zhì)量要求提高

國產(chǎn)模具的低成本推進(jìn)了國產(chǎn)品牌車的快速發(fā)展，不過低成本模具并不是水平也低，該觀念卻未被人民群眾所共識。低成本開發(fā)多類品種時，則國產(chǎn)品牌車的飛速發(fā)展及品質(zhì)提升必定與國產(chǎn)模具水平提升息息相關(guān)。國產(chǎn)車不僅需要在中低檔市場上持續(xù)發(fā)展，更要于中高檔市場上提升其占有率，該形勢也是非常顯著的。所以對模具就提出更高要求，同時這也是汽車沖壓模具市場發(fā)展的主要趨勢，基于技術(shù)水平提升以保證低成本，同時提升模具質(zhì)量。

1.4 汽車沖壓模具發(fā)展?fàn)顩r

隨著國內(nèi)汽車沖壓模具技術(shù)水平的持續(xù)提升，大型汽車沖壓模具可生產(chǎn)單套重量高達(dá)50噸的模具。中檔型轎車配套覆蓋件模具亦可成套生產(chǎn)。很多高檔轎車沖壓模具亦可生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)汽車行業(yè)模具設(shè)計制造開始運(yùn)用CAD或CAM技術(shù)。再加上技術(shù)水平的持續(xù)突破，國內(nèi)諸多大型汽車沖壓模具企業(yè)均成功的應(yīng)用了CAE技術(shù)，再接著就是原型RP技術(shù)和傳統(tǒng)式經(jīng)濟(jì)模具結(jié)合，制造出大型汽車覆蓋件模具，這也處理了以往低熔點(diǎn)合金模具需要樣件澆注模具，此類模具精度不高且制作精度低，樣件制作困難，此時則實現(xiàn)了基于CAD模型的模具制造，同時確保了制件精度。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，計算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)和自動化技術(shù)等充斥，則沖壓模具制造技術(shù)不斷改進(jìn)，乃至目前出現(xiàn)的沖壓模內(nèi)攻牙技術(shù)，此類技術(shù)可謂是充分引導(dǎo)了諸多為降低成本而搶購的熱潮。

2 具體實驗分析

2.1 實驗產(chǎn)品

本文選用大約三噸拉延序模具，汽車模具鑄件則運(yùn)用泡沫進(jìn)行實型鑄造，泡沫實型制作時期則將其兩部分制作合為一體。凸模型面采用QT600材質(zhì)，模座則采用HT300材質(zhì)。

2.2 造型工藝設(shè)計

澆注時的澆注順序則是：第一，澆注球墨鑄鐵部分；第二，澆注灰鑄鐵部分。因為充型速度快而為了預(yù)防球墨鑄鐵鐵液于澆注中，慣性作用于鐵液則充型到灰鑄鐵位置出現(xiàn)材質(zhì)混合，這時則把澆注系統(tǒng)設(shè)計為開放式澆注系統(tǒng)，運(yùn)用底側(cè)澆注方式，確保鐵液可穩(wěn)定充型，其間澆注系列比例是直澆道：橫澆道：內(nèi)澆道，1：1.5：2。

為了預(yù)防澆注灰鑄鐵時因充型力和重力落差沖擊澆注球墨鑄鐵，從而出現(xiàn)球墨鑄鐵部分混亂，所以把灰鑄鐵內(nèi)部澆道設(shè)于灰鑄鐵及球墨鑄鐵交界位置，以便降低內(nèi)部澆道充型出現(xiàn)落差。同時造型時期則兩個澆注系統(tǒng)是分開且獨(dú)立的，預(yù)防其出現(xiàn)混合現(xiàn)象，兩個澆注系統(tǒng)應(yīng)設(shè)于獨(dú)立澆口杯，并且做好標(biāo)記，預(yù)防熔煉時澆注出現(xiàn)誤差。

