CN102363211B - 一种铝合金汽车变速箱壳体的挤压铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金汽车变速箱壳体的挤压铸造方法，该方法包括配料、熔炼、准备模具、挤压铸造、热处理五个步骤。本发明采用挤压铸造工艺，通过优化铝合金成分设计，优化熔炼和挤压铸造的工艺参数以及热处理制度，使得制造而成的汽车用铝合金变速箱壳体具有更高的抗拉强度，更高的屈服强度和硬度。该方法能提高毛坯精度，减少加工余量，实现资源和能源的低消耗，促使经济效益的提高。

Description

一种铝合金汽车变速箱壳体的挤压铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别涉及挤压铸造领域。

背景技术

在世界汽车市场的激烈竞争中，各国都在向高质量、高可靠性、重量轻、节能、低成本方向发展。在材料方面表现为轻量化，用铝合金代替部分钢(铁)件，以达到汽车向高质量、低成本的发展的要求；在工艺方面表现为科学性，用先进工艺取代传统的工艺以达到提高毛坯精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的。要进一步扩大铝合金材料在汽车结构和动力总成系统的运用，现有的铝合金铸件的制备方法和制造工艺已难以满足这一要求。

根据2003年的统计(铸造Vol.54No.12)：我国重力和砂型铸造的铝铸件占铝铸件总量的26.1％，压力铸造和低压铸造的铝铸件所占比例分别为44.53％和25.47％，而利用精确成型的挤压铸造工艺生产的铝铸件仅占总铸件量的3.89％，与世界发达国家相比还有一定的差距。

目前，我国的汽车用铝合金变速箱壳体铝铸件生产制造方式呈现以下几种形式：砂型铸造，重力铸造，低压铸造和压力铸造；用这些传统的工艺制造出的汽车用铝合金变速箱壳体在外观呈现冷隔、凹陷、裂纹等不同程度的质量问题，而在内部往往会出现气孔、缩孔、针孔等致命的缺陷，从而严重影响了产品的性能。同时，因成品率较低，资源和能源利用率低，铝废料再生利用率不高，环境污染严重等缺陷，阻碍了汽车高速的发展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝合金汽车变速箱壳体的挤压铸造制备方法，在资源和能源消耗较低的条件下，产品组织致密均匀，综合性能进一步提高，符合汽车零部件的高品质、高性能的要求。

为实现这一目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

1)配料：铝合金材料组分的重量百分比为：5.0-6.0％Si，1.5-2.5％Ti，0.25-0.35％Cu，0.5-1.2％Zn，1.25-1.45％Mg，Fe＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余为Al。

2)熔炼：将熔化炉升温，待温度上升到300-320℃时，将铝锭和中间合金加入集中熔化炉中，继续升温到750-760℃时，先在吊包底部加入用量为铝液量的2.5-3.0％的精炼剂，铝合金全部溶解后转入吊包，搅拌10-15分钟；加入用量为铝液量的1.5-2％的晶粒细化剂。对合金进行细化20-30分钟，直到液面无气泡冒出，静置10-40分钟后，加入用量为铝液量的0.1-0.3％的除渣剂，捞取表面浮渣后，降温至700-710℃即可准备浇注。

3)准备模具：汽车变速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布形式，将一模两腔模具固定在350T卧式间接挤压铸造机上，将模具预热至200-220℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层具有隔热、保温作用的脱模剂，涂层厚度18-22微米，继续加热模具至350-400℃。

4)挤压铸造：采用机械手料勺从吊包向挤压铸造机料桶输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，这时调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力115-120MPa，保压时间35-40s，充型速度0.6-0.8m/s，充型时间3-5s，充型完毕，动定模分开，取出铸件，得汽车用铝合金变速箱壳体毛坯；

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行T6热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至525-530℃，保温6-8小时出炉，在水温约20℃中进行淬火；再进行155-160℃×6小时的时效处理，得到汽车用铝合金变速箱壳体。

