CN103464714B - 一种汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法及装置，其方法是制作型腔的形状与卡钳形状相同的铸锻模具；将铝合金液通过压射机构压射注入铸锻模具的型腔内铸造成型；启动锻压冲头对铸造成型的卡钳进行闭模锻造；启开模具取出卡钳。其装置是包括安装在铸锻液压机上的动模、定模和压射机构。本发明可在同一模具和同一生产周期内实现铝合金卡钳的铸造和锻造成型，生产的铝合金卡钳组织致密度高和力学性能高，且采用本发明可实现变形铝合金卡钳的成型，生产的铝合金卡钳能达到锻件的力学性能水平，可代替现有的球墨铸铁卡钳，显著减轻汽车重量，达到汽车节能减排的效果。本发明具有生产工序少、工艺流程短、设备和模具投入少、节能节材、生产成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法及装置。
背景技术
卡钳是汽车盘式制动器制中的一个重要部件，正是它紧紧夹住高速旋转的制动盘才使高速行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速和停车。由于卡钳需要承载在汽车制动过程中夹紧高速旋转制动盘两侧的正压力，同时还要避免汽车紧急制动时卡钳发生脆断导致安全事故发生，因此，卡钳需要具有较高的强度和韧性。
传统汽车盘式制动器卡钳是采用球墨铸铁作为主要材料，导致卡钳非常厚重。随着世界能源危机和环境污染越来越严重，为了减少油耗和废气排放，汽车逐渐向轻量化发展。铝合金卡钳重量更轻，可减轻汽车重量，达到减少油耗和废气排放的目的，同时还可提高汽车制动效能，提升汽车操控性能。因此，传统的球墨铸铁卡钳正逐渐向铝合金卡钳发展。
由于卡钳的形状较为复杂且壁厚较大，现有的铝合金卡钳成型方法是金属型重力铸造，所用材料为ZL101、A356、AC4CH等牌号的铸造铝合金。受制于成型方法和可使用材料的限制，金属型重力铸造的铝合金卡钳的整体力学性能仍然较低，一方面，为了满足汽车制动的要求，铝合金卡钳必须设计得较为厚重，这无疑使汽车减重效果大打折扣；另一方面，在汽车制动过程中，由于惯性作用，汽车前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70％～80％，汽车前轮所受到的制动力要比后轮大，这导致目前金属型重力铸造的铝合金卡钳很难代替球墨铸铁卡钳使用在汽车前轮制动器上，达到减轻汽车重量的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法，该方法将金属的压力铸造成型方法和闭模锻造成型方法进行有效的结合，先用压力铸造的方法将铝合金液注入模具中成型，然后在同一套模具内立即对凝固过程中的铝合金进行大面积大变形量的闭模锻造，通过闭模锻造对凝固过程中的铝合金进行强制性补缩和压实组织，使铝合金产生塑性变形，破碎细化晶粒，大幅度提高铝合金的组织致密度、强度和韧性，并最终获得高强韧且尺寸精确的铝合金卡钳。同时，本发明还提供了实现该方法的装置，可以在同一套模具和同一生产周期内实现高强韧铝合金卡钳的液态铸锻成型。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法，其特点是包括如下步骤：
第一步，制作型腔的形状与汽车制动器卡钳形状相同的由动模和定模组成的铸锻模具；
第二步，将铸锻模具安装在铸锻液压机上，然后启动铸锻液压机的合模油缸推动活动横梁带动铸锻模具的动模下行与铸锻模具的定模进行合模，合模力控制在3000～6000千牛；
第三步，将铝合金液浇注进入压射料筒，铝合金液的温度控制在650～800℃；
第四步，启动铸锻液压机的压射油缸推动压射冲头前进，将铝合金液压射注入铸锻模具的型腔成型，铝合金液的充型速度控制在0.03～0.1米/秒，充型压力控制在500～1200千牛，模具温度控制在200～350℃；
