CN104619439A - 用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的制造工艺和设备,及由此获得的部件 - Google Patents

用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的制造工艺和设备,及由此获得的部件 Download PDF

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Abstract

本文公开了用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的设备和工艺，通过下述步骤：提供铝合金制成的触变坯；依照制造部件的重量和大小比制定坯尺寸，以获得材料的裁切端；在温度范围内加热所述裁切端，温度期间固态和液态共存且主要为固态（超过50%）在加热装置中（5）；通过装载装置（9）装载在由非磁性钢制成的注射容器内进一步加工的所述加热裁切端；通过剥除所述裁切端外部部分的去除装置，当其从所述加热装置（5）通过所述装载装置（9）时，变冷却；第一通过按压机注射所述裁切端；第二通过所述按压机注射所述裁切端，通过使用闭环控制系统并通过依据所述按压机的闭合单元而增加所述注射单元功率在18ms内完成；第三通过压膜该完成部分注射所述裁切端，以去除所有多孔性；通过提取装置（13）提取所述模具；模具从所述提取装置（13）中放置在输送带（15）上；以及控制所获模具的质量，所述模具之后被送入下游机械加工和/或热处理。

Description

用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的制造工艺和设备,及由此获得的部件
技术领域
本发明涉及一种用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的制造工艺和设备，以及通过上述工艺和设备获得的所述部件。
背景技术
在用于车辆的铝合金制成部件的领域内，此类工艺和设备已在WO-A-02081125、WO-A-2007004241中公开，而本发明是对这些公开内容的改进。事实上，公开在WO-A-02081125、WO-A-2007004241中的工艺和设备仅适用于制备用于车辆的小型部件，并且使用大量触变铝（thixotropic aluminium），不能获得完全满意的部件。另外，这些工艺使用液体分离剂，它的处理对环境水平有负面影响。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有问题，通过提供用于车辆和大型家电的铝合金制成部件，该部件有非常轻的重量且其成本比现有的更低廉，并很大程度的提高了现有产品的质量特点。
本发明另一目的是提供一工艺和设备，适用于实现上述部件，且终端产品仅需简化的工作：这可简化生产工艺并大大降低了生产成本，明显表现在所述终端产品的利益上。
本发明上述及其他目的和优点，在随后说明书内描述，通过在相应独立权利中保护的工艺、设备和终端产品获得。从属权利要求请求保护了本发明的优选实施例和重要变化。
本发明将会通过作为非限制性例子的一些优选实施例，依据公开的附图而被更好地描述。其中，仅图1是适于实现本发明工艺制造本发明部件的设备示意图。
本发明工艺和设备在下述实施例中公开，适于制造用于下述所列机动车辆的部件。这很明显所述过程和设备可被使用，尤其是在不需要除了尺寸外的修改，用于制造与下述所列部件相似的部件。
能通过本发明设备、工艺和材料制造而被发现的所述部件，如下所示：
-车辆主体部件，如内部车体、门板、工具支持仪表板（instrument-holding dashboard），座椅结构、方向盘结构和其他内部车辆部件；
-集成门驱动移动功能的内部门板；
-汽车主体和/或摩托车底盘的结构美学部件、发动机组和摩托车部件；
-汽车和摩托车部件，诸如前后汽车悬架、发动机支架和其他部件部分；
-车辆发动机；
-航空部件，如用于航空器的轮子、座椅和面板；
-铁路部件，如用于火车的座椅和面板；
-在大型家电部门的机器部件，如洗衣机、洗碗机、小的大型家电等。
关于WO-A-02081125、WO-A-2007004241中公开的工艺，该新工艺不再是大量触变铝，而是注塑成型，其特点和特征较压膜工艺更接近于塑料成型和挤压工艺。
