試論高性能鋁合金汽車底盤型材的生產(chǎn)工藝

郭昊 李天成 安宇軒 何黔敏

[摘要]本文主要對高性能鋁合金汽車底盤型材的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了探討，對生產(chǎn)過程中的熔煉、鑄造等工藝進(jìn)行合理制定，從而保證所制作出的產(chǎn)品符合用戶需要，確保汽車正常行駛。

[關(guān)鍵詞]鋁合金;汽車底盤;生產(chǎn)工藝

相對于其他材料而言，鋁合金材料重量較輕并且較為堅(jiān)固，是汽車輕量化過程中的理想材料。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，如果汽車整體的重量減少10%，那么其燃油效率會提升6%～8%。隨著汽車數(shù)量的增多，為了減輕環(huán)境壓力，可使用鋁合金來制造汽車零部件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，增強(qiáng)汽車動力，保證行駛安全。

一、明確鋁合金成分

在生產(chǎn)高性能鋁合金材質(zhì)的汽車底盤型材時，需要先進(jìn)行配料、熔煉、精煉、轉(zhuǎn)注、除氣，然后進(jìn)行除渣與細(xì)化、鑄造工作，再進(jìn)行均勻化與機(jī)械加工，最后進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后即可交貨。但是在進(jìn)行此些工藝生產(chǎn)前，需要對汽車底盤型材制造所使用的鋁合金成分進(jìn)行明確。現(xiàn)階段，工業(yè)中一般會使用6xxx系列的鋁合金進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，因?yàn)榇讼盗械暮辖饠D壓性與焊接性較強(qiáng)，具有強(qiáng)度可控與成本低的優(yōu)點(diǎn)。在此系列中6061鋁合金的強(qiáng)度與綜合性能較高，所以使用6061作為本次汽車底盤生產(chǎn)的主要材料。但是6061材料的擠壓加工與淬火性能較差，易出現(xiàn)材料變形問題，會降低生產(chǎn)效率與合格率。因此，在利用此材料前，要優(yōu)化6061鋁合金。通過對6061鋁合金進(jìn)行多種方式的化學(xué)與性能分析后，其合理合金成分如表1。

二、優(yōu)化熔鑄工藝參數(shù)

在參數(shù)優(yōu)化前，需要把握好熔鑄條件。有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)使用先進(jìn)的25t的矩形固定熔爐進(jìn)行熔煉，使用25t的立式鑄造設(shè)備進(jìn)行鑄造，通過除氣除渣等工序后進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，之后進(jìn)行同水平的半連續(xù)鑄造作業(yè)，最后經(jīng)過均勻化處理與機(jī)械加工之后，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄錠，以供擠壓作業(yè)使用。

在制作汽車底盤的型材時，第一，熔煉。對于6061鋁合金而言，要將其放入天然氣的融化保溫爐內(nèi)熔煉。在裝爐之前要進(jìn)行預(yù)熱爐溫，待溫度達(dá)到8000C左右時，按照lt：lkg的比例在爐內(nèi)均勻撒上清爐劑，做好清爐工作，然后再裝爐、熔煉。在熔煉時要使用永磁攪拌機(jī)，以此提升熔煉效率：熔煉溫度要控制在720-750℃范圍內(nèi)。待熔煉取樣化驗(yàn)分析符合標(biāo)準(zhǔn)后，才可進(jìn)行下一步作業(yè)。

第二，精煉。要使用純度在99.997%以上的高純度氮?dú)鈦砭珶捨镔|(zhì)，其溫度在720～750℃范圍內(nèi)，精煉劑的使用量為1.0～1.5kg/t，壓力控制在鋁液表面出現(xiàn)輕微翻滾即可，精煉時間約為15分鐘。在精煉完成后，要將鋁液表面的浮渣清除徹底，并在靜置15～30分鐘后對爐內(nèi)溶體含氫量進(jìn)行測試，測試結(jié)果如果低于0.18ml/100gAl即為合格。

第三，轉(zhuǎn)注與變質(zhì)處理。在鋁液出爐之前，需要做好一些鑄造準(zhǔn)備工作，并對溜槽專注系統(tǒng)、鑄造機(jī)的供水系統(tǒng)、預(yù)熱、流盤等進(jìn)行重點(diǎn)檢查，保證各個結(jié)晶器的水簾是完整且均勻的。在進(jìn)行轉(zhuǎn)注時，要避免金屬出現(xiàn)二次誤差，對金屬落差予以封閉，保證熔體可以在金屬液面下正常流動。在過濾前，需要利用喂絲機(jī)把現(xiàn)狀細(xì)化機(jī)放在流槽中，放入速度要依照合金的含金量來確定。

