一種鋁合金汽車底盤鑄件金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用低壓鑄造工藝制作鋁合金汽車底盤鑄件的方法，更特別地說，是一種按照順序凝固時間在進入結(jié)晶保壓階段后繼續(xù)順序增壓的、制備鋁合金汽車底盤鑄件的、金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著汽車輕量化要求的提高，鋁合金結(jié)構(gòu)件在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。以底盤懸架系統(tǒng)為例，鋁合金前/后轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)用比例已接近50%，擺臂、控制臂類零件的鋁合金應(yīng)用比例也達到30%左右。1995年，寶馬5系車就采用了全鋁懸架，使懸掛系統(tǒng)質(zhì)量減輕了 15%;前橋、后橋采用了鋁合金，減重65kg。中高端車型更多的應(yīng)用鋁合金零件，而在低端車型上應(yīng)用鋁合金材料由于價格原因受到很大限制。降低成本成為汽車鋁合金零件生產(chǎn)企業(yè)努力的方向。
[0003]鑄造成型鋁合金汽車底盤構(gòu)件的常用材料為A356和A380等，常用的鑄造工藝有重力金屬型鑄造、低壓鑄造、高壓鑄造、差壓鑄造、高真空壓鑄和半固態(tài)鑄造等。差壓鑄造工藝較多用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂等外形復(fù)雜、截面變化大、不能產(chǎn)生縮孔縮松等鑄造缺陷的高品質(zhì)鑄件。
[0004]差壓鑄造和低壓鑄造的共同特點在于:(I)充型速度可控，金屬液流動平穩(wěn)、減少了二次夾雜；(2)鑄件在壓力下凝固，補縮效果好、組織致密，致密度和力學(xué)性能顯著提高。其差別在于:差壓鑄造有上下兩個壓力罐，下壓力罐為保溫爐和鋁液坩禍，上壓力罐為鑄型(砂型或金屬型模具)，而低壓鑄造僅有一個下壓力罐，鑄型直接暴露在大氣中。與低壓鑄造相比，差壓鑄造鑄件在較大的壓力環(huán)境下結(jié)晶凝固，組織更加致密，但差壓鑄造的上下罐結(jié)構(gòu)帶來的操作不便，以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)帶來的設(shè)備價格增加，導(dǎo)致差壓鑄造的應(yīng)用遠(yuǎn)不及低壓鑄造普及。
[0005]低壓鑄造工藝過程可用作用在金屬液表面的壓力-時間曲線來反應(yīng)。典型的壓力-時間曲線包括升液階段、充型階段、結(jié)殼增壓階段、結(jié)殼保壓階段、結(jié)晶增壓階段、結(jié)晶保壓階段以及卸壓階段等七個不同工藝階段。金屬型低壓鑄造一般省去結(jié)殼階段，因此，金屬型低壓鑄造工藝過程為:升液、充型、結(jié)晶增壓、結(jié)晶保壓和卸壓五個階段。
[0006]結(jié)晶增壓壓力直接影響了凝固補縮效果，結(jié)晶增壓壓力越高，凝固補縮效果越好，越有利于消除縮孔縮松等缺陷，提高組織致密度。低壓鑄造的結(jié)晶增壓壓力一般為50?80kPa，特殊條件下增大到80?150kPa。
[0007]對于鋁合金金屬型低壓鑄造，實際生產(chǎn)中考慮到鑄型合模力的限制以及模具間縫隙帶來的鋁液溢出飛濺、鑄件飛邊毛刺等問題，限制了通過提高結(jié)晶增壓壓力進一步提高鑄件組織致密度和力學(xué)性能的可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就在于針對復(fù)雜形狀、變截面鋁合金汽車底盤鑄件金屬型低壓鑄造成型難以實現(xiàn)高結(jié)晶增壓壓力的問題，結(jié)合該類鑄件的結(jié)構(gòu)特點和順序凝固工藝要求，提出一種在進入結(jié)晶保壓階段后根據(jù)凝固順序持續(xù)增壓的鋁合金鑄件金屬型低壓鑄造成型用加壓方法，以進一步減少縮孔縮松等鑄造缺陷、提高鑄件組織致密度和力學(xué)性能。
[0009]本發(fā)明的一種金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包括有升液階段、充型階段、結(jié)晶增壓階段、結(jié)晶保壓階段和卸壓階段;其特征在于:根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點和凝固順序，設(shè)定多個特征部位，所述特征可以是特征部位A、特征部位B、特征部位C、特征部位D;根據(jù)特征部位的凝固順序在結(jié)晶保壓階段與卸壓階段之間增加了結(jié)晶保壓后順序增壓階段；
[0010](A)在特征部位A開始凝固后，以5?20kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力，直到結(jié)晶保壓壓力到100?200kPa，然后保壓到特征部位B開始凝固；若特征部位B開始凝固時，仍未到達100?200kPa壓力，則在特征部位B開始凝固時執(zhí)行步驟B ；
[0011 ] (B)在特征部位B開始凝固后，以10?20kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力，直到結(jié)晶保壓壓力到210?300kPa，然后保壓到特征部位C開始凝固；若特征部位C開始凝固時，仍未到達210?300kPa壓力，則在特征部位C開始凝固時執(zhí)行步驟C;
[0012](C)在特征部位C開始凝固后，以20?40kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力，直到結(jié)晶保壓壓力到310?lOOOkPa，然后進入保壓階段；
[0013](D)在壓力310?100kPa條件下，保壓至特征部位D凝固結(jié)束后，繼續(xù)保壓10?60s
后卸壓。
