CN104308120A - 一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，包括以下步骤：1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉内保温待用；2）低压浇注铝合金液：对保温炉内的铸造铝合金液施加压力，使铝合金液通过输液管浇入金属模具中央的压室内至设定高度；3）加压充填模腔：将压室内的铝合金液加压充满模腔；4）增压补缩和持压凝固成形：增大压力补缩并凝固成形；5）开模取件和热处理：开模取件并进行T6热处理；该汽车控制臂臂体毛坯的制造方法材料利用率高达80%，内部组织细密，无缩孔和缩松缺陷，力学性能优异，可以用来代替锻造铝合金控制臂和钢控制臂，实现汽车轻量化。

Description

一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法

技术领域

    本发明涉及一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法。 

背景技术

汽车控制臂是悬架系统中的导向和传力零件，它分别通过球铰或者衬套把车轮和车身弹性地连接在一起。因此，要求控制臂具有足够的刚度、强度和使用寿命。 

控制臂的结构分为单控制臂、叉形控制臂和三角控制臂。单控制臂的臂体是一个直的或弯的杆状结构，这类结构主要用于多连杆悬架，其一端嵌装球铰，与轮毂连接，另一端压装衬套，与副车架或车身相连。两个单控制臂配合使用，可以传递来自车轮的横向和纵向载荷。叉形控制臂用于双横臂独立悬架的上下臂或麦弗逊悬架的下臂，属于双衬套、单球铰结构，其叉（V）形边的自由端压装衬套，与副车架或车身相连；球铰嵌装在V形的尖端，与轮毂连接，臂体的V形结构主要传递横向载荷。三角控制臂多用于前悬麦弗逊悬架的下臂，用来传递横向和纵向载荷，控制车轮与车身的相对运动，有双衬套单球铰和双球铰单衬套两种。无论哪种控制臂，其臂体的基本结构类似，都是杆形件，杆是直的或弯曲的，横截面形状多样，两端均包括压装衬套的衬套孔和镶装球形铰套的半球坑，沿臂体长度方向双面还设有减重坑，衬套孔和减重坑的开口方向与球形铰坑垂直，尺寸允许偏差±1mm，上下面与垂直面之间为圆角连接。除衬套孔、球铰坑外，均为非切削加工面。现有技术中控制臂的臂体都用45锻钢或锻造铝合金制成，锻造方法生产的控制臂的臂体毛坯的工艺过程包括下料、加热、预锻、终锻、切边等工序。这种制备方法存在如下问题： 

（1）材料损耗大：锻造控制臂臂体毛坯上无法形成衬套孔、球形铰坑和减重坑，这些结构需要后续切削加工形成；此外，锻造方法生成的控制臂臂体的尺寸精度差，尺寸波动较大，且带有厚度达2-5mm的飞边，需要切割打磨；这些都造成了严重的材料浪费，材料利用率不足50%。 

（2）能耗高：锻造控制臂臂体以型材（钢或铝）为原料，下料后必须加热至锻造温度，方能顺利锻造，这个过程需要消耗大量的能源。 

（3）工序多，生产周期长：锻造方法生产控制臂臂体毛坯，至少包括下料、加热、预锻、终锻、切边等工序，每道工序都需要相应的设备，即使不计加热时间，每件的成形时间长达10min以上。 

为了解决现有锻造控制臂臂体毛坯生产周期长、能耗高和材料浪费严重的问题，提出本发明。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术生产控制臂臂体毛坯生产周期长、能耗高和材料浪费严重的问题，提供一种铸造铝合金控制臂臂体的液态模锻方法，实现汽车控制臂臂体毛坯的整体近净形成型。 

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案： 

一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉内保温待用；

2）低压浇注铝合金液：对保温炉内的铸造铝合金液施加压力，使铝合金液通过输液管浇入金属模具中央的压室内至设定高度，提起输液管出液端，并转动90-120°，使其离开液锻机；

