雙材質汽車沖壓模具鑄造工藝研究

康飛

（陜西黃河集團有限公司，陜西 西安 710043）

雙材質汽車沖壓模具鑄造工藝研究

康飛

（陜西黃河集團有限公司，陜西 西安 710043）

隨著國家經濟水平的不斷提升，促進了汽車工業的飛速發展，同時汽車模具生產行業也是快速發展，主要是沖壓模具及塑料模具這兩類。或者是鑄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材料模具等方面，汽車工業發達的國家則汽車服務模具要占到模具生產總量的40%以上。國內汽車服務模具行業經過多年發展，已占到全模具生產總量的34%，沖壓模具占到了1/2，所以汽車沖壓模具對模具行業及汽車工業極為重要。本文就雙材質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，進行實驗驗證以獲得實用性應用策略。

雙材質；沖壓模具；鑄造工藝

0 引言

近年來，汽車產業發展飛速，各種新車型研發速度極快，汽車主機廠對生產鏈生產效率和產品質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，這樣能夠充分滿足其對沖壓性能的要求，模座則是運用HT300材質以滿足各方面要求。

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

1 汽車車型開發概論

1.1 汽車車型開發周期性

新車型的開發大都是80%模具新開發，盡管變型車也都是需要大量模具新開發，特別是車身沖壓模更是關鍵。新車型開發存在周期性，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 國內合資品牌車及國外品牌車于國內采購模具日益增多

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

1.3 模具質量要求提高

國產模具的低成本推進了國產品牌車的快速發展，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。低成本開發多類品種時，則國產品牌車的飛速發展及品質提升必定與國產模具水平提升息息相關。國產車不僅需要在中低檔市場上持續發展，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展的主要趨勢，基于技術水平提升以保證低成本，同時提升模具質量。

1.4 汽車沖壓模具發展狀況

隨著國內汽車沖壓模具技術水平的持續提升，大型汽車沖壓模具可生產單套重量高達50噸的模具。中檔型轎車配套覆蓋件模具亦可成套生產。很多高檔轎車沖壓模具亦可生產。20世紀90年代，國內汽車行業模具設計制造開始運用CAD或CAM技術。再加上技術水平的持續突破，國內諸多大型汽車沖壓模具企業均成功的應用了CAE技術，再接著就是原型RP技術和傳統式經濟模具結合，制造出大型汽車覆蓋件模具，這也處理了以往低熔點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，此時則實現了基于CAD模型的模具制造，同時確保了制件精度。隨著科學技術水平的不斷提升，計算機技術及信息技術和自動化技術等充斥，則沖壓模具制造技術不斷改進，乃至目前出現的沖壓模內攻牙技術，此類技術可謂是充分引導了諸多為降低成本而搶購的熱潮。

2 具體實驗分析

2.1 實驗產品

本文選用大約三噸拉延序模具，汽車模具鑄件則運用泡沫進行實型鑄造，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，模座則采用HT300材質。

2.2 造型工藝設計

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材質混合，這時則把澆注系統設計為開放式澆注系統，運用底側澆注方式，確保鐵液可穩定充型，其間澆注系列比例是直澆道：橫澆道：內澆道，1：1.5：2。

為了預防澆注灰鑄鐵時因充型力和重力落差沖擊澆注球墨鑄鐵，從而出現球墨鑄鐵部分混亂，所以把灰鑄鐵內部澆道設于灰鑄鐵及球墨鑄鐵交界位置，以便降低內部澆道充型出現落差。同時造型時期則兩個澆注系統是分開且獨立的，預防其出現混合現象，兩個澆注系統應設于獨立澆口杯，并且做好標記，預防熔煉時澆注出現誤差。

2.3 熔煉澆注工藝

鐵液重量計算，采用UG軟件將澆注系統詳細繪制出來，從而精確計算球墨鑄鐵和灰鑄鐵分別需要的鐵液量，計算時則鐵液應包括鑄件自身重量及相應澆道重量，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；材質成分要求，硫屬于反球化元素，和鎂及稀土等球化元素有極強親和力，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不超過0.02%。灰鑄件中硫元素極易和錳元素結合，從而形成MnS及FeMn化和物質，這可作為石墨化非自發晶核，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必保持在0.05%～0.1%之間。本文是雙材質生產，則主要為了預防灰鑄鐵材質澆注完成之后與已經澆注的球墨鑄鐵材質出現球化反應，因此在生產灰鑄鐵硫含量應不超過0.02%。

通常預熱時間 設為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，這時溫度并不會導致鐵液出現冷隔，且可有效降低鐵液流動混合量。最終結果分析可得，澆注早期每噸球墨鑄鐵鐵液于砂箱內降溫程度是10 ℃/min，經過具體測量球墨鑄鐵澆注溫度是1 405 ℃，因此設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運用砂子把直澆道進行堵塞，這樣可充分預防澆注灰鑄鐵鐵液之后因壓力而出現球鐵鐵液流動。

3 實驗結果

3.1 外觀檢測分析

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

3.2 內在質量

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。為了最終產品質量保障則采用便攜式顯微鏡進行模具檢測，各方面組織形態均需達到具體要求。

實驗驗證結果顯示，各方加工性能良好且兩類材質結合面未出現宏觀分隔層。

4 結束語

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形成，其間硫含量是控制于0.02%以下，設定的澆注提醒應控制灰鑄鐵鐵液充型力，以便降低這兩類液體出現混合現象，這有效解決了模具全采用球墨鑄鐵材質而出現材料及成本的浪費，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汽車沖壓模具鑄造工藝，并進行實驗驗證以獲得適應性應用策略，以期推進國內雙材質汽車沖壓模具鑄造業持續發展。

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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，本科學歷，研究方向為汽車模具設計及制造。

2015-09-16