本发明采用了先进的挤压铸造工艺进行汽车变速箱壳体的制备，采用的合金材料为铝合金，经集中熔化炉升温，熔化、精炼与变质处理，然后进行浇注。模具采用一模两腔对称分布形式，向挤压铸造机料桶输送合金液，挤压铸造机冲头向变速箱壳体模具型腔推注合金液并增压使铝合金液结晶，获得变速箱壳体挤压铸造零件，再对零件进行固溶时效强化处理，得到力学性能优越的汽车用的变速箱壳体。

本发明方法具有如下有益效果：

1.本发明用挤压铸造工艺制造而成的汽车用铝合金变速箱壳体，能提高毛坯精度，减少加工余量，实现资源和能源的低消耗，促使经济效益的提高。

2.与现有技术相比，本发明通过优化铝合金成分设计，使其更适于挤压铸造生产工艺，使得所制备的汽车用铝合金变速箱壳体综合性能好

3.在大量实验的基础上，优化了熔炼和挤压铸造的工艺参数，使得合金在充分的压力下结晶成型，不会在制品内形成气孔，缩孔及针孔等缺陷，因而其组织致密均匀，晶粒较细；

4.优化了热处理制度，通过T6固熔强化处理后，产品的性能得到了进一步强化，具有更高的抗拉强度，更高的屈服强度和硬度。

下面通过实施例进一步说明本发明的优势。

具体实施方式

实施例一

1)配料：铝合金材料组分的重量百分比为：5.0％Si，2.5％Ti，0.25-0.35％Cu，0.5％Zn，1.45％Mg，Fe＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余为Al。

2)熔炼：将熔化炉升温，待温度上升到300℃时，将铝锭和中间合金加入集中熔化炉中，继续升温到760℃时，先在吊包底部加入用量为铝液量的2.5％的精炼剂，铝合金全部溶解后转入吊包，搅拌15分钟；加入用量为铝液量的1.5％的晶粒细化剂。对合金进行细化30分钟，直到液面无气泡冒出，静置10分钟后，加入用量为铝液量的0.3％的除渣剂，捞取表面浮渣后，降温至700℃即可准备浇注；

3)准备模具：汽车变速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布形式，将一模两腔模具固定在350T卧式间接挤压铸造机上，将模具预热至220℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层具有隔热、保温作用的脱模剂，涂层厚度18微米，继续加热模具至400℃。

4)挤压铸造：采用机械手料勺从吊包向挤压铸造机料桶输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，这时调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力115MPa，保压时间40s，充型速度0.6m/s，充型时间5s，充型完毕，动定模分开，取出铸件，得汽车用铝合金变速箱壳体毛坯；

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行T6热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至525℃，保温8小时出炉，在水温约20℃中进行淬火；再进行155℃×6小时的时效处理，得到汽车用铝合金变速箱壳体。

制造的变速箱壳体铸件实体取样测试，其宏观针孔度等级为二级(参照GB10851-89)，抗拉强度295MPa，屈服强度132MPa，硬度平均值为HB103，综合性能有了明显的提高。

实施例二

1)配料：铝合金材料组分的重量百分比为：6.0％Si，1.5％Ti，0.35％Cu，0.5％Zn，1.45％Mg，Fe＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余为Al。

2)熔炼：将熔化炉升温，待温度上升到300℃时，将铝锭和中间合金加入集中熔化炉中，继续升温到760℃时，先在吊包底部加入用量为铝液量的2.5％的精炼剂，铝合金全部溶解后转入吊包，搅拌15分钟；加入用量为铝液量的1.5％的晶粒细化剂。对合金进行细化30分钟，直到液面无气泡冒出，静置10分钟后，加入用量为铝液量的0.3％的除渣剂，捞取表面浮渣后，降温至710℃即可准备浇注。

3)准备模具：汽车变速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布形式，将一模两腔模具固定在350T卧式间接挤压铸造机上，将模具预热至200℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层具有隔热、保温作用的脱模剂，涂层厚度22微米，继续加热模具至350℃。