3）加压充填模腔：启动液锻机，合模锁模后，将压室内的铝合金液加压充满模腔；

4）增压补缩和持压凝固成形：增大压力补缩并凝固成形；

5）开模取件和热处理：开模取件并进行T6热处理。

进一步的，在步骤1）中，所述废杂铝合金为Al-Si和Al-Mg和Al-Cu系废旧铝合金料，所述温度要求为680-720℃，所述化学成分和纯净度要求为包括A356、A357和ZL114A及对它们进行其他合金元素含量小于5%的合金化改良后的合金牌号的技术标准要求。 

进一步的，在步骤2）中，所述输液管用不锈钢外包保温材料制成、温度保持在610-680℃之间、一端固定连接铝合金保温炉，另一端开口向下，并通过球形铰链上提和转动。 

进一步的，在步骤2）中，所述铝合金液的浇注重量为每个控制臂臂体毛坯重量的2.2-4.4倍。 

进一步的，在步骤3）中，所述加压压力为300-800吨。 

本发明的有益效果是：实现废旧物资高端应用，可以利用废杂铝制备铝合金控制臂，使废杂铝资源得到了有效利用；材料利用率高，不需要锻造飞边，可以将衬套孔及球铰坑凝固成形，加工余量小，材料利用率可以到达80%以上，比锻造控制臂提高30-40个百分点；组织细密、性能优异，所得控制臂晶粒尺寸细小，平均晶粒直径只有30-60μm，无缩孔或缩松；可以进行热处理，T6处理后抗拉强度可达500MPa，延伸率8%以上，能够实现了以铝代替钢铁，促进汽车轻量化；生产效率高，每模生产周期只有60-100秒，比锻造铝合金控制臂的生产周期缩短80%以上。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明一种汽车控制臂臂体毛坯的侧视图。 

图2为本发明一种汽车控制臂臂体毛坯的俯视图。 

图3为本发明一种汽车控制臂臂体毛坯的液态模锻原理图。 

图4为本发明一种汽车控制臂臂体毛坯的下模腔俯视图。 

图中所示 ：1、衬套孔，2、球铰坑，3、减重坑，4、上模腔，5、上压头(上减重孔芯)，6、下模腔，7、压室，8、下压头，9、输液管出液端，10、球形铰链，11、输液管固定段，12、保温炉，13、液锻机工作台，14、液锻机活动横梁，15、球形绞孔芯，16、减重坑一芯，17、衬套孔一芯，18、减重坑二芯，19、衬套孔二芯，20、顶杆，21、球冠形集渣坑。 

具体实施方式

参考图1-图4所示，一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，包括以下步骤： 

1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉12内保温待用；所述的保温温度为680-720℃；所述的废杂铝合金是回收来的Al-Si和Al-Mg和Al-Cu系废旧铝合金料；所述的Al-Si-Mg系铸造铝合金，包括A356，A357和ZL114A及对它们进行其他合金元素含量小于5%的合金化改良的合金；

2）低压浇注铝合金液：如图3所示，对保温炉12内的铸造铝合金液施加0.15-0.5MPa的压力，使铝合金液通过输液管9、10、11浇入金属模具中央的压室5内至设定高度，解除压力，管内残余的铝合金液回流至铝合金保温炉12内，输液管出液端9移出液锻机13、14；所述的输液管9、10、11用不锈钢外包保温材料制成，温度保持在610-680℃之间的设定温度，一端固定连接铝合金保温炉12，另一输液管出液端9开口向下，并通过球形铰链10可以上提和转动，最大上提距离300mm，最大转角180℃；这样可以确保整个浇注过程，合金液免受氧化，平稳浇注。所述铝合金液的浇注重量为每个控制臂臂体毛坯重量的2.2-4.4倍； 

