CN101758195A - 一种压铸方法、模具及其压铸系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压铸方法、模具及其压铸系统，属于铸造技术领域。本发明所提供的压铸方法采用了双浇道浇注、分阶段射入浇注的工艺，并结合设计了相应的模具和压铸系统，对汽车油电混合转向系统的油泵壳体进行压铸后，所得到的铸件具有气孔少、肉质好的特点，从而能满足高耐压性和高气密性的产品性能要求；而且铸件的成品率高。

Description

一种压铸方法、模具及其压铸系统

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种结构复杂的、高耐压性、高气密性要求的汽车油电混合转向系统油泵壳体铸件的压铸方法、模具及其压铸系统。

背景技术

压铸方法广泛应用于气密性和气压性要求比较高的产品中。汽车油电混合转向系统的油泵壳体是一种汽车搭载的动力转向系统的零部件，其可以通过油电混合来辅助驾驶者更方便的控制汽车转向。汽车油电混合转向系统的油泵壳体通常也采用压铸方法制造。

图1至图3所示为现有技术的汽车油电混合转向系统油泵壳体的结构示意图。其中，图1所示为汽车油电混合转向系统油泵壳体的俯视侧的立体结构示意图，图2所示为汽车油电混合转向系统油泵壳体的仰视侧的立体结构示意图；图3所示为汽车油电混合转向系统油泵壳体的截面示意图。如图1至3所示，汽车油电混合转向系统油泵壳体为结构复杂的、大致为圆环柱状的铸件，其主要包括圆环体10、圆环体10的侧壁凸起20等。由于该铸件产品的功能设计要求，圆环体10的侧壁壁厚不均，其基本壁厚为5mm，最厚部位达到15mm左右。并且，由于圆环体10的侧壁上存在各种各样的凸起20，致使该侧壁上凹凸不平、结构复杂。另外，汽车油电混合转向系统油泵壳体进一步还包括虑油槽孔30、中心轴孔40和ECU(Electronic Controller Unit，电子控制元件)电路通孔50。滤油槽孔30和中心轴孔40使该产品内部孔穴交织，不同于常规压铸产品。ECU电路通孔50使产品在圆环体的基础上又增加了垂直于圆环的切面结构，增加了产品结构的复杂程度。通常，汽车油电混合转向系统的油泵壳体具有较高的耐压性、气密性要求，其耐压范围通常在128±3Bar，压力最高部位可达280Bar。由于其气密性要求，铸件内部的气孔有以下要求：(1)高压功能的加工孔部气孔最大长度小于或者等于0.8mm；(2)其他通常加工部位气孔最大长度小于或者等于1.2mm，且两个气孔间距离需要大于气孔最大长度的2倍；(3)在同一加工区域中，最大长度小于0.5mm的气孔不能超过5个。

现有技术的压铸方法中，对类似于圆环柱结构形状的铸件(例如，汽车油电混合转向系统油泵壳体铸件)通常分别采用以下两种方法。

第一种是采用″环形浇道″方式浇注，即从圆环柱结构的环形外周的一端进浇。这样设计的思路主要是考虑到铝合金液体流动时可以利用环形外周的壁厚，充分进行填充，而且在压铸过程中，由于高压高速的流动力作用，产生涡旋流动力，从而加快铝液流动的效果，更易于填充。但是这种只采用环形浇道的方式也有严重的品质隐患，由于高压高速状态下，铝液流动产生强大的涡旋流动力，很容易造成模具型腔中空气在涡旋力的作用下一同铝液卷曲流动，空气较难通过排气排渣口排出，易造成气体残留在铝液中，并在模具高温处聚集形成卷气的内质不良。

第二种是采用″平面侧切式浇道″方式浇注，即从圆环柱结构的侧壁中央切线处以″一″字进浇，沿侧壁的环形外周两侧分别流动并合拢。这样的浇注方式的缺点是对该产品模具的中间部分的冲击力较大，易产生模具的热疲劳而发生品质不良；另外，这种浇注方式难以对侧壁形状复杂且凹凸起伏的产品进行平稳的、充分的填充，易造成卷气和填充不良的问题的发生；并且，侧壁中央切线进浇时，铝液会首先受到环形模具型芯的冲击和阻力，易造成铝液的能量损失，不利于产品的末端填充，也不利于产品内部气体的排除。

