摘 要 一體化壓鑄車身件是當(dāng)前汽車制造發(fā)展中一個重大變革和技術(shù)跨越，該技術(shù)工藝突破傳統(tǒng)的汽車制造工藝，能夠有效降低汽車制造成本、提升汽車?yán)m(xù)航能力以及提高汽車安全性能等。針對一體化前艙壓鑄項目產(chǎn)品尺寸大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有較高的力學(xué)性能和多種連接方式要求，行業(yè)內(nèi)缺少一體化壓鑄技術(shù)和開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗，壓鑄工藝和模具方案需要解決產(chǎn)品填充凝固和控制變形等難題。研究了一體化前艙項目開發(fā)及應(yīng)用案例，根據(jù)客戶圖紙、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，識別壓鑄工藝難點和風(fēng)險點，通過仿真對比分析和工藝參數(shù)設(shè)計，輸出壓鑄模具方案和設(shè)備匹配方案。經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，成功規(guī)避了仿真分析識別的風(fēng)險問題，產(chǎn)品本體的平均伸長率達(dá)8.9%，內(nèi)部質(zhì)量和整體輪廓尺寸結(jié)果均能滿足客戶要求。 

關(guān)鍵詞 一體化前艙；仿真分析；工藝參數(shù)設(shè)計；模具方案；壓鑄

 一體化壓鑄是合并了原傳統(tǒng)汽車制造的沖壓和焊接流程，使用大合模力壓鑄設(shè)備將多個鋁合金零部件高度集成，一次壓鑄成形單個或少數(shù)幾個大型鋁合金壓鑄件［1］。該技術(shù)具有多個優(yōu)勢：①降低生產(chǎn)成本，從而降低整車的價格；②采用單一的鋁合金材料可以有效的汽車輕量化［2］，提高汽車的續(xù)航能力［3］；③一體化壓鑄車身可以大量減少焊點數(shù)量，提升整車的扭轉(zhuǎn)剛度，提高汽車的安全性。隨著在汽車、航空航天和電子類等領(lǐng)域的發(fā)展，市場對一體化壓鑄的需求不斷增大，同時在技術(shù)上的不斷創(chuàng)新和環(huán)保要求不斷提高等因素，一體化壓鑄將在更多的領(lǐng)域應(yīng)用，擁有較好的發(fā)展前景［4］。有優(yōu)勢的同時必然存在制造的難度，產(chǎn)品尺寸超越了過往所有傳統(tǒng)汽車零部件的尺寸，一體化壓鑄對壓鑄技術(shù)、設(shè)備精度和質(zhì)量管控有著更高的要求。

        開發(fā)的汽車一體化前艙零件應(yīng)用于某型汽車車架前艙總成，見圖1。該零件（圖2）輪廓尺寸為1 600 mm×940 mm×700 mm，壓鑄件質(zhì)量為53 kg，平均壁厚為4.6 mm，鑄件材質(zhì)采用AlSi7系免熱處理合金；產(chǎn)品本體取樣性能要求：抗拉強度≥215 MPa，屈服強度≥115 MPa，伸長率≥9%，折彎角≥20°；產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量要求見表1，連接面加工后在25 mm×25 mm區(qū)域內(nèi)氣泡直徑≤1 mm，且該區(qū)域內(nèi)所有氣泡的直徑之和<6 mm，高度≤0.5 mm。螺紋孔缺陷標(biāo)準(zhǔn)見表2，其他區(qū)域符合ASTM冷隔等級Ⅱ級；產(chǎn)品全尺寸要求合格率≥97%，產(chǎn)品非加工安裝面面輪廓度要求精度最高為1.6 mm，最低為3.0 mm，對壓鑄變形控制要求較高。

2 壓鑄工藝和模具設(shè)計 

        壓鑄難點和風(fēng)險點：一體化壓鑄前艙作為車體前部的結(jié)構(gòu)件需要兼顧碰撞、疲勞、連接性能的要求，要求其在鑄態(tài)下能達(dá)到較高的強度和韌性［5］；同時需要滿足多種連接方式的要求，不同部位有不同的連接方式，如焊接、SPR、膠接等；一體化壓鑄零件整體尺寸大、填充流程長、凝固差異大，需要壓鑄時能保證較好的充型以及熱平衡能力［6］；一體化前艙壓鑄零件采用免熱處理合金，可以避免熱處理變形，但需要對材料成分進行過程管控，包括來料檢查、爐內(nèi)檢查和產(chǎn)品本體檢查等。

2.1 工藝參數(shù)設(shè)計        一體化前艙零件材料選用AlSi7系免熱處理材料［7］，包含澆道和排氣道質(zhì)量約為65.5 kg，投影面積為15 978 cm2，平均壁厚為4.6 mm；通過產(chǎn)品的模具充滿度45%、壓室投影面積、鋁液密度、產(chǎn)品質(zhì)量和壁厚等計算出壓射工藝參數(shù)（見表3和表4）和壓射速度曲線［8］（見圖3）。

2.2 仿真對比分析         （1）初步澆注系統(tǒng)方案 根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計初步的澆注系統(tǒng)方案，見圖4。

（3）填充溫度分析 整體填充溫度需要高于液相線溫度620 ℃，根據(jù)模流的填充溫度分析（見圖6），型腔填充100%后，鑄件兩側(cè)及中間局部位置溫度相對比較低，該區(qū)域有冷隔風(fēng)險存在。

（4）材料追蹤分析 模流的材料追蹤分析見圖7。結(jié)果顯示，鑄件整體填充符合預(yù)期效果，減震塔和鉚接區(qū)域沒有多股鋁料匯聚交叉，澆注系統(tǒng)設(shè)定合理。

（5）凝固分析 通過觀察模流分析結(jié)果趨勢判斷，最后凝固位置為縮孔風(fēng)險相對較高位置，模流的凝固分析（見圖8）?？梢钥闯觯T件最晚凝固區(qū)域均在產(chǎn)品厚壁區(qū)域。

（6）氣壓分析 通過觀察模流分析結(jié)果氣體的流動情況，對存在裹氣位置優(yōu)化排氣系統(tǒng)方案，加強排氣可改善裹氣，見圖9。結(jié)果顯示，當(dāng)填充到91%時，圓圈位置出現(xiàn)裹氣，需要加強排氣設(shè)計［12］。

（7）熱節(jié)分析 模流的熱節(jié)分析見圖10?？梢钥闯觯T件壁厚較厚區(qū)域是主要熱節(jié)區(qū)域，分布在柱臺附近位置熱節(jié)較高。

（8）縮孔分析 模流的縮孔分析見圖11?？梢钥闯?，使用Magma軟件進行計算過濾15%后，顯示紅圈區(qū)域縮孔風(fēng)險比較大（基于原圖為彩色表述，下同）

（9）粘模風(fēng)險分析 模流的粘模分析見圖12?？梢钥闯觯鶕?jù)從材料年齡Fraction_Liquid分析，著色位置為產(chǎn)品最晚冷卻區(qū)域，紅圈處鋁液凝固時粘附在模具上時間最長，粘模燒傷風(fēng)險較高。

3.3 藍(lán)光掃描結(jié)果         藍(lán)光掃描結(jié)果（見圖18）顯示，產(chǎn)品整體變形量控制在1.5 mm以內(nèi)，滿足要求。