隨著新能源汽車的發展和汽車輕量化的需要，先進的擠壓鑄造技術在汽車結構件上的應用將越來越廣泛，如控制臂類、擺臂類、連桿類、發動機支架、輪邊支架類等底盤件已部分應用鋁合金材料制造。取代部分鍛造生產高性能復雜結構件，替代低壓和差壓鑄造、金屬型重力鑄造生產那些可靠性要求高結構件已成汽車未來優選趨勢。

轉向節屬于底盤安全件，具有連接、承載、轉向功能，服役條件復雜。筆者分別為東風和廣汽開發的兩款轉向節，其中東風汽車鋁合金擠壓鑄造轉向節原型搭載在某SUV車型，原生產工藝為球墨鑄鐵砂型鑄造，重量達4.5Kg，采用擠壓鑄造工藝生產的鋁合金轉向節，結合結構優化，減重比例大，可滿足零件性能要求，也填補了自主品牌空白。

采用A356鋁合金擠壓鑄造工藝生產轉向節，根據乘用車底盤零部件的8種典型工況對初步結構進行強度分析，根據CAE分析結果優化結構，經過多輪優化最終得到鋁合金轉向節優化數模和鑄件如圖1（a)、1（b）所示，重量為2.19Kg，減重比例達56.6%。

轉向節優化數模8種典型工況CAE分析結果如表1所示，應力分布均滿足要求，小于技術條件要求的A356材料屈服強度230Mpa。

表1 鋁合金轉向節優化模型分析結果

轉向節采用宇部HVSC-800PL臥式擠壓鑄造機生產，在模具設計上采用間接擠壓工藝布置。對鋁合金轉向節擠壓鑄造工藝進行前期模擬分析，結果表明，凝固過程中最后的液相區在零件前輪中心中部偏下，鑄件熱節也在此處集中，存在縮孔或縮松的危險，為保證充型平穩及凝固能夠很好的補縮，中間與輪轂連接的圓孔部位進行填實處理，結合水冷加局部擠壓進行改善。由于前期工作做的仔細認真，后期實驗中除在模具上加開排氣槽和修改擠壓銷間隙外，整個過程基本沒出現大的麻煩。

擠壓鑄造轉向經T6熱處理,固溶溫度為530℃保溫480min，40℃水冷，失效溫度為180℃保溫360min。從鑄件本體取樣測試力學性能，取樣位置見圖2所示。材料拉伸性能檢測結果如表2所示，達到設計要求。

圖2 拉伸試驗取樣位置

經對鋁合金轉向節不同工況受力CAE分析，如圖4和5所示。得到強度分析結果如表3

圖5 轉向節強度分析結果-位移云圖

表3 轉向節強度分析結果

經對轉向節擠壓鑄造過程的數值模擬，充型過程平穩，沒有卷氣和成型不良現象，凝固過程也沒有液相孤島存在，如圖6所示。由于有前期東風汽車擠壓鑄造鋁合金轉向節的研究工作基礎，在廣汽汽車轉向節的擠壓鑄造工藝實驗階段進展非常順利?；緦崿F一次試模成功。得到的擠壓鑄造轉向節如圖2-7所示。

圖6 轉向節擠壓鑄造件數值模擬結果

經對廣州汽車擠壓鑄造鋁合金轉向節力學性能測試，結果如表4；應力-應變曲線如圖8。

表4 擠壓鑄造A356.2鋁合金拉伸試棒的力學性能

氣囊支撐臂是汽車輪邊驅動橋的核心零件，見圖9，它與汽車箱體、減震器氣囊模塊、驅動系統相連，具有承載汽車后部載荷，支撐驅動橋并為減震氣囊起緩沖作用，見圖10。在汽車行駛狀態下，它承受著多變的沖擊減震載荷。氣囊支撐臂的安全可靠性直接影響著整車的行駛可靠性以及車載人員的生命安全，其在汽車零部件生產工業中具有非常重要的地位。屬于汽車A級安保類零件，氣囊支撐臂主要失效方式為疲勞破壞。

