首先,我們來看一下世界上主要國(guó)家的轎車生產(chǎn)量及用鋁量,(圖表數(shù)據(jù)較早,僅供參考),下圖為發(fā)達(dá)國(guó)家用鋁材的需要和分類:
從圖中可以看出,壓鑄件和鑄造件占了近80%,這是由于鑄造本身的特性所決定的。但是在車輛一些結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但是受力又比較復(fù)雜,對(duì)強(qiáng)度要求較高的零部件,鑄造將無(wú)法滿足。這種情況下,大多會(huì)采用鍛造工藝來完成。下面,我們?cè)敿?xì)了解一下鋁合金鍛造的一些相關(guān)知識(shí)。
A鋁合金鍛造在汽車上的應(yīng)用
底盤輕量化中,副車架多采用鑄造件與型材或擠壓件焊接,最典型的就是Tesla的副車架。
采用鋁合金鍛造的地方主要是用于前懸和后懸的在一些控制臂上。此類控制臂的特點(diǎn)是形狀簡(jiǎn)單、對(duì)強(qiáng)度要求高、鑄造無(wú)法滿足強(qiáng)度要求。典型的如Tesla的前懸后下擺臂。
下面我們來看下還有哪些車型采用了此種工藝。
日系:
德系:
韓系、美系暫不舉例了,大家可以多注意一下。自主車企現(xiàn)在也開始應(yīng)用,像比亞迪、廣汽、哈弗等一些車型都應(yīng)用了此材料工藝。
B鋁合金鍛造分類
按溫度分:熱鍛、溫鍛、冷鍛。
按模具分:模鍛、自由鍛。
下面為模型鍛造示意圖:
C 常見材料及輕量化效果
? 輕量化效果
D擺臂常見鍛造工藝流程
下面列舉了常見的工藝順序:
E擺臂常見鍛造工藝缺陷及產(chǎn)生原因
1.過燒
產(chǎn)生原因:
由于鋁合金的溫度范圍窄,其鍛造加熱溫度,尤其是淬火加熱溫度很接近合金的共晶熔化溫度,容易發(fā)生過燒。所以在鍛件和模具加熱以及鍛件淬火加熱時(shí),必須十分注意溫度上限,嚴(yán)格遵守工藝操作規(guī)程,否則會(huì)引起鍛件過燒。鍛件過燒后,表面發(fā)暗、起泡,一鍛就裂。在熱處理時(shí)產(chǎn)生的過燒,也可能形成裂紋。過燒鍛件的高倍組織特點(diǎn)是:晶界發(fā)毛、加粗,出現(xiàn)低熔點(diǎn)化合物的共晶復(fù)熔球,形成三角晶界。輕微過燒的鍛件,強(qiáng)度稍有提高,但疲勞性能較差。嚴(yán)重過燒后各項(xiàng)性能急劇下降,使鍛件成為廢品。
對(duì)策:
嚴(yán)格控制鑄造、鍛造過程以及熱處理的溫度。
2.晶粒粗大、粗晶過多
產(chǎn)生原因:
大晶粒,它們主要分布在鍛件變形程度小而尺寸較厚的部位,變形程度大和變形激烈的區(qū)域以及飛邊區(qū)附近。另外,在鍛件表面也常常有一層粗晶。產(chǎn)生大晶粒的原因除了由于變形程度過?。淙肱R界變形區(qū))或變形程度過大和變形激烈不均勻所引起之外,加熱和模鍛次數(shù)過多,加熱溫度過高或終鍛溫度太低也會(huì)產(chǎn)生大晶粒。
鍛件表面層的粗晶,其產(chǎn)生原因有兩種情況:其一,是擠壓坯料表層粗晶環(huán)被帶人鍛件;其二,是模鍛時(shí)模膛表面太粗糙,模具溫度較低,潤(rùn)滑不良,使表面接觸層激烈剪切變形,因而產(chǎn)生粗晶。
對(duì)策:
改進(jìn)模具設(shè)計(jì),合理選擇坯料,保證鍛件均勻變形;
避免高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱,對(duì)容易晶粒長(zhǎng)大的合金,淬火溫度取下限;