通过以上任一方法对汽车油电混合转向系统的油泵壳体进行压铸制造时，其成品的耐压渗漏试验时的不良率在20％～25％左右，有的甚至更高，严重增加了产品制造成本；同时，对于这种高耐压性的形状复杂的产品，需要结合真空压铸、局部加压压铸等特种压铸工艺，这样增加了设备成本和管理成本的投入，给正常的大量生产带来巨大的负担。而且，生产的工程设置和工序排布都会因此而变得复杂，增加了生产的过程时间，降低了设备综合效率和企业的整体产能。

有鉴于此，针对汽车油电混合转向系统的油泵壳体的特殊形状性能要求，有必要提出一种新的压铸方法，并相应设计新的模具及其压铸系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，根据汽车油电混合转向系统的油泵壳体的复杂结构特点以及高耐压性、高气密性要求，提出新的压铸方法、模具以及压铸系统，以提高油泵壳体铸件的成品率。

为解决以上技术问题，本发明提供的一种汽车油电混合转向系统的油泵壳体的压铸方法，在该方法中，从主浇道的环形浇道和辅助浇道的平面侧切式浇道同时进行浇注；在浇注金属液填充模具的型腔之前，采用低速射出速度进行浇注；在浇注金属液填充满模具的型腔过程中，采用高速射出速度进行浇注。

作为较佳技术方案，该方法还包括：在浇注金属液填充满模具的型腔之后，采用增压射出进行补充浇注。

较佳地，所述低速射出速度范围为0.15-0.35米/秒；所述高速射出速度范围为2.0-4.8米/秒。所述高速射出速度进行浇注的区间范围为100-140毫米；压铸机作用在压射冲头上的压力范围为55-85兆帕。增压所需的时间范围为35-65毫秒。

根据本发明所提供的压铸方法，其中，还包括通过冷却系统对模具进行均匀冷却，所述冷却系统包括直径最细为1.2毫米左右的冷却水管、以实现对模具中的细小凸起部位进行冷却。冷却过程中，冷却水管中的冷却水压力范围为1.0～1.2兆帕。

根据本发明所提供的压铸方法，其中，在压铸时，还采用中央集中式大量排气系统进行排气。

本发明同时一种汽车油电混合转向系统的油泵壳体的模具，该模具的型腔中，在对应于所述油泵壳体的圆环柱结构的环形外周上端处开有环形浇道，在对应于所述油泵壳体的圆环柱结构的侧壁外侧处开有平面侧切式浇道。

根据本发明所提供的模具，其中，所述环形浇道和平面侧切式浇道共用同一个料筒。

根据本发明所提供的模具，其中，所述模具中设置有冷却水孔，所述冷却水孔的最细部分的直径为2毫米左右，所述冷却水孔的最细部分对应设置在模具中的细小凸起部位。

根据本发明所提供的模具，其中，还包括若干排渣包，所述排渣包对应设置于所述油泵壳体的圆环柱结构的环形外周的端面处。所述端面的上端面和下端面处均设置若干排渣包。

本发明进一步提供一种汽车油电混合转向系统的油泵壳体的压铸系统，其包括：

以上所述及的模具；

用于对所述模具浇注的压铸机；

用于浇注时对所述模具进行排气的中央集中式大量排气系统；以及冷却系统。

根据本发明所提供的压铸系统，其中，所述冷却系统包括直径最细为1.2毫米左右的冷却水管、以实现对模具中的细小凸起部位进行冷却。

所述冷却系统还包括冷却水加压装置。

本发明的技术效果是，通过本发明所提供的压铸方法、模具和压铸系统对汽车油电混合转向系统的油泵壳体进行压铸后，由于采用了双浇道浇注、分阶段射入浇注的工艺，所得到的铸件具有气孔少、肉质好的特点，从而能满足高耐压性和高气密性的产品性能要求，而且铸件的成品率高。