第五步，当铝合金液充满整个铸锻模具的型腔，停留1～4秒钟后，启动铸锻液压机的锻压油缸推动锻压冲头下行进行闭模锻造，锻造力控制在2000～4000千牛，锻造时间控制在3～10秒，锻压行程控制在1～4毫米；
第六步，依次启动锻压油缸和压射油缸，退出锻压冲头和压射冲头，再启动合模油缸将铸锻模具的动模和定模分开；
第七步，启动铸锻液压机的顶出油缸推动顶杆将铸锻成型的铝合金卡钳顶出，即完成汽车制动器卡钳的制造。
其中，上述铝合金液由铸造铝合金或变形铝合金熔炼而成。
本发明所述的汽车制动器卡钳的液态铸锻成型装置，其特点是包括安装在铸锻液压机上的动模、定模和压射机构，其中所述动模包括固定在铸锻液压机的活动横梁上的动模框、设置在动模框内的动模芯及设置在动模框和动模芯中心的锻压冲头，所述锻压冲头设置成“T”字形结构，锻压冲头的顶部与铸锻液压机的锻压油缸的活塞杆连接，锻压冲头的底部形状与铝合金卡钳的上表面形状相吻合，锻压冲头的上部下侧面与动模框之间设有0～4毫米的锻压行程，所述定模包括设置在铸锻液压机的工作台上的定模框及设置在定模框内的定模芯，所述定模芯的上表面与铝合金卡钳的下表面形状相吻合，所述定模框和定模芯内设置有可活动的顶杆，所述顶杆与铸锻液压机的顶出油缸的活塞杆连接，所述压射机构包括设置在定模框侧面的压射料筒及设置在压射料筒内的压射冲头，所述压射料筒的一端通过充型流道与铸锻模具的型腔相连通，所述压射冲头的一端与铸锻液压机的压射油缸的活塞杆连接。
采用本发明生产铝合金卡钳，具有以下显著优点：首先，本发明将铸造和锻造合二为一，兼有铸造和锻造的双重特点，通过压力铸造可以成型形状较复杂且壁厚较大的铝合金卡钳，同时又可在同一套模具和同一生产周期内对铝合金卡钳进行大面积大变量的闭模锻造，从而大幅度提高整个卡钳的组织致密度和力学性能，生产的铝合金卡钳的力学性能达到锻件的力学性能水平，达到了减轻汽车重量的目的。其次，采用本发明可以方便地实现变形铝合金卡钳的成型，变形铝合金比铸造铝合金具有更高的力学性能，但变形铝合金的铸造性能较差，传统的铸造成型方法生产变形铝合金卡钳容易产生偏析、缩孔、裂纹等缺陷，但本发明的锻造过程具有强制补缩和压实组织的功能，因而可以实现变形铝合金卡钳，进一步大幅提高铝合金卡钳的强度和韧性。最后，采用本发明生产铝合金卡钳，铸造和锻造是在同一套模具内完成，无需重新加热和切飞边，具有生产工序少、工艺流程短、设备和模具投入少、节能节材、生产成本低等优点。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明所述装置安装在铸锻液压机上的结构示意图。
图2为本发明所述装置的结构示意图。
图3为本发明铝合金卡钳铸锻成型过程示意图。
图4为本发明未进行闭模锻造生产的铝合金卡钳形貌。
图5为本发明进行闭模锻造生产的铝合金卡钳形貌。
图6为本发明生产的A356铸造铝合金卡钳的显微组织。
图7为本发明生产的6061变形铝合金卡钳的显微组织。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明所述的汽车制动器卡钳的液态铸锻成型装置，包括安装在铸锻液压机1上的动模4、定模5和压射机构，其中所述动模4包括固定在铸锻液压机1的活动横梁3上的动模框41、设置在动模框41内的动模芯42及设置在动模框41和动模芯42中心的锻压冲头43，所述锻压冲头43设置成“T”字形结构，锻压冲头43的顶部与铸锻液压机1的锻压油缸9的活塞杆91连接，锻压冲头43的底部形状与铝合金卡钳的上表面形状相吻合，锻压冲头43的上部下侧面与动模框41之间设有0～4毫米的锻压行程，所述定模5包括设置在铸锻液压机1的工作台上的定模框51及设置在定模框51内的定模芯52，所述定模芯52的上表面与铝合金卡钳的下表面形状相吻合，所述定模框51和定模芯52内设置有可活动的顶杆11，所述顶杆11与铸锻液压机1的顶出油缸10的活塞杆101连接，所述压射机构包括设置在定模框51侧面的压射料筒6及设置在压射料筒6内的压射冲头8，所述压射料筒6的一端通过充型流道13与铸锻模具的型腔12相连通，所述压射冲头8的一端与铸锻液压机1的压射油缸7的活塞杆71连接。