2.3 熔煉澆注工藝

鐵液重量計算，采用UG軟件將澆注系統(tǒng)詳細(xì)繪制出來，從而精確計算球墨鑄鐵和灰鑄鐵分別需要的鐵液量，計算時則鐵液應(yīng)包括鑄件自身重量及相應(yīng)澆道重量，通過計算則該實驗球墨鑄鐵需鐵液一噸，灰鑄件則需要鐵液一噸半；材質(zhì)成分要求，硫?qū)儆诜辞蚧?，和鎂及稀土等球化元素有極強(qiáng)親和力，硫使得鐵液中球化元素形成鎂或是稀土硫化物，從而出現(xiàn)夾渣及氣孔，最終形成鑄造缺陷，所以球墨鑄鐵時硫的含量應(yīng)不超過0.02%?；诣T件中硫元素極易和錳元素結(jié)合，從而形成MnS及FeMn化和物質(zhì)，這可作為石墨化非自發(fā)晶核，能夠充分提升灰鑄鐵孕育成果，因此灰鑄鐵成分中硫含量務(wù)必保持在0.05%～0.1%之間。本文是雙材質(zhì)生產(chǎn)，則主要為了預(yù)防灰鑄鐵材質(zhì)澆注完成之后與已經(jīng)澆注的球墨鑄鐵材質(zhì)出現(xiàn)球化反應(yīng)，因此在生產(chǎn)灰鑄鐵硫含量應(yīng)不超過0.02%。

通常預(yù)熱時間 設(shè)為8 min，球墨鑄鐵鐵液降溫至1 200～1 250 ℃時則是模糊狀，其流動力低，這時溫度并不會導(dǎo)致鐵液出現(xiàn)冷隔，且可有效降低鐵液流動混合量。最終結(jié)果分析可得，澆注早期每噸球墨鑄鐵鐵液于砂箱內(nèi)降溫程度是10 ℃/min，經(jīng)過具體測量球墨鑄鐵澆注溫度是1 405 ℃，因此設(shè)定澆注球墨鑄鐵鐵液于17 min之后再澆注灰鑄鐵鐵液。球墨鑄鐵澆注完成之后則應(yīng)運(yùn)用砂子把直澆道進(jìn)行堵塞，這樣可充分預(yù)防澆注灰鑄鐵鐵液之后因壓力而出現(xiàn)球鐵鐵液流動。

3 實驗結(jié)果

3.1 外觀檢測分析

詳細(xì)觀察清理之后的鑄件外觀質(zhì)量，球墨鑄鐵及灰鑄鐵結(jié)合面的光潔度、平整度、牢固度等是否符合要求。

3.2 內(nèi)在質(zhì)量

鑄件兩部分附鑄試棒性能檢測，主要是灰鑄鐵位置檢測，球墨鑄鐵位置檢測，性能和基體組織與顯微組織，球墨鑄鐵性能和基體組織與顯微組織。為了最終產(chǎn)品質(zhì)量保障則采用便攜式顯微鏡進(jìn)行模具檢測，各方面組織形態(tài)均需達(dá)到具體要求。

實驗驗證結(jié)果顯示，各方加工性能良好且兩類材質(zhì)結(jié)合面未出現(xiàn)宏觀分隔層。

4 結(jié)束語

總而言之，汽車用拉延序沖壓模具則利用球墨鑄鐵及灰鑄鐵雙材質(zhì)形成，其間硫含量是控制于0.02%以下，設(shè)定的澆注提醒應(yīng)控制灰鑄鐵鐵液充型力，以便降低這兩類液體出現(xiàn)混合現(xiàn)象，這有效解決了模具全采用球墨鑄鐵材質(zhì)而出現(xiàn)材料及成本的浪費(fèi)，凸模及模座等分體制造時需要后期再加工方面的難題，利用此類技術(shù)則可充分降低模具制造成本及實踐。本文深層分析了雙材質(zhì)汽車沖壓模具鑄造工藝，并進(jìn)行實驗驗證以獲得適應(yīng)性應(yīng)用策略，以期推進(jìn)國內(nèi)雙材質(zhì)汽車沖壓模具鑄造業(yè)持續(xù)發(fā)展。

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Technology of double material automotive stamping die casting

TG24

1009-797X （2015） 20-0095-03

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.026

康飛（1987-），男，本科學(xué)歷，研究方向為汽車模具設(shè)計及制造。

2015-09-16