3）加压充填模腔：对上模施加300-800吨压力，将上下模合模锁模，如图3所示，推动下压头8将压室内的铝合金液以100-500mm/s的速度挤入控制臂模腔，包裹住球铰坑芯2、衬套孔芯17、19和减重坑芯16、18，将模腔内的气体排出模腔，充满控制臂的所有模腔；所述的模腔，以分模面为界分为上下两部分，上模腔4深度小于或等于下模腔6深度，下模腔6包括一个居中的圆筒形压室7和均匀分布的2-4个控制臂臂体的半模腔，每个控制臂臂体的半模腔都有一个截面积相同的梯形截面内浇道与压室7联通，并在球形铰、衬套等外侧设有集渣包，集渣包外设有排气道，上模腔4位置与下模腔6同轴对应，包括一个居中的球冠形集渣坑21和与下模腔对应的2-4个控制臂臂体半模腔；所述的球冠形集渣坑21开口向下，弦高2-10mm，口径大于压室直径5-20mm，与分模面间的过渡圆角为R1-R10；

4）增压补缩和持压凝固成形：增大下压头7的压力使模腔内铝合金液受到的压强增加至30-150MPa并保持1-5秒后，通过上压头5对控制臂上表面施加30-100吨的压力并保持，直至铝合金液完全凝固后，解除上下压头5、7的压力；

5）开模取件和热处理：移开上模和上压头的同时，利用斜导柱拉动球铰坑芯15与工件脱离后，迅速推动顶杆20和压头8将凝固成形的控制臂臂体毛坯和压室7内的余料一起顶出下模腔，去除内浇道和压室余料，进行T6处理后，得到本发明的汽车控制臂臂体毛坯。

实施例1： 

一种一模两腔液态模锻A356铝合金汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系A356铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉12内保温待用；所述的保温温度为680℃；所述的废杂铝合金是回收来的Al-Si和Al-Mg和Al-Cu系废旧铝合金料；所述的Al-Si-Mg系铸造铝合金是在A356铝合金基础上，添加轻稀土元素镧0.2%进行合金化改良的合金；

2）低压浇注铝合金液：如图3所示，对保温炉12内的铸造铝合金液施加0.15MPa的压力，使铝合金液通过输液管9、10、11浇入金属模具中央的压室5内至设定高度，解除压力，管内残余的铝合金液回流至铝合金保温炉12内，输液管出液端9移出液锻机13、14，所述的输液管9、10、11用不锈钢外包保温材料制成，温度保持在680℃，一端固定连接铝合金保温炉12，另一端开口向下，并通过球形铰链10可以上提和转动，最大上提距离300mm，最大转角180℃；这样可以确保整个浇注过程，合金液免受氧化，平稳浇注。所述铝合金液的浇注重量为每个控制臂臂体毛坯重量的2.2倍； 

3）加压充填模腔：对上模施加300吨压力，将上下模合模锁模，如图3所示，推动下压头8将压室内的铝合金液以100mm/s的速度挤入控制臂模腔，包裹住球铰坑芯2、衬套孔芯17、19和减重坑芯16、18，将模腔内的气体排出模腔，充满控制臂的所有模腔；所述的模腔，以分模面为界分为上下两部分，上模腔4深度小于或等于下模腔6深度，下模腔6包括一个居中的圆筒形压室7和均匀分布的2-4个控制臂臂体的半模腔，每个控制臂臂体的半模腔都有一个截面积相同的梯形截面内浇道与压室7联通，并在球形铰、衬套等外侧设有集渣包，集渣包外设有排气道，上模腔4位置与下模腔6同轴对应，包括一个居中的球冠形集渣坑21和与下模腔对应的2-4个控制臂臂体半模腔；所述的球冠形集渣坑21开口向下，弦高2mm，口径大于压室直径5mm，与分模面间的过渡圆角为R1；

4）增压补缩和持压凝固成形：增大下压头7的压力使模腔内铝合金液受到的压强增加至30MPa并保持1秒后，通过上压头5对控制臂上表面施加30吨的压力并保持，直至铝合金液完全凝固后，解除上下压头5、7的压力；

5）开模取件和热处理：移开上模和上压头的同时，利用斜导柱拉动球铰坑芯15与工件脱离后，迅速推动顶杆20和压头8将凝固成形的控制臂臂体毛坯和压室7内的余料一起顶出下模腔，去除内浇道和压室余料，进行T6处理后，得到本发明的汽车控制臂臂体毛坯。