附图说明

图1是汽车油电混合转向系统油泵壳体的俯视侧的立体结构示意图；

图2是汽车油电混合转向系统油泵壳体的仰视侧的立体结构示意图；

图3是汽车油电混合转向系统油泵壳体的截面示意图；

图4是车油电混合转向系统油泵壳体铸件的压铸系统的主视图；

图5是车油电混合转向系统油泵壳体铸件的压铸系统的俯视图；

图6是车油电混合转向系统油泵壳体铸件的压铸系统的仰视图；

图7是本发明提供的带冷却水孔的汽车油电混合转向系统油泵壳体的模具局部结构意图；

图8是本发明提供的带冷却水孔的汽车油电混合转向系统油泵壳体的模具又一局部结构意图。

图9是浇注金属液的射出速度与金属液浇注位置的关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

该发明中，汽车油电混合转向系统油泵壳体一般采用铝金属或者铝合金，因此，采用铝金属液体(包括铝合金液体)作为浇注金属液，需要说明的是，浇注金属液的选择不受本发明实施例的限制，例如还可以是镁合金液体、锌合金液体等。

图4至图6所示为本发明提供的汽车油电混合转向系统油泵壳体的压铸系统示意图。其中，图4所示为车油电混合转向系统油泵壳体的压铸系统的主视图，图5所示为车油电混合转向系统油泵壳体的压铸系统的俯视图，图6所示为车油电混合转向系统油泵壳体的压铸系统的仰视图。结合图4、图5和图6所示，该发明提供的压铸系统包括压铸机31、车油电混合转向系统油泵壳体铸件的模具、中央集中式大量排气系统33以及冷却系统(图中未示出)。

首先，对汽车油电混合转向系统油泵壳体的模具进行具体说明。

本领域技术人员悉知，模具内部型腔的具体结构设计是与目标铸件的形状相对应的，因此，在此不对模具内部的具体结构设计作详细说明。由于汽车油电混合转向系统油泵壳体为类似于圆环柱结构形状，所以其模具也设计也是对应设计成圆柱状。如图4至图6所示，汽车油电混合转向系统油泵壳体的模具包括模具本体20、环形浇道23、平面侧切式浇道25和料筒21。最终的汽车油电混合转向系统油泵壳体铸件形成于模具本体20中。模具的型腔中，在对应于目标铸件(汽车油电混合转向系统的油泵壳体)的圆环柱结构的环形外周上端处，开有环形浇道23；在对应于目标铸件(汽车油电混合转向系统的油泵壳体)的圆环柱结构的侧壁外侧处，开有平面侧切式浇道25。在该实施例中，平面侧切式浇道25和环形浇道23共用同一个料筒21以进行金属液浇注。铝合金液体可以从料筒21进入，然后分别经过平面侧切式浇道25、环形浇道23注入模具本体20的型腔中，其中，环形浇道23中金属液通过浇口231注入型腔中，平面侧切式浇道25中金属液通过浇口251注入型腔中。在该实施例中，环形浇道23是选择铝液流量和流速相对较佳的进浇部位，考虑目标铸件的主要成形部位是圆环柱结构的环形外周部位，所以把环形浇道定为主浇道。在压铸过程中，环形浇道23可以使铝液沿环形外周进行涡旋式流动，增加了铝液的流动速度，并且先行进入模具型腔的冷料部分会在涡旋流动的作用下顺序流动到产品的填充末端，即排渣包271、273处，有利于提高产品的内部品质。环形浇道23使铝液沿模具本体20中的圆形型芯进浇流动，对模具本体20中的圆形型芯具有一定的冲刷作用，但不会对型芯部分造成冲击，有利于保护和延长模具的使用寿命。进一步，该实施例中结合利用平面侧切式浇道25作为辅助浇道。由于目标产品的形状复杂，例如圆环体上存在各种各样的凸起部位，从而使圆环体的侧壁凹凸起伏，环形浇道浇注时，涡旋式的铝液流动对于形状凹凸复杂的部位可能造成填充不足的现象，并且由环形浇道产生的涡旋式铝液流动时，在目标产品壁厚部位和模具本体20温度较高部位易出现铝液中的气体聚集，从而导致内部质量下降。铝液从平面侧切式浇道25同时浇注时，可以有针对性地对产品局部形状进行有效填充以解决以上所述问题，改善产品垂直于环形外周方向的壁厚填充性能。

