双材质汽车冲压模具铸造工艺研究

康飞

（陕西黄河集团有限公司，陕西 西安 710043）

双材质汽车冲压模具铸造工艺研究

康飞

（陕西黄河集团有限公司，陕西 西安 710043）

随着国家经济水平的不断提升，促进了汽车工业的飞速发展，同时汽车模具生产行业也是快速发展，主要是冲压模具及塑料模具这两类。或者是铸造模具及锻造模具和橡胶模具，加上粉末冶金模具和拉丝模具与无机材料模具等方面，汽车工业发达的国家则汽车服务模具要占到模具生产总量的40%以上。国内汽车服务模具行业经过多年发展，已占到全模具生产总量的34%，冲压模具占到了1/2，所以汽车冲压模具对模具行业及汽车工业极为重要。本文就双材质汽车冲压模具铸造为主要研究对象，深层分析其各方制造工艺，进行实验验证以获得实用性应用策略。

双材质；冲压模具；铸造工艺

0 引言

近年来，汽车产业发展飞速，各种新车型研发速度极快，汽车主机厂对生产链生产效率和产品质量也提出更高的要求。其间拉延序冲压模具属汽车冲压第一道工序，型面均是采用GGG70L/GM246高牌号球墨铸铁材质，这样能够充分满足其对冲压性能的要求，模座则是运用HT300材质以满足各方面要求。

为了节省制作材料成本则往往设计时会把凸模及下模座分开，也就是凸模用球墨铸铁材质，而模座则用灰铸铁材质，最终对其进行再加工。因此，分析双材质汽车冲压模具铸造工艺对国内汽车冲压模具铸造业有着极大的现实意义。

1 汽车车型开发概论

1.1 汽车车型开发周期性

新车型的开发大都是80%模具新开发，尽管变型车也都是需要大量模具新开发，特别是车身冲压模更是关键。新车型开发存在周期性，换型周期逐渐变短且换型需要大量时间，这时则就影响到汽车冲压模具市场周期。

1.2 国内合资品牌车及国外品牌车于国内采购模具日益增多

随着国内模具技术的飞速发展，使得国内模具价格逐渐降低，所以国内诸多合资品牌车开始采用国内模具。并且国外也有品牌车采用中国模具，此类发展趋势逐渐明朗化，而且这也势必是未来的发展潮流。

1.3 模具质量要求提高

国产模具的低成本推进了国产品牌车的快速发展，不过低成本模具并不是水平也低，该观念却未被人民群众所共识。低成本开发多类品种时，则国产品牌车的飞速发展及品质提升必定与国产模具水平提升息息相关。国产车不仅需要在中低档市场上持续发展，更要于中高档市场上提升其占有率，该形势也是非常显著的。所以对模具就提出更高要求，同时这也是汽车冲压模具市场发展的主要趋势，基于技术水平提升以保证低成本，同时提升模具质量。

1.4 汽车冲压模具发展状况

随着国内汽车冲压模具技术水平的持续提升，大型汽车冲压模具可生产单套重量高达50吨的模具。中档型轿车配套覆盖件模具亦可成套生产。很多高档轿车冲压模具亦可生产。20世纪90年代，国内汽车行业模具设计制造开始运用CAD或CAM技术。再加上技术水平的持续突破，国内诸多大型汽车冲压模具企业均成功的应用了CAE技术，再接着就是原型RP技术和传统式经济模具结合，制造出大型汽车覆盖件模具，这也处理了以往低熔点合金模具需要样件浇注模具，此类模具精度不高且制作精度低，样件制作困难，此时则实现了基于CAD模型的模具制造，同时确保了制件精度。随着科学技术水平的不断提升，计算机技术及信息技术和自动化技术等充斥，则冲压模具制造技术不断改进，乃至目前出现的冲压模内攻牙技术，此类技术可谓是充分引导了诸多为降低成本而抢购的热潮。