实施例2： 

一种一模三腔A357铝合金汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉12内保温待用。所述的保温温度为700℃；所述的废杂铝合金是回收来的Al-Si和Al-Mg和Al-Cu系废旧铝合金料；所述的Al-Si-Mg系铸造铝合金是A357铝合金。

2）低压浇注铝合金液：如图3所示，对保温炉12内的铸造铝合金液施加0.3MPa的压力，使铝合金液通过输液管9、10、11浇入金属模具中央的压室5内至设定高度，解除压力，管内残余的铝合金液回流至铝合金保温炉12内，输液管出液端9移出液锻机13、14；所述的输液管9、10、11用不锈钢外包保温材料制成，温度保持在650℃，一端固定连接铝合金保温炉12，另一输液管出液端9开口向下，并通过球形铰链10可以上提和转动，最大上提距离300mm，最大转角180℃；这样可以确保整个浇注过程，合金液免受氧化，平稳浇注；所述铝合金液的浇注重量为每个控制臂臂体毛坯重量的3.3倍； 

3）加压充填模腔：对上模施加550吨压力，将上下模合模锁模，如图3所示，推动下压头8将压室内的铝合金液以300mm/s的速度挤入控制臂模腔，包裹住球铰坑芯2、衬套孔芯17、19和减重坑芯16、18，将模腔内的气体排出模腔，充满控制臂的所有模腔；所述的模腔，以分模面为界分为上下两部分，上模腔4深度小于或等于下模腔6深度，下模腔6包括一个居中的圆筒形压室7和均匀分布的2-4个控制臂臂体的半模腔，每个控制臂臂体的半模腔都有一个截面积相同的梯形截面内浇道与压室7联通，并在球形铰、衬套等外侧设有集渣包，集渣包外设有排气道，上模腔4位置与下模腔6同轴对应，包括一个居中的球冠形集渣坑21和与下模腔对应的3个控制臂臂体半模腔；所述的球冠形集渣坑21开口向下，弦高6mm，口径大于压室直径13mm，与分模面间的过渡圆角为R5；

4）增压补缩和持压凝固成形：增大下压头7的压力使模腔内铝合金液受到的压强增加至90MPa并保持3秒后，通过上压头5对控制臂上表面施加65吨的压力并保持，直至铝合金液完全凝固后，解除上下压头5、7的压力；

5）开模取件和热处理：移开上模和上压头的同时，利用斜导柱拉动球铰坑芯15与工件脱离后，迅速推动顶杆20和压头8将凝固成形的控制臂臂体毛坯和压室7内的余料一起顶出下模腔，去除内浇道和压室余料，进行T6处理后，得到本发明的汽车控制臂臂体毛坯。

实施例3： 

一种一模四腔ZL114A铝合金汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉12内保温待用；所述的保温温度为720℃；所述的废杂铝合金是回收来的Al-Si和Al-Mg和Al-Cu系废旧铝合金料；所述的Al-Si-Mg系铸造铝合金是在ZL114A基础上条件0.5%稀土元素铈进行合金化改良的合金；

2）低压浇注铝合金液：如图3所示，对保温炉12内的铸造铝合金液施加0.5MPa的压力，使铝合金液通过输液管9、10、11浇入金属模具中央的压室5内至设定高度，解除压力，管内残余的铝合金液回流至铝合金保温炉12内，输液管出液端9移出液锻机13、14，所述的输液管9、10、11用不锈钢外包保温材料制成，温度保持在610℃之间的设定温度，一端固定连接铝合金保温炉12，另一端开口向下，并通过球形铰链10可以上提和转动，最大上提距离300mm，最大转角180℃；这样可以确保整个浇注过程，合金液免受氧化，平稳浇注；所述铝合金液的浇注重量为每个控制臂臂体毛坯重量的4.4倍； 