4)挤压铸造：采用机械手料勺从吊包向挤压铸造机料桶输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，这时调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力120MPa，保压时间35s，充型速度0.8m/s，充型时间3s，充型完毕，动定模分开，取出铸件，得汽车用铝合金变速箱壳体毛坯；

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行T6热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至530℃，保温6小时出炉，在水温约20℃中进行淬火；再进行160℃×6小时的时效处理，得到汽车用铝合金变速箱壳体。

该工艺制造的变速箱壳体铸件是实体取样测试，其宏观针孔度等级为一级(参照GB10851-89)，抗拉强度大于302MPa，屈服强度137MPa，硬度平均值为HB105。

实施例三

1)配料：铝合金材料组分的重量百分比为：5.5％Si，2.0％Ti，0.3％Cu，0.8％Zn，1.35％Mg，Fe＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余为Al。

2)熔炼：将熔化炉升温，待温度上升到310℃时，将铝锭和中间合金加入集中熔化炉中，继续升温到755℃时，先在吊包底部加入用量为铝液量的2.8％的精炼剂，铝合金全部溶解后转入吊包，搅拌12分钟；加入用量为铝液量的1.8％的晶粒细化剂。对合金进行细化25分钟，直到液面无气泡冒出，静置20分钟后，加入用量为铝液量的0.2％的除渣剂，捞取表面浮渣后，降温至705℃即可准备浇注。

3)准备模具：汽车变速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布形式，将一模两腔模具固定在350T卧式间接挤压铸造机上，将模具预热至210℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层具有隔热、保温作用的脱模剂，涂层厚度20微米，继续加热模具至385℃。

4)挤压铸造：采用机械手料勺从吊包向挤压铸造机料桶输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，这时调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力118MPa，保压时间38s，充型速度0.7m/s，充型时间4s，充型完毕，动定模分开，取出铸件，得汽车用铝合金变速箱壳体毛坯；

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行T6热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至528℃，保温7小时出炉，在水温约20℃中进行淬火；再进行158℃×6小时的时效处理，得到汽车用铝合金变速箱壳体。

该工艺制造的变速箱壳体铸件是实体取样测试，其宏观针孔度等级为一级(参照GB10851-89)，抗拉强度大于312MPa，屈服强度145MPa，硬度平均值为HB110。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种铝合金汽车变速箱壳体的挤压铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

1)配料：铝合金材料组分的重量百分比为：5.0-6.0％Si，1.5-2.5％Ti，0.25-0.35％Cu，0.5-1.2％Zn，1.25-1.45％Mg，Fe＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余为A1；

2)熔炼：将熔化炉升温，待温度上升到300-320℃时，将铝锭和中间合金加入集中熔化炉中，继续升温到755-760℃时，先在吊包底部加入用量为铝液量的2.5-3.0％的精炼剂，铝合金全部溶解后转入吊包，搅拌10-15分钟；加入用量为铝液量的1.5-2％的晶粒细化剂，对合金进行细化20-30分钟，直到液面无气泡冒出，静置10-40分钟后，加入用量为铝液量的0.1-0.3％的除渣剂，捞取表面浮渣后，降温至700-710℃即可准备浇注；

3)准备模具：汽车变速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布形式，将一模两腔模具固定在350T卧式间接挤压铸造机上，将模具预热至200-220℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层具有隔热、保温作用的脱模剂，涂层厚度18-22微米，继续加热模具至350-400℃；

4)挤压铸造：采用机械手料勺从吊包向挤压铸造机料桶输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，这时调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力115-120MPa，保压时间35-40s，充型速度0.6-0.8m/s，充型时间3-5s，充型完毕，动定模分开，取出铸件，得汽车用铝合金变速箱壳体毛坯；

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行T6热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至525-530℃，保温6-8小时出炉，在水温20℃中进行淬火；再进行155-160℃×6小时的时效处理，得到汽车用铝合金变速箱壳体。