如图5和图6所示，该实施例提供的模具还包括若干排渣包，排渣包设置于相应目标铸件(汽车油电混合转向系统的油泵壳体)的圆环柱结构的环形外周的端面。这是由于，虽然铸造系统的排气系统可以对于目标产品的若干重点部位进行良好排气，但由于空间狭小，不能对目标产品的上下端面部位的气体进行有效排除。考虑到目标产品的上下端面部位位于两面抽芯之间并且抽芯能够顺畅运动，该处无法设置排气系统。但进一步为了使上下端面部位的铝合金液前端的废料能够排除产品，在上端面设置3个排渣包271，底面的下端面外周设置10块排渣包273，其对上下端面的外观和目标产品的内质都起到了很好的作用。排渣包的具体数量不受本发明实施例限制，本领域技术人员可以更加具体需求而选择。

图7所示为本发明提供的带冷却水孔的汽车油电混合转向系统油泵壳体的模具局部结构意图。图7中所示的模具局部结构为其中一个镶件。现有技术的压铸工艺中，在模具中通常会设置冷却水孔，冷却水孔中进一步放置通水的冷却水管，以使金属液能相对均匀冷却。但是，现有技术的模具中的冷却水孔的最细直径大于或等于6毫米。对汽车油电混合转向系统油泵壳体，在目标产品壁厚较厚或者模具本体中20的细小凸起部位不能设置冷却水孔以进行内部冷却，因此需要对冷却水孔作进一步改进设计。如图7所示，模具局部结构中存在细小凸起部位28，为使细小凸起部位28周围的铝液能较好冷却，设置有能插入细小凸起部位28的冷却水孔29。

图8所示为本发明提供的带冷却水孔的汽车油电混合转向系统油泵壳体的模具又一局部结构意图。图8中所示的模具局部结构为其中又一个镶件。如图8所示，虚线代表冷却水孔，冷却水孔按直径递减形式设计，在该实施例中，其包括第一直径的冷却水孔291、第二直径的冷却水孔292、第三直径的冷却水孔293三部分，其中第三直径的冷却水孔293为最细部分，其插入结构参数较小的细小凸起部位28。在图7和图8所示实施例中，冷却水孔293(也即冷却水孔29的最细部分)的直径设计为2毫米左右，其长度可以根据细小凸起部分相对模具本体的表面的深度来调整。其中冷却水孔中设置用于通水的冷却水管，冷却水管与压铸系统的冷却系统相连接，形成冷却系统。在冷却水孔293的直径设计为2毫米左右时，其中的冷却水管的直径对应设计为1.2毫米左右，因此为深孔冷却提供了保证，特别是对于模具本体中的细小凸起部位28的冷却提供了保证。在该实施例中，可以通过细孔加工设备对模具本体细小凸起部位处和细小镶件型芯内部进行冷却水孔加工；其中，镶件型芯的最小壁厚达到了0.8mm，整体型芯的最小壁厚在2.5mm左右。

进一步，对图4至图6所示的压铸系统进行说明，其中压铸机31用于对料筒21射入铝液，具体的压铸工艺条件参数，可以通过压铸机控制。中央集中式大量排气系统33与模具本体连接，由于该目标产品的复杂外形，导致在模具本体20结构中难以设置有正常的排气空间，在没有真空压铸、局部加压压铸等特殊压铸法的情况下，对于气密性要求很高的目标产品来说，模具本体型腔内的气体以及模具料筒内卷曲的气体如何排除或分布就成了铸造该目标产品的难点和至关重要的因素。该实施例中，考虑到该目标产品的主体部分在模具本体的左右抽芯内，没有空间排气，因此，结合利用真空压铸中所使用的集中排气与大量排气两种手段，将目标产品重要机能部位的排气与产品最终填充部位的排气集中，利用模具本体左右两抽芯的狭小空间集中到一起，最终设计出中央集中式大量排气系统33以排出气体，从而有效地解决了上述矛盾和难题。