3）加压充填模腔：对上模施加800吨压力，将上下模合模锁模，如图3所示，推动下压头8将压室内的铝合金液以500mm/s的速度挤入控制臂模腔，包裹住球铰坑芯2、衬套孔芯17、19和减重坑芯16、18，将模腔内的气体排出模腔，充满控制臂的所有模腔；所述的模腔，以分模面为界分为上下两部分，上模腔4深度小于或等于下模腔6深度，下模腔6包括一个居中的圆筒形压室7和均匀分布的4个控制臂臂体的半模腔，每个控制臂臂体的半模腔都有一个截面积相同的梯形截面内浇道与压室7联通，并在球形铰、衬套等外侧设有集渣包，集渣包外设有排气道，上模腔4位置与下模腔6同轴对应，包括一个居中的球冠形集渣坑21和与下模腔对应的2-4个控制臂臂体半模腔；所述的球冠形集渣坑21开口向下，弦高10mm，口径大于压室直径20mm，与分模面间的过渡圆角为R10；

4）增压补缩和持压凝固成形：增大下压头7的压力使模腔内铝合金液受到的压强增加至150MPa并保持1-5秒后，通过上压头5对控制臂上表面施加100吨的压力并保持，直至铝合金液完全凝固后，解除上下压头5、7的压力；

5）开模取件和热处理：移开上模和上压头的同时，利用斜导柱拉动球铰坑芯15与工件脱离后，迅速推动顶杆20和压头8将凝固成形的控制臂臂体毛坯和压室7内的余料一起顶出下模腔，去除内浇道和压室余料，进行T6处理后，得到本发明的汽车控制臂臂体毛坯。

本发明的有益效果是：实现废旧物资高端应用，可以利用废杂铝制备铝合金控制臂，使废杂铝资源得到了有效利用，材料利用率高，不需要锻造飞边，可以将衬套孔及球铰坑凝固成形，加工余量小，材料利用率可以到达80以上，比锻造控制臂提高30-40个百分点，组织细密、性能优异，所得控制臂晶粒尺寸细小，平均晶粒直径只有30-60μm，无缩孔或缩松，可以进行热处理，T6处理后抗拉强度可达500MPa，延伸率8%以上，能够实现了以铝代替钢铁，促进汽车轻量化；生产效率高，每模生产周期只有60-100秒，比锻造铝合金控制臂的生产周期缩短80%以上。 

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围为准。 

Claims (5)

1.一种汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）熔制合金熔体：以废杂铝合金为原料，配制Al-Si-Mg系铸造铝合金，化学成分、温度和纯净度达到要求后，转入保温炉内保温待用；

2）低压浇注铝合金液：对保温炉内的铸造铝合金液施加压力，使铝合金液通过输液管浇入金属模具中央的压室内至设定高度，提起输液管出液端，并转动90-120°，使其离开液锻机；

3）加压充填模腔：启动液锻机，合模锁模后，将压室内的铝合金液加压充满模腔；

4）增压补缩和持压凝固成形：增大压力补缩并凝固成形；

5）开模取件和热处理：开模取件并进行T6热处理。

2.如权利要求1所述的汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，其特征在于：在步骤1）中，所述废杂铝合金为Al-Si和Al-Mg和Al-Cu系废旧铝合金料，所述温度要求为680-720℃，所述化学成分和纯净度要求为包括A356、A357和ZL114A及对它们进行其他合金元素含量小于5%的合金化改良的合金牌号的国标要求。

3.如权利要求1所述的汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，其特征在于：在步骤2）中，所述输液管用不锈钢外包保温材料制成、温度保持在610-680℃之间、一端固定连接铝合金保温炉，另一端开口向下，并通过球形铰链上提和转动。

4.如权利要求1所述的汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，其特征在于：在步骤2）中，所述铝合金液的浇注重量为每个控制臂臂体毛坯重量的2.2-4.4倍。

5.如权利要求1所述的汽车控制臂臂体毛坯的制造方法，其特征在于：在步骤3）中，所述加压压力为300-800吨。