2 具体实验分析

2.1 实验产品

本文选用大约三吨拉延序模具，汽车模具铸件则运用泡沫进行实型铸造，泡沫实型制作时期则将其两部分制作合为一体。凸模型面采用QT600材质，模座则采用HT300材质。

2.2 造型工艺设计

浇注时的浇注顺序则是：第一，浇注球墨铸铁部分；第二，浇注灰铸铁部分。因为充型速度快而为了预防球墨铸铁铁液于浇注中，惯性作用于铁液则充型到灰铸铁位置出现材质混合，这时则把浇注系统设计为开放式浇注系统，运用底侧浇注方式，确保铁液可稳定充型，其间浇注系列比例是直浇道：横浇道：内浇道，1：1.5：2。

为了预防浇注灰铸铁时因充型力和重力落差冲击浇注球墨铸铁，从而出现球墨铸铁部分混乱，所以把灰铸铁内部浇道设于灰铸铁及球墨铸铁交界位置，以便降低内部浇道充型出现落差。同时造型时期则两个浇注系统是分开且独立的，预防其出现混合现象，两个浇注系统应设于独立浇口杯，并且做好标记，预防熔炼时浇注出现误差。

2.3 熔炼浇注工艺

铁液重量计算，采用UG软件将浇注系统详细绘制出来，从而精确计算球墨铸铁和灰铸铁分别需要的铁液量，计算时则铁液应包括铸件自身重量及相应浇道重量，通过计算则该实验球墨铸铁需铁液一吨，灰铸件则需要铁液一吨半；材质成分要求，硫属于反球化元素，和镁及稀土等球化元素有极强亲和力，硫使得铁液中球化元素形成镁或是稀土硫化物，从而出现夹渣及气孔，最终形成铸造缺陷，所以球墨铸铁时硫的含量应不超过0.02%。灰铸件中硫元素极易和锰元素结合，从而形成MnS及FeMn化和物质，这可作为石墨化非自发晶核，能够充分提升灰铸铁孕育成果，因此灰铸铁成分中硫含量务必保持在0.05%～0.1%之间。本文是双材质生产，则主要为了预防灰铸铁材质浇注完成之后与已经浇注的球墨铸铁材质出现球化反应，因此在生产灰铸铁硫含量应不超过0.02%。

通常预热时间 设为8 min，球墨铸铁铁液降温至1 200～1 250 ℃时则是模糊状，其流动力低，这时温度并不会导致铁液出现冷隔，且可有效降低铁液流动混合量。最终结果分析可得，浇注早期每吨球墨铸铁铁液于砂箱内降温程度是10 ℃/min，经过具体测量球墨铸铁浇注温度是1 405 ℃，因此设定浇注球墨铸铁铁液于17 min之后再浇注灰铸铁铁液。球墨铸铁浇注完成之后则应运用砂子把直浇道进行堵塞，这样可充分预防浇注灰铸铁铁液之后因压力而出现球铁铁液流动。

3 实验结果

3.1 外观检测分析

详细观察清理之后的铸件外观质量，球墨铸铁及灰铸铁结合面的光洁度、平整度、牢固度等是否符合要求。

3.2 内在质量

铸件两部分附铸试棒性能检测，主要是灰铸铁位置检测，球墨铸铁位置检测，性能和基体组织与显微组织，球墨铸铁性能和基体组织与显微组织。为了最终产品质量保障则采用便携式显微镜进行模具检测，各方面组织形态均需达到具体要求。

实验验证结果显示，各方加工性能良好且两类材质结合面未出现宏观分隔层。

4 结束语

总而言之，汽车用拉延序冲压模具则利用球墨铸铁及灰铸铁双材质形成，其间硫含量是控制于0.02%以下，设定的浇注提醒应控制灰铸铁铁液充型力，以便降低这两类液体出现混合现象，这有效解决了模具全采用球墨铸铁材质而出现材料及成本的浪费，凸模及模座等分体制造时需要后期再加工方面的难题，利用此类技术则可充分降低模具制造成本及实践。本文深层分析了双材质汽车冲压模具铸造工艺，并进行实验验证以获得适应性应用策略，以期推进国内双材质汽车冲压模具铸造业持续发展。

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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

康飞（1987-），男，本科学历，研究方向为汽车模具设计及制造。

2015-09-16