本发明所述的汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法，包括如下步骤：
第一步，制作型腔12的形状与汽车制动器卡钳形状相同的由动模4和定模5组成的铸锻模具；
第二步，将铸锻模具安装在铸锻液压机1上，然后启动铸锻液压机1的合模油缸2推动活动横梁3带动铸锻模具的动模4下行与铸锻模具的定模5进行合模，合模力控制在3000～6000千牛；
第三步，将铝合金液14浇注进入压射料筒6，铝合金液14由铸造铝合金或变形铝合金熔炼而成，铝合金液14的温度控制在650～800℃，确保铝合金液的温度在铝合金液的相线温度以上；
第四步，启动铸锻液压机1的压射油缸7推动压射冲头8前进，将铝合金液14压射注入铸锻模具的型腔成型，铝合金液14的充型速度控制在0.03～0.1米/秒，充型压力控制在500～1200千牛，模具温度控制在200～350℃；
第五步，当铝合金液14充满整个铸锻模具的型腔，停留1～4秒钟后，启动铸锻液压机1的锻压油缸9推动锻压冲头43下行进行闭模锻造，锻造力控制在2000～4000千牛，锻造时间控制在3～10秒，锻压行程控制在1～4毫米；
第六步，依次启动锻压油缸9和压射油缸7，退出锻压冲头43和压射冲头8，再启动合模油缸2将铸锻模具的动模4和定模5分开；
第七步，启动铸锻液压机1的顶出油缸10推动顶杆11将铸锻成型的铝合金卡钳顶出，即完成汽车制动器卡钳的制造。
实施例一：
将铸锻模具安装在铸锻液压机1上，然后启动铸锻液压机1的合模油缸2推动活动横梁3下行进行模具合模，合模力控制在5000千牛。将熔炼好的A356铝合金液浇注进入压射料筒6，铝合金液的温度控制在730℃。铝合金液浇注完成后，启动铸锻液压机1的压射油缸7推动压射冲头8前进，将铝合金液压射注入铸锻模具型腔成型，铝合金液的充型速度控制在0.06米/秒，充型压力控制在1000千牛，模具温度控制在250℃。当铝合金液充满整个模腔，停留2秒钟后，启动铸锻液压机1的锻压油缸9推动锻压冲头43下行进行闭模锻造，锻造力控制在3000千牛，锻造时间控制在8秒，锻压行程控制在3毫米。闭模锻造完成后，依次启动锻压油缸9和压射油缸7，退出锻压冲头43和压射冲头8，再启动合模油缸2将模具的动模4和定模5分开。最后再启动铸锻液压机1的顶出油缸10推动顶杆11将铝合金卡钳顶出，即完成A356铝合金卡钳的制造。生产的A356铝合金卡钳的形状如图5所示， A356铝合金卡钳的显微组织如图6所示。A356铝合金卡钳经T6热处理（535℃固溶6 h，淬水，180℃时效6h，随炉冷却至室温）后，A356铝合金卡钳的抗拉强度为318MPa，伸长率为6.5%。如果在该实施例中未进行闭模锻造，则铝合金卡钳的形状如图4所示。
实施例二：
将铸锻模具安装在铸锻液压机1上，然后启动铸锻液压机1的合模油缸2推动活动横梁3下行进行模具合模，合模力控制在5000千牛。将熔炼好的6061变形铝合金液浇注进入压射料筒6，铝合金液的温度控制在750℃。铝合金液浇注完成后，启动铸锻液压机1的压射油缸7推动压射冲头8前进，将铝合金液压射注入铸锻模具型腔成型，铝合金液的充型速度控制在0.08米/秒，充型压力控制在1200千牛，模具温度控制在300℃。当铝合金液充满整个模腔，停留3秒钟后，启动铸锻液压机1的锻压油缸9推动锻压冲头43下行进行闭模锻造，锻造力控制在3500千牛，锻造时间控制在8秒，锻压行程控制在3毫米。