傳統汽車氣囊支撐臂主要由球墨鑄鐵鑄造而成。為了實現汽車輕量化，國外自十年前開始研發高性能鋁合金氣囊支撐臂，由鑄鐵件、鑄鋼件向鋁合金鍛造件的升級換代，以實現氣囊支撐臂產品的輕量化。項目來源于長江新能源電動汽車結構件，鋁合金氣囊支撐臂力學性能要求：本體取樣抗拉強度>300Mpa，屈服強度>210Mpa，斷后伸長率>8%。

表5 力學性能測試結果

鋁合金控制臂零件最大外型尺寸320mm×154mm，平均壁厚12mm，見圖13。結構帶弧形型彎曲結構，在三個位置上存在安裝圓孔，用于與其它部件連接，鑄件整體重量為2.5kg。從該鑄件結構特點上看，鑄件結構合理、壁厚適中，適合于采用擠壓鑄造成形。根據零件的受力工況，經對零件部分結構進行修改，經CAE分析得到了兩種應力和位移模擬結果如表6。兩種方案應力分布基本一致，性能接近，都在工況四中有最大應力，但能夠滿足A356的屈服強度。最終選定方案二作為開模制件。圖14為擠壓鑄造鑄件樹示意圖，圖15為局部擠壓結構圖。圖16為動模水路結構；圖17是擠壓鑄造控制臂X光探傷圖，從X光照片可以看出：擠壓鑄造控制臂在箭頭所指處有微觀縮松外，其它部位未發現有縮孔、縮松缺陷。

圖18是擠壓比壓100MPa條件下控制臂鑄件的顯微組織圖。從圖中可以看出擠壓鑄造控制臂的金相組織為：α+共晶體，在擠壓鑄造條件下，由于擠壓力的存在提高了鑄件的凝固速度，使初生α相的晶粒有了一定的細化。從控制臂鑄件本體取樣進行力學性能測試，鑄件各個位置力學性能相當，抗拉強度均大于300MPa,屈服強度大于230MPa，伸長率大于8%。達到了設計要求。圖19為控制臂臺架試驗裝置，經100萬次臺架試驗產品的各項性能指標完全滿足技術要求，其中剛度指標高于原來鑄鋼件。

東風天龍商用汽車發動機左右支架，分110型和113型，110型零件如圖20.是未來東風天龍商用汽車發動機主打產品，生命周期長，性能要求高，臺架實驗零件需能夠承受250KN不破壞。零件平均壁厚25mm,最大壁厚55mm，用間接擠壓鑄造生產這么厚大零件在國內外鮮有報道。左右支架產品如圖20所示。產品材料采用A356.2鋁合金。按設計要求從產品最厚部位取樣測得的力學性能能如表7。圖21為支架厚大截面剖切圖，從拋光圖可看出鑄件沒有任何縮松針孔、夾渣等鑄造缺陷。圖22 是擠壓鑄造件與金屬型重力鑄造件斷口對比圖，擠壓鑄造件的斷口（a）晶粒比金屬型重力鑄造斷口（b）晶粒更加細小。

圖20 擠壓鑄造發動機后懸左、右支架毛坯

表7 擠壓鑄造發動機后懸左支架力學性能

圖21 支架厚大截面剖切圖

圖22 兩種工藝生產的支架斷口比較

圖23為疲勞臺架實驗裝置，圖24為破壞性臺架實驗機。產品經臺架100萬次疲勞臺架實驗未發現變形、斷裂等問題。在破壞性實驗中，產品在365.7KN力的作用下才發生斷裂破壞，指標遠遠大于250KN的規定值。表8為支架承載力測試檢驗報告。

表8 支架承載力測試檢驗報告

文章來源：第十四屆中國國際壓鑄會議/第5屆有色合金及特種鑄造技術國際研討會。作者：羅繼相（武漢理工大學），裴連進、夏望紅、黃毅（廣州金邦液態模鍛技術有限公司）。