为了更好地对金属液进行冷却、改善通常情况下不能或不易冷却的热量集中部位，本发明的压铸系统还包括独特设计的冷却系统，该实施例中，冷却系统中包括设置在图7、图8所示的多个冷却水孔中的冷却水管。该冷却系统还包括冷却水加压装置，该冷却水加压装置可以把压力提高到1.0～1.2Mpa(现有技术中，冷却水压力只有0.1-0.3Mpa)，为细小深孔的模具冷却提供了必要条件。保证细小深孔的情况下，冷却水的高速流动和高效的热交换功能。本发明中，通过在模具中开如图7图8所示的冷却水孔并设置以上所述的特殊的冷却系统，可以避免压铸时模具的热量集中现象，改善了模具热平衡性，从而使铝合金产品在冷凝过程中，能够均匀冷却，减少了气孔的聚集和冷凝过程中的缩孔现象。

进一步，根据以上所提供的压铸系统和模具，对汽车油电混合转向系统的油泵壳体的压铸方法进行详细说明。

如图4至图6所示，在模具装配好、做好浇注准备后，通过压铸机31的射出冲头向料筒21浇注铝合金液体，铝合金液体从环形浇道和平面侧切式浇道分别对模具本体20中型腔进行浇注，其中，环形浇道为主浇道，平面侧切式浇道为辅助浇道。当铝液在填充满模具本体20的型腔的过程中，通过压铸机增大压力增加金属液的射出速度，直至浇满模具本体20的型腔。

图9所示为浇注金属液的射出速度与金属液浇注位置的关系示意图。如图9所示，浇注时，铝液主要是由下至上填充，横坐标反映了铝合金液体的填充位置。在铝液浇注至D1位置之前，即填充模具型腔前，均以较低速度进行浇注，这个阶段定义为低速射出速度阶段。在铝液浇注至D1位置之后直至填充满模具产品型腔，即D2位置，均以相对较高速度浇注，这个阶段定义为高速射出速度阶段。这是由于考虑到压铸过程中目标产品气孔来源于多个方面。其一，如果在填充型腔前采用高压高速压射注入，模具和压铸机的进料通道(例如，料筒21)中的空气易被卷曲进入产品中；其二是模具闭模锁紧之后，在模具的型腔(Cavity)中封闭的空气，在铝液流动过程中没有得到有效排除，残留于产品内；其三是来自于产品脱模后，对模具表面进行离型剂喷涂所带来的残留水分，在遇到高温的铝液时，气化变为水蒸气，残留于产品中。通过以上所述低速射出速度阶段可以尽量避免第一个因素带来的气孔，通过以上所述高速射出速度阶段，可以尽量避免第二、三个因素带来的气孔。该实施例中，为进一步减少铸件的气孔，提高铸件的肉质，优选地，选择以下工艺参数进行铸造：

低速射出速度：0.15～0.35m/s；

高速射出速度：2.0～4.8m/s；

高速区间：100～140mm；

铸造压力：70±15Mpa。

其中，高速区间是指压铸机将金属液射入模具产品型腔的高速运动区间，即图9中所示的位置D1到D2的距离。铸造压力是指：在整个低速射出开始到高速射出结束的过程中，压铸机作用在压射冲头上的压力。

另外，在浇注金属液填充满模具的型腔之后，即高速射出填充结束后，为进一步增加目标产品的致密性、并把目标产品内部已有的气孔压碎，可以通过压铸机的辅助压力装置增加压力(也称为增压压力，即ACC压力)，实现增压射出以进行补充浇注。由压铸机辅助压力装置增加压力所需的时间范围优选为：35-65毫秒(ms)。其中辅助压力装置是不同于注射金属溶液的冲头的压力装置。