減少模鍛次數(shù),力求一火鍛成;
保證終鍛溫度;
3.流紋不順、穿流、渦流、折疊
產(chǎn)生原因:
產(chǎn)品或模具設(shè)計(jì)不合理,
造成金屬對(duì)流或流向紊亂。
對(duì)策:
產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),筋不能太高太窄,圓角半徑適中,各斷面的變化要盡量平緩;
對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件,應(yīng)采用多套模具,多次模鍛,以保證金屬流動(dòng)均勻,充填容易,纖維連續(xù)。在設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛和制坯模膛時(shí),必須減小筋的高度,增加腹板厚度,增加筋與腹板的連接半徑,并使制坯模膛的各斷面積等于或稍小于鍛件各相應(yīng)的斷面積。根據(jù)終鍛時(shí)模鍛的情況,來調(diào)整在制坯模中模鍛時(shí)的欠壓量,或重新修整制坯模。制坯模、預(yù)鍛模、終鍛模的各斷面積分別相差15%左右,初鍛、預(yù)鍛時(shí)的欠壓量均嚴(yán)格控制在 lmm左右。從圖片5-24可以看到,鍛件流線分布合理,晶粒大小均勻,沒有折疊缺陷;
調(diào)整坯料形狀、飛邊量,使各斷面金屬量分配、流速合理。
4.裂紋
內(nèi)部裂紋:
產(chǎn)生原因:
坯料內(nèi)、外部存在夾雜;
坯料內(nèi)部組織缺陷;
鍛造工具和模具預(yù)熱溫度不夠。
外部裂紋:
產(chǎn)生原因:
用鑄錠做坯料,疏松、氧化夾渣、
粗大的柱狀晶、表面缺陷;
鍛造溫度過高或過低;
變形程度太大,變形速度太高;
鍛造過程中的彎曲、折疊沒有消除,
再次進(jìn)行鍛造,會(huì)產(chǎn)生表面裂紋;
擠壓坯料粗晶環(huán)、表皮氣泡。
對(duì)策:
提高坯料質(zhì)量,控制坯料內(nèi)部組織;
控制鍛造環(huán)境,鋁鐵要分開,防止鐵屑夾雜;
選擇最佳鍛造溫度范圍,包括材料溫度、模具溫度;
工藝設(shè)計(jì)合理,變形程度要適當(dāng)。
5.缺料
產(chǎn)生原因:
主要發(fā)生在筋肋、凸角、轉(zhuǎn)角、圓角部位,尺寸不符合圖樣要求。產(chǎn)生的原因可能是:
①鍛造溫度低,金屬流動(dòng)性差;
②設(shè)備噸位不足;
③制坯模設(shè)計(jì)不合理,坯料體積或截面尺寸不合格;
④模膛中堆積雜物或脫模劑。
對(duì)策:
產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)考慮鍛造可行性;
工藝設(shè)計(jì)合理,變形程度要適當(dāng);
控制鍛造環(huán)境,鋁鐵要分開,防止鐵屑夾雜;
選擇最佳鍛造溫度范圍,包括材料溫度、模具溫度;
控制脫模劑噴涂量。
6.模具錯(cuò)移
錯(cuò)移是鍛件沿分模面的上半部相對(duì)于下半部產(chǎn)生位移。產(chǎn)生的原因可能是:
①鎖扣之間的間隙過大;
②鍛模設(shè)計(jì)不合理,缺少消除錯(cuò)移力的鎖口或?qū)е?/p>
③模具安裝不良。
7.欠壓
欠壓指鍛造過程中模具沒壓到位,垂直于分模面方向的尺寸普遍增大。產(chǎn)生的原因可能是:
①鍛造溫度低;
②設(shè)備噸位不足;
③模具設(shè)計(jì)不合理。