闭模锻造完成后，依次启动锻压油缸9和压射油缸7，退出锻压冲头43和压射冲头8，再启动合模油缸2将模具的动模4和定模5分开。最后再启动铸锻液压机1的顶出油缸10推动顶杆11将铝合金卡钳顶出，完成6061变形铝合金卡钳的制造。生产的6061变形铝合金卡钳的形状如图5所示，生产的6061变形铝合金卡钳的显微组织如图7所示。6061变形铝合金卡钳经T6热处理（530℃固溶6 h，淬水，175℃时效8h，随炉冷却至室温）后，6061变形铝合金卡钳的抗拉强度为365MPa，伸长率为14%。如果在该实施例中未进行闭模锻造，则铝合金卡钳的形状如图4所示。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (3)
1.一种汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，制作型腔（12）的形状与汽车制动器卡钳形状相同的由动模（4）和定模（5）组成的铸锻模具；
第二步，将铸锻模具安装在铸锻液压机（1）上，然后启动铸锻液压机（1）的合模油缸（2）推动活动横梁（3）带动铸锻模具的动模（4）下行与铸锻模具的定模（5）进行合模，合模力控制在3000～6000千牛；
第三步，将铝合金液（14）浇注进入压射料筒（6），铝合金液（14）的温度控制在650～800℃；
第四步，启动铸锻液压机（1）的压射油缸（7）推动压射冲头（8）前进，将铝合金液（14）压射注入铸锻模具的型腔成型，铝合金液（14）的充型速度控制在0.03～0.1米/秒，充型压力控制在500～1200千牛，模具温度控制在200～350℃；
第五步，当铝合金液（14）充满整个铸锻模具的型腔，停留1～4秒钟后，启动铸锻液压机（1）的锻压油缸（9）推动锻压冲头（43）下行进行闭模锻造，锻造力控制在2000～4000千牛，锻造时间控制在3～10秒，锻压行程控制在1～4毫米；
第六步，依次启动锻压油缸（9）和压射油缸（7），退出锻压冲头（43）和压射冲头（8），再启动合模油缸（2）将铸锻模具的动模（4）和定模（5）分开；
第七步，启动铸锻液压机（1）的顶出油缸（10）推动顶杆（11）将铸锻成型的铝合金卡钳顶出，即完成汽车制动器卡钳的制造。
2.根据权利要求1所述汽车制动器卡钳的液态铸锻成型方法，其特征在于上述铝合金液（14）由铸造铝合金或变形铝合金熔炼而成。
3.一种汽车制动器卡钳的液态铸锻成型装置，该装置用于实现上述任一权利要求所述的方法，其特征在于包括安装在铸锻液压机（1）上的动模（4）、定模（5）和压射机构，其中所述动模（4）包括固定在铸锻液压机（1）的活动横梁（3）上的动模框（41）、设置在动模框（41）内的动模芯（42）及设置在动模框（41）和动模芯（42）中心的锻压冲头（43），所述锻压冲头（43）设置成“T”字形结构，锻压冲头（43）的顶部与铸锻液压机（1）的锻压油缸（9）的活塞杆（91）连接，锻压冲头（43）的底部形状与铝合金卡钳的上表面形状相吻合，锻压冲头（43）的上部下侧面与动模框（41）之间设有0～4毫米的锻压行程，所述定模（5）包括设置在铸锻液压机（1）的工作台上的定模框（51）及设置在定模框（51）内的定模芯（52），所述定模芯（52）的上表面与铝合金卡钳的下表面形状相吻合，所述定模框（51）和定模芯（52）内设置有可活动的顶杆（11），所述顶杆（11）与铸锻液压机（1）的顶出油缸（10）的活塞杆（101）连接，所述压射机构包括设置在定模框（51）侧面的压射料筒（6）及设置在压射料筒（6）内的压射冲头（8），所述压射料筒（6）的一端通过充型流道（13）与铸锻模具的型腔（12）相连通，所述压射冲头（8）的一端与铸锻液压机（1）的压射油缸（7）的活塞杆（71）连接。
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