一種鋁合金汽車(chē)底盤(pán)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(chē)底盤(pán)鑄件的方法，更特別地說(shuō)，是一種按照順序凝固時(shí)間在進(jìn)入結(jié)晶保壓階段后繼續(xù)順序增壓的、制備鋁合金汽車(chē)底盤(pán)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(lái)，隨著汽車(chē)輕量化要求的提高，鋁合金結(jié)構(gòu)件在汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。以底盤(pán)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(chē)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(chē)型更多的應(yīng)用鋁合金零件，而在低端車(chē)型上應(yīng)用鋁合金材料由于價(jià)格原因受到很大限制。降低成本成為汽車(chē)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(chē)底盤(pán)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(diǎn)在于:(I)充型速度可控，金屬液流動(dòng)平穩(wěn)、減少了二次夾雜；(2)鑄件在壓力下凝固，補(bǔ)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(gè)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(gè)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(lái)的操作不便，以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)帶來(lái)的設(shè)備價(jià)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(guò)程可用作用在金屬液表面的壓力-時(shí)間曲線來(lái)反應(yīng)。典型的壓力-時(shí)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(gè)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(guò)程為:升液、充型、結(jié)晶增壓、結(jié)晶保壓和卸壓五個(gè)階段。
[0006]結(jié)晶增壓壓力直接影響了凝固補(bǔ)縮效果，結(jié)晶增壓壓力越高，凝固補(bǔ)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(duì)于鋁合金金屬型低壓鑄造，實(shí)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(lái)的鋁液溢出飛濺、鑄件飛邊毛刺等問(wèn)題，限制了通過(guò)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]本發(fā)明的目的就在于針對(duì)復(fù)雜形狀、變截面鋁合金汽車(chē)底盤(pán)鑄件金屬型低壓鑄造成型難以實(shí)現(xiàn)高結(jié)晶增壓壓力的問(wèn)題，結(jié)合該類鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和順序凝固工藝要求，提出一種在進(jìn)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(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(diǎn)和凝固順序，設(shè)定多個(gè)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(kāi)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(kāi)始凝固；若特征部位B開(kāi)始凝固時(shí)，仍未到達(dá)100?200kPa壓力，則在特征部位B開(kāi)始凝固時(shí)執(zhí)行步驟B ；
[0011 ] (B)在特征部位B開(kāi)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(kāi)始凝固；若特征部位C開(kāi)始凝固時(shí)，仍未到達(dá)210?300kPa壓力，則在特征部位C開(kāi)始凝固時(shí)執(zhí)行步驟C;
[0012](C)在特征部位C開(kāi)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(jìn)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(diǎn)和凝固順序，設(shè)定多個(gè)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(kāi)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(kāi)始凝固；若特征部位B開(kāi)始凝固時(shí)，仍未到達(dá)100?200kPa壓力，則在特征部位B開(kāi)始凝固時(shí)執(zhí)行步驟B ；
[0016](B)在特征部位B開(kāi)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(jìn)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(chē)底盤(pán)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(diǎn)在于:
[0019](I)采用本發(fā)明方法制備A356鋁合金鑄件，凝固補(bǔ)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(qiáng)度10?50%，提高延伸率25?50%。顯著減低了對(duì)模具結(jié)構(gòu)和鑄型合模力的要求，同時(shí)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(shí)現(xiàn)差壓鑄造的致密度和力學(xué)性能指標(biāo)，同時(shí)避免了差壓鑄造的上下罐結(jié)構(gòu)帶來(lái)的操作不便，以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)帶來(lái)的設(shè)備價(jià)格增加等問(wèn)題，可以更好的適應(yīng)汽車(chē)底盤(pán)構(gòu)件等鋁合金鑄件低成本大批量生產(chǎn)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1A是汽車(chē)后轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特征示意圖。
[0022]圖1B是實(shí)施例1的結(jié)晶保壓順序增壓方式的壓力一時(shí)間曲線圖。
[0023]圖2A是汽車(chē)用控制臂的結(jié)構(gòu)特征示意圖。
[0024]圖2B是實(shí)施例2的結(jié)晶保壓順序增壓方式的壓力一時(shí)間曲線圖。
[0025]圖3是實(shí)施例3的結(jié)晶保壓順序增壓方式的壓力一時(shí)間曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]針對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車(chē)架等鋁合金汽車(chē)底盤(pán)鑄件外形復(fù)雜、截面變化大等特點(diǎn)，差壓鑄造或低壓鑄造時(shí)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(guò)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(guò)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(shí)現(xiàn)良好的補(bǔ)縮效果。
[0028]在本發(fā)明中，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和凝固順序，設(shè)定多個(gè)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(lái)制備鋁合金汽車(chē)底盤(pán)鑄件(即一種鋁合金汽車(chē)底盤(pán)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(shuō):
[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(jìn)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(dá)到80?10kPa后，進(jìn)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(kāi)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