一種鋁合金汽車底盤鑄件金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶增壓方法
【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，是一種按照特征部位A的凝固結(jié)束時間，把結(jié)晶增壓劃分為兩個階段增大結(jié)晶增壓壓力的、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(dá)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(壓差)_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(jìn)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]針對現(xiàn)有轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車架等復(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，提出一種按照特征部位A的凝固結(jié)束時間，把結(jié)晶增壓劃分為兩個階段增大結(jié)晶增壓壓力的金屬型低壓鑄造成型用加壓方法，以進(jìn)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;
[0010]根據(jù)各特征部位的凝固順序，設(shè)定結(jié)晶增壓壓力:根據(jù)特征部位A凝固結(jié)束時間，把結(jié)晶增壓劃分為兩個階段;第一階段:充型結(jié)束至特征部位A凝固結(jié)束階段，結(jié)晶增壓壓力增大到80?150kPa;第二階段:特征部位A凝固結(jié)束后，結(jié)晶增壓壓力快速增大到160?100kPa，增壓速度為10?40kPa/s。
[0011 ]所述結(jié)晶增壓階段的步驟為:
[0012](A)充型階段結(jié)束，開始增大結(jié)晶增壓壓力；
[0013](B)特征部位A凝固結(jié)束時，結(jié)晶增壓壓力增大到80?150kPa;
[0014](C)特征部位A凝固結(jié)束后，以10?40kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力到160?lOOOkPa，然后進(jìn)入結(jié)晶保壓階段。
[0015]本發(fā)明的一種金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶增壓方法制備鋁合金汽車底盤鑄件，其特征在于有下列步驟:
[0016]步驟一，升液階段；
[0017]調(diào)節(jié)升液階段的壓力為15?21kPa，升液速度為1.8?2.0kPa/s;
[0018]步驟二，充型階段；
[0019]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(jìn)入型腔，直至將型腔全部充滿；
[0020]步驟三，結(jié)晶增壓階段；
[0021]經(jīng)步驟二后使鋁液完全充滿鑄型后，進(jìn)入結(jié)晶增壓階段:
[0022](A)充型階段結(jié)束，開始增大結(jié)晶增壓壓力；
[0023 ] (B)特征部位A凝固結(jié)束時，結(jié)晶增壓壓力增大到80?150kPa;
[0024](C)特征部位A凝固結(jié)束后，以10?40kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力到160?100kPa;
[0025]步驟四，結(jié)晶保壓階段；
[0026]在壓力達(dá)到160?100kPa后，進(jìn)入結(jié)晶保壓階段；
[0027](A)特征部位B凝固結(jié)束；
[0028](B)特征部位C凝固結(jié)束；
[0029](C)特征部位D凝固結(jié)束后，繼續(xù)保壓10?60s;
[0030]步驟五，卸壓放氣階段；
[0031]經(jīng)步驟四后，待鋁合金汽車底盤鑄件凝固完畢，解除保溫爐內(nèi)的氣體壓力，使升液管和澆道口未凝固的鋁液流回到保溫爐中。
[0032]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)晶增壓方法優(yōu)點在于:
[0033](I)采用本發(fā)明方法制備A356鋁合金汽車底盤鑄件，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。
[0034](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】
[0035]圖1A是汽車后轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特征示意圖。
[0036]圖1B是實施例1的結(jié)晶增壓方式的壓力一時間曲線圖。
[0037]圖2A是汽車用控制臂的結(jié)構(gòu)特征示意圖。
[0038]圖2B是實施例2的結(jié)晶增壓方式的壓力一時間曲線圖。
[0039]圖3是實施例3的結(jié)晶增壓方式的壓力一時間曲線圖。
【具體實施方式】
[0040]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0041]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(dá)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。
[0042]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。
[0043]本發(fā)明提出的是一種按照特征部位A凝固結(jié)束時間分階段增大結(jié)晶增壓壓力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:
[0044]步驟一，升液階段；
[0045]調(diào)節(jié)升液階段的壓力為15?21kPa，升液速度為1.8?2.0kPa/s;
[0046]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；
[0047]步驟二，充型階段；
[0048]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(jìn)入型腔，直至將型腔全部充滿；
[0049]步驟三，結(jié)晶增壓階段；
[0050]經(jīng)步驟二后使鋁液完全充滿鑄型后，進(jìn)入結(jié)晶增壓階段:
[0051](A)充型階段結(jié)束，開始增大結(jié)晶增壓壓力；
[0052 ] (B)特征部位A凝固結(jié)束時，結(jié)晶增壓壓力增大到80?150kPa;
[0053](C)特征部位A凝固結(jié)束后，以10?40kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力到160?100kPa;
[0054]步驟四，結(jié)晶保壓階段；
[0055]在壓力達(dá)到160?100kPa后，進(jìn)入結(jié)晶保壓階段；
[0056](A)特征部位B凝固結(jié)束；
[0057](B)特征部位C凝固結(jié)束；
[0058](C)特征部位D凝固結(jié)束后，繼續(xù)保壓10?60s;
[0059]步驟五，卸壓放氣階段；
[0060]經(jīng)步驟四后，待鋁合金汽車底盤鑄件凝固完畢，解除保溫爐內(nèi)的氣體壓力，使升液管和澆道口未凝固的鋁液流回到保溫爐中。
[0061 ] 實施例1
[0062]汽車后轉(zhuǎn)向節(jié)，A356合金，重2.81^。澆注溫度為710°(:，模具材質(zhì)!113鋼，模具初始溫度為350°C，冷卻方式為9路水冷與3路風(fēng)冷組合。轉(zhuǎn)向節(jié)構(gòu)形及特征部位如圖1A所示。圖1A的結(jié)構(gòu)參考現(xiàn)代制造工程2014年第4期《汽車后轉(zhuǎn)向節(jié)輕量化設(shè)計與試驗驗證》，作者張琦等。
[0063]參見圖1B所示的結(jié)晶增壓方式的壓力一時間曲線圖，采用金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶增壓方法制備鋁合金汽車底盤鑄件的步驟有:
[0064]步驟一，升液階段；
[0065]在升液壓力為19kPa、升液速度為1.9kPa/s的條件下，鋁液沿升液管平穩(wěn)上升至鑄型澆口處，并流入鑄型中；
[0066]步驟二，充型階段；
[0067]在充型壓力為27kPa、充型速度為0.5kPa/s的條件下，鋁液從澆口充入型腔，直至型腔全部充滿；
[0068]步驟三，結(jié)晶增壓階段；
[0069]在本發(fā)明中，改進(jìn)的結(jié)晶增壓壓力一時間曲線如圖1B所示。
[0070](A)充型階段結(jié)束，開始增大結(jié)晶增壓壓力；
[0071](B)至特征部位A在充型后16s后凝固時，結(jié)晶增壓壓力增大到120kPa;
[0072](C)特征部位A在充型后16s后凝固結(jié)束后，以24kPa/s的速度增大結(jié)晶保壓壓力到240kPa；
[0073]步驟四，結(jié)晶保