[0014]本發(fā)明的另一種金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包括有升液階段、充型階段、結(jié)晶增壓階段、結(jié)晶保壓階段和卸壓階段;其特征在于:根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點和凝固順序，設(shè)定多個特征部位，所述特征可以是特征部位A、特征部位B、特征部位C、特征部位D;根據(jù)特征部位的凝固順序在所述的結(jié)晶保壓階段與所述的卸壓階段之間增加了結(jié)晶保壓后順序增壓階段；
[0015](A)在特征部位A開始凝固后，以5?20kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力，直到結(jié)晶保壓壓力到100?200kPa，然后保壓到特征部位B開始凝固；若特征部位B開始凝固時，仍未到達100?200kPa壓力，則在特征部位B開始凝固時執(zhí)行步驟B ；
[0016](B)在特征部位B開始凝固后，以20?40kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力，直到結(jié)晶保壓壓力到310?lOOOkPa，然后進入保壓階段；
[0017](C)在壓力310?100kPa條件下，保壓至特征部位D凝固結(jié)束后，繼續(xù)保壓10?60s
后卸壓。
[0018]本發(fā)明的一種制備鋁合金汽車底盤鑄件的金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法優(yōu)點在于:
[0019](I)采用本發(fā)明方法制備A356鋁合金鑄件，凝固補縮效果顯著提高。與現(xiàn)有低壓鑄造加壓方法相比，在模具結(jié)構(gòu)和合模力不變的情況下，可以提高抗拉強度10?50%，提高延伸率25?50%。顯著減低了對模具結(jié)構(gòu)和鑄型合模力的要求，同時避免了鋁液溢出飛濺、鑄件飛邊毛刺等缺陷。
[0020](2)采用本發(fā)明方法制備復(fù)雜形狀、變壁厚的高品質(zhì)鋁合金鑄件，可以實現(xiàn)差壓鑄造的致密度和力學(xué)性能指標(biāo)，同時避免了差壓鑄造的上下罐結(jié)構(gòu)帶來的操作不便，以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)帶來的設(shè)備價格增加等問題，可以更好的適應(yīng)汽車底盤構(gòu)件等鋁合金鑄件低成本大批量生產(chǎn)要求。
【附圖說明】
[0021 ]圖1A是汽車后轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特征示意圖。
[0022]圖1B是實施例1的結(jié)晶保壓順序增壓方式的壓力一時間曲線圖。
[0023]圖2A是汽車用控制臂的結(jié)構(gòu)特征示意圖。
[0024]圖2B是實施例2的結(jié)晶保壓順序增壓方式的壓力一時間曲線圖。
[0025]圖3是實施例3的結(jié)晶保壓順序增壓方式的壓力一時間曲線圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。
[0027]針對轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車架等鋁合金汽車底盤鑄件外形復(fù)雜、截面變化大等特點，差壓鑄造或低壓鑄造時通常采用順序凝固原則，既澆口(升液管)放在厚大部位處，充型過程中，高溫鋁液自澆口流出充滿鑄件，最后到達遠(yuǎn)離澆口的較薄部位;凝固過程中，遠(yuǎn)離澆口的較薄部位先凝固，然后逐漸向澆口部位順序凝固，以實現(xiàn)良好的補縮效果。
[0028]在本發(fā)明中，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點和凝固順序，設(shè)定多個特征部位，即選擇距離澆口最遠(yuǎn)的端部薄壁處為特征部位A，選擇距離澆口次遠(yuǎn)的壁厚突變處為特征部位B，選擇距離澆口較近的壁厚突變處為特征部位C，選擇澆口中心為特征部位D。
[0029]本發(fā)明提出的是一種增加了結(jié)晶保壓后順序增壓的金屬型低壓鑄造方法來制備鋁合金汽車底盤鑄件(即一種鋁合金汽車底盤鑄件金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法)，本發(fā)明方法包括有:升液階段、充型階段、結(jié)晶增壓階段、結(jié)晶保壓階段、結(jié)晶保壓后順序增壓階段和卸壓放氣階段。具體地說:
[0030]步驟一，升液階段；
[0031 ]調(diào)節(jié)升液階段的壓力為15?21kPa，升液速度為1.8?2.0kPa/s;
[0032]將15?21kPa的壓縮空氣通入密封的保溫爐中，鋁液在壓力的作用下沿升液管平穩(wěn)上升至鑄型澆口處，并流入鑄型中；
[0033]步驟二，充型階段；
[0034]調(diào)節(jié)充型階段的充型壓力為25?35kPa，充型速度為0.4?1.0kPa/s，使鋁液從澆口進入型腔，直至將型腔全部充滿；
[0035]步驟三，結(jié)晶增壓階段；
[0036]經(jīng)步驟二后使鋁液完全充滿鑄型后，在5?7s快速增加壓力至80?10kPa;
[0037]步驟四，結(jié)晶保壓階段；
[0038]在增壓壓力達到80?10kPa后，進入結(jié)晶保壓階段；
[0039]步驟五，結(jié)晶保壓后順序增壓階段；
[0040]在本發(fā)明中，結(jié)晶保壓后順序增壓方法具體視鑄件尺寸和結(jié)構(gòu)、模具狀態(tài)和冷卻條件而有差異。
[0041 ]所述的結(jié)晶保壓后順序增壓方法是指:
[0042](A)在特征部位A開始凝固后，以5?20kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力，直到結(jié)晶保壓壓力到100?200kP