同时，在浇注成型后，在冷却过程中，为避免压铸时模具的热量集中现象、改善模具热平衡性、以使铝合金产品在冷凝过程中能够全方位均匀冷却，进一步减少气孔的聚集和冷凝过程中的缩孔现象，本发明的铸造方法中还采用了以上实施例所述及的冷却系统来进行冷却。

通过本实施例所提供的压铸方法、模具以及压铸系统对汽车油电混合转向系统的油泵壳体进行压铸后，所得到的铸件具有气孔少、肉质好的特点，从而能满足高耐压性和高气密性的产品性能要求，而且铸件的不良率能控制在10％以内，大大降低了压铸的废品率。

需要说明的是，本发明中，虽然只是针对汽车油电混合转向系统的油泵壳体的压铸方法、模具以及压铸系统进行了详细说明，但是，本领域技术人员悉知，该发明的压铸方法、模具和压铸系统，不仅应用汽车油电混合转向系统的油泵壳体的铸造过程。本领域技术人员可以将本发明思想稍微变换应用至类似油泵壳体的产品中，例如，汽车转向系统中使用的中等型号电动机外壳等，某些产品应用范围的变换不应当理解为脱离本发明的范围和精神。

尽管对本发明的描述是以参考实例和较佳实施例的方式作出的，但是本领域的技术人员将认知到，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以在形式或者细节上作出改变。

Claims (16)

1.一种汽车油电混合转向系统的油泵壳体的压铸方法，其特征在于，从主浇道的环形浇道和辅助浇道的平面侧切式浇道同时进行浇注；在浇注金属液填充模具的型腔之前，采用低速射出速度进行浇注；在浇注金属液填充满模具的型腔过程中，采用高速射出速度进行浇注。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：在浇注金属液填充满模具的型腔之后，采用增压射出进行补充浇注。

3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述低速射出速度范围为0.15-0.35米/秒；所述高速射出速度范围为2.0-4.8米/秒。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述高速射出速度进行浇注的区间范围为100-140毫米；压铸机作用在压射冲头上的压力范围为55-85兆帕。

5.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述补充浇注过程中，增压所需的时间范围为35-65毫秒。

6.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，还包括通过冷却系统对模具进行均匀冷却，所述冷却系统包括直径最细为1.2毫米左右的冷却水管、以实现对模具中的细小凸起部位进行冷却。

7.如权利要求6所述方法，其特征在于，冷却过程中，冷却水管中的冷却水压力范围为1.0～1.2兆帕。

8.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，在压铸时，还采用中央集中式大量排气系统进行排气。

9.一种汽车油电混合转向系统的油泵壳体的模具，其特征在于，模具的型腔中，在对应于所述油泵壳体的圆环柱结构的环形外周上端处开有环形浇道，在对应于所述油泵壳体的圆环柱结构的侧壁外侧处开有平面侧切式浇道。

10.如权利要求9所述的模具，其特征在于，所述环形浇道和平面侧切式浇道共用同一个料筒。

11.如权利要求9所述的模具，其特征在于，所述模具中设置有冷却水孔，所述冷却水孔的最细部分的直径为2毫米左右，所述冷却水孔的最细部分对应设置在模具中的细小凸起部位。

12.如权利要求8所述的模具，其特征在于，还包括若干排渣包，所述排渣包对应设置于所述油泵壳体的圆环柱结构的环形外周的端面处。

13.如权利要求12所述的模具，其特征在于，所述端面的上端面和下端面处均设置若干排渣包。

14.一种汽车油电混合转向系统的油泵壳体的压铸系统，其特征在于，包括：

如权利要求9至13之一所述的模具；

用于对所述模具浇注的压铸机；

用于浇注时对所述模具进行排气的中央集中式大量排气系统；以及

冷却系统。

15.如权利要求14所述的压铸系统，其特征在于，所述冷却系统包括直径最细为1.2毫米左右的冷却水管、以实现对模具中的细小凸起部位进行冷却。

16.如权利要求15所述的压铸系统，其特征在于，所述冷却系统还包括冷却水加压装置。

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