摘要：主要介紹了車身結(jié)構(gòu)件的成形發(fā)展及趨勢，以及其生產(chǎn)制造的影響因素。著重介紹了在高真空鋁鎂合金車身結(jié)構(gòu)件壓鑄模具的開發(fā)設(shè)計中的關(guān)鍵因素，如澆注系統(tǒng)設(shè)計、模具溫度控制設(shè)計、真空結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

隨著環(huán)保和節(jié)能的需求，汽車輕量化設(shè)計已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。汽車每減重10％，可提高燃油效率約7％。汽車輕量化的發(fā)展，離不開材料、成型技術(shù)、設(shè)備、結(jié)構(gòu)設(shè)計等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。其中利用鋁鎂合金高真空壓鑄替代傳統(tǒng)的鋼板沖壓、焊接等工藝是汽車輕量化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)90年代就開始利用壓鑄工藝來實現(xiàn)鋁、鎂合金替代鋼板的結(jié)構(gòu)件成形。在成形工藝，新型材料，壓鑄機設(shè)計以匹配結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的特性等方面做了大量的工作。根據(jù) DUCKER   WORLDWILD 市場調(diào)研，2015年汽車上鋁用量增加到190kg。從2012年到2015年將近23kg的增量來自于結(jié)構(gòu)件的發(fā)展，見圖１。

自2011以來，隨著國內(nèi)主機廠的發(fā)展及布局，鋁鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件的需求迎來一個高增長的趨勢。把傳統(tǒng)的鋼鐵材料換成鋁合金或鎂合金，要求鋁合金或鎂合金結(jié)構(gòu)件必需具有如下力學(xué)性能：良好的伸長率、良好的抗拉強度和屈服強度，可以進(jìn)行熱處理，以及可以進(jìn)行焊接處理。目前可利用高真空壓鑄工藝開發(fā)的部分車身結(jié)構(gòu)件見圖２。

１、　影響壓鑄結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的因素

高真空壓鑄的本質(zhì)是為了避免壓鑄件產(chǎn)生缺陷，結(jié)合了結(jié)構(gòu)件的特性，一般需要經(jīng)過的流程見圖３。而每道流程都有各自的影響因素需要嚴(yán)格地控制。如鋁合金材料的成分是否準(zhǔn)確，熔煉的鋁液密度是否合格，壓鑄件是否含有氣泡，是否可焊接，熱處理后的力學(xué)性能是否達(dá)標(biāo)，整形的尺寸是否合格等。

２、壓鑄結(jié)構(gòu)件的模具設(shè)計開發(fā)

2.1　澆注系統(tǒng)的設(shè)計

在進(jìn)行澆道設(shè)計及模擬分析之前，需要對鑄件有個初步的質(zhì)量缺陷預(yù)判，以獲得一個準(zhǔn)確的填充方位。在正式進(jìn)行澆注系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要對流道進(jìn)行不斷的優(yōu)化，某零件澆道優(yōu)化的對比見圖４。

從圖４中可以看出，第１次的填充過程出現(xiàn)２股澆道對沖而卷氣的區(qū)域，經(jīng)過內(nèi)澆口的調(diào)整，該區(qū)域的卷氣現(xiàn)象得到改善。其次，在渣包的設(shè)置上也要滿足整個流態(tài)的需要，在流態(tài)尾端將空腔內(nèi)氣體排出。

2.2　模溫控制的設(shè)計

結(jié)構(gòu)件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品尺寸較大。因此在壓鑄生產(chǎn)過程中控制模具的溫度，需要在模具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理的設(shè)計，見圖５，模具在生產(chǎn)過程中達(dá)到模溫相對平衡，可以提高生產(chǎn)效率并獲得合格鑄件。

2.3密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計

為了獲得低于500pa的高真空度，以獲得更好的鑄件力學(xué)性能，高真空壓鑄模具需要設(shè)計密封結(jié)構(gòu)。密封圈是普遍使用的一種密封方式。模具的密封設(shè)置，在很大程度上給模具的設(shè)計、制造以及壓鑄生產(chǎn)帶來了難度。如根據(jù)不同鑄件的結(jié)構(gòu)，模具需要設(shè)置抽芯，因此密封除了動定模這個大分型面之外，在抽芯結(jié)構(gòu)上也需要進(jìn)行密封結(jié)構(gòu)設(shè)計。密封條是易損件，在壓鑄生產(chǎn)過程中，需要實時進(jìn)行監(jiān)控，防止因密封條損壞影響鑄件質(zhì)量。

料筒的密封也同樣關(guān)鍵。目前均有特殊的沖頭設(shè)計來保證冷室壓鑄件的料筒密封，見圖６。真空閥的類型、控制系統(tǒng)、真空度的監(jiān)控方式直接影響了壓鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。真空閥目前主要分為機械閥和液壓／氣動真空閥，見圖７。機械閥有著結(jié)構(gòu)簡單、控制系統(tǒng)成本低、容易清理等優(yōu)點，但是其具有排氣量不大、容易堵塞、閥成本高等缺點。液壓／氣動閥有比較大的排氣面積（大至400mm2）、不易堵塞等優(yōu)點，但其控制系統(tǒng)要求高，需要在模具上設(shè)計油缸等，因此根據(jù)不同的客戶及產(chǎn)品需求可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3、結(jié)語

寧波合力自2012年開始進(jìn)行高真空壓鑄模具開發(fā)制造以來，不斷的深化技術(shù)研發(fā)，最終獲得合格的高真空鋁鎂合金結(jié)構(gòu)件壓鑄模具。