第三，過濾處理。為提升溶體純度，要先使用泡沫陶瓷式的過濾器進(jìn)行溶體再次出渣，同時在過濾箱的入口位置安裝玻璃絲布當(dāng)作過濾網(wǎng)，避免溶體中存留的非金屬進(jìn)入到鑄錠內(nèi)。之后再將溶體從靜置爐中轉(zhuǎn)注到鑄造結(jié)晶設(shè)備中。要依照鋁液的流量來明確過濾設(shè)備的規(guī)格，一般情況下，500mm的過濾板能夠過濾的金屬總量在30t左右：依照溶體的潔凈度來明確目數(shù)，通常狀況下，40ppi過濾板每次可以清除1/2的5um夾雜物。

第四，鑄造。對于圓鑄棒的生產(chǎn)要采取水平熱頂鑄造方式，其具體參數(shù)為：鑄棒的規(guī)格是410mm：鑄造溫度700-720℃：冷卻水壓0.1-0.15MPa，水量為0.1-0.15L/min;鑄造速度50-60mm/min。

第五，鐵錠處理。在對鐵錠進(jìn)行均勻化處理時，需要在批示的均質(zhì)爐內(nèi)完成，具體均勻處理工藝參數(shù)為：鑄棒規(guī)格410mm;加熱溫度550～570℃：加熱時間2.5～3.5H;保溫溫度550～560℃：保溫時間10H;利用風(fēng)冷與霧冷結(jié)合的方式進(jìn)行冷卻。

三、擠壓技術(shù)與熱處理

高品質(zhì)鋁合金的汽車底盤型材屬于一種較為特殊的型材，其結(jié)構(gòu)為異型空心結(jié)構(gòu)，空腔多、壁厚較薄，不僅要保證其強(qiáng)度較高，同時還要確保其尺寸精準(zhǔn)，盡量保持輕量化。所以在生產(chǎn)時難度較高，需要極高的技術(shù)含量，難以批量生產(chǎn)。

在本次底盤型材生產(chǎn)過程中，需要將經(jīng)過改進(jìn)的強(qiáng)鋁合金放入到70MN擠壓設(shè)備的420mm*1200mm擠壓筒中進(jìn)行擠壓，此設(shè)備的擠壓方式較為特殊，屬于分流組合式的單孔正向擠壓。因?yàn)閿D壓的溫度、速度與擠壓力之間有著密切的聯(lián)系，影響較大，所以在擠壓溫度為440℃時，將擠壓速度提升為7m/min后，會存在擠壓困難問題。在擠壓時，擠壓的壓力與溫度成反比，溫度越高，壓力越低。加之?dāng)D壓溫度能夠增強(qiáng)合金塑形與變形能力，所以要將擠壓溫度控制在440℃以上。雖然擠壓溫度升高、擠壓速度提升，可以產(chǎn)生結(jié)晶并幫助其長大，但是這會大大降低底盤型材的產(chǎn)品強(qiáng)度。當(dāng)擠壓溫度500℃、擠壓速度7m/min，此時型材強(qiáng)度最低。由此可見，為了提升底盤型材的性能，需要合理的降低擠壓溫度與毒素。在對擠壓設(shè)備的性能進(jìn)行全面考慮后，每項(xiàng)設(shè)定參數(shù)為：擠壓溫度480～500℃、擠壓速度3-5m/min。在擠壓后需要在淬火設(shè)備上進(jìn)行淬火，并使用175℃*8H時效工藝予以處理。

四、結(jié)束語

綜上所述，為了制作出高性能的鋁合金汽車底盤型材，需要做好生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，并且要明確好每段施工的具體工作流程與參數(shù)。在正式生產(chǎn)前，需要確定好鋁合金的化學(xué)成分，通過一定方式的改進(jìn)來增強(qiáng)其強(qiáng)度，提升性能，從而使制作出的汽車底盤型材符合用戶需求，能夠生產(chǎn)出具備較高綜合性能的汽車底盤。