图1为制造用于本发明车辆部件的设备的示意图；首先，这个设备包括用于加热裁切端（crop ends）的装置5，所述裁切端由铝合金（可以比下述更好）制成的触变坯（thixotropic billets）形成，其中这些坯的尺寸制定是依照所述部件的重量和大小比实现。所述装置5由装载器4供给，并在温度范围内加热所述裁切端，温度期间固态和液态共存且主要为固态（超过50%），以及该装置由加热炉5组成，尤其是电磁感应炉5，包括能够组成的模块化站（modular stations）。该感应加热炉确保，除了保持温度在非常严格的限制阈内外，能量感应至所述坯料中，这确保了完美金相结构（perfect metallographic structure ）在固态和液态之间的中间物理状态下重组。因此，该温度通过测量预设时间中材料的感应能量的有功功率而被检测。该发明设备进一步包括用于在非磁性钢制成的注射容器中装载受热裁切端的装置9，用于进一步加工，这必须具有“半固体材料”（S.S.M.）类型产品的具体特点；所述装载装置9由第一处理机器人（first handling robot）组成，这是一装配有机械紧握手的拟人机器人，适用于操作内置有坯料的容器以使其被加热和运输。
所述设备还包括通过剥除所述裁切端外部部分的去除装置（未示出），当其从所述加热装置5通过装载装置9时，变冷却。
该设备还包括形成模具的装置11，其与本发明中特定的三个注射步骤相配合操作：例如，所述装置11通过按压机（未示出）完成已剥皮裁切端的第一注射，通过使用闭环控制系统并通过依据所述按压机的闭合单元而增加所述注射单元功率完成已剥皮裁切端在18ms内的第二注射，以及通过压膜所述完成部分实现所述裁切端的第三注射，以去除所有多孔性。
尤其是，这个形成装置11由压膜机组成，其被配置有用于产生S.S.M部件的压膜8。所述压模8在通过分离剂对每个金属注射前，通过润滑装置12润滑，该分离剂为固态的而不是液态，因此没有环境影响，也不需要像传统分离剂一样处理。优选地，所述压膜机11配置有受闭环系统控制的注射单元，其允许对所述三个注射步骤实时控制。根据上述安排，与所述压模机11装配的按压机有非常强大的注射系统，该系统能够依据施工说明，控制高动态性的注射步骤以及所述注射力的最大增长速度。这可由通过允许实时控制的闭环系统控制所述注射过程来完成。高动态性的实现不仅和速度相关，还和所述工艺的加速、制动和重复性和可编程性有关。所述闭环对有0.1m/s分辨率的至少10个注射变量允许有可编程性。适宜调节的按压机在所述压模8的凹槽内注射坯料。
进一步优选地，所述润滑装置12由润滑机器人组成，配置有适于喷射水、空气和分离剂至所述压模的受油器；这个操作也可以通过手动喷嘴完成。
回到图1，本发明的设备进一步包括用于提取模具的装置13和用于将模具从所述提取装置13中放置在输送带15上的装置，这些装置优选地由第二处理机器人或手动类型的提取装置13组成。
在本发明设备的变化中，用于提取所述模具的装置被之前用于冷却所述模具的装置16，和用于放置已冷却模具在剪边模（shearing die）上的装置替代，该剪边模安置在剪切机17（shearing press）上，用于剪切进料口和/或竖板，这些装置通过卸载装置20卸载。
尤其是，之前用于冷却的所述装置16可由包含加热的且热调节的水的水槽16。在图1中，提供站26用于当制备好从所述炉5中取出时清洁所述容器。
最终，本发明设备包括用于控制所述模具质量的装置，在发送所述模具至下游机械加工（down stream mechanical workings）和/或热处理前。这个用于控制所获模具质量的装置由检测模具存在的设备27、控制台29、用于钢坯加热器的控制面板31、工艺控制面板33、提取器13的控制面板35和用于成品的输送器15的控制面板37组成。
在上述设备中，安置在按压机上的所述压模8，用于制造部件，可配置有一个或多个具有所述部件可能通道的车架（carriage）并配置有通气孔。所述压模8可进一步配置有剪切板或撕裂板，为了从所述模具上去除进料口，并配置有内部热调节通道。
为了使用这一压模8，所述设备可进一步配置有用于热调节所述压模8本身的单元25，该单元由模块化系统组成，该系统配置有用于加热水或导热油的阻抗或燃气锅炉，以及配置有用于从在所述压模8的热调节通道内的单元泵流动水或油的管道系统。
上述按压机为肘杆式压力机版本或在非肘杆式压力机版本具有两个平面（with two planes）中的液压和/或电磁类型。
另外，上述按压机可首先完成挤压步骤，然后完成注射步骤，有可能使两个或多个注射器有两个或多个注射点。
上述设备适于实现制造用于本发明车辆和大型家电的部件的工艺，该工艺包括下述步骤：
-提供铝合金制成的触变坯；
-依照制造部件的重量和大小制定坯尺寸，以获得材料的裁切端；
-在温度范围内加热所述裁切端，温度期间固态和液态共存且主要为固态（超过50%）在加热装置中5；
-通过所述装载装置9装载所述加热裁切端在由非磁性钢制成的注射容器内，用于进一步与具有半固体材料，SSM类型具体特点的机器运作；
-通过剥除所述裁切端外部部分的去除装置，当其从所述加热装置5通过所述装载装置9时，变冷却；该步骤与挤压类似，所述去除装置，在注射容器中被发现，通常用于挤塑机（extrusor）：所述剥除部分是在受热时唯一变氧化的，并且这之后确保了所述模压制品无氧化物；
-第一通过按压机注入所述已剥皮裁切端；
-第二通过按压机注入所述裁切端，通过使用闭环控制系统并通过依据所述按压机的闭合单元而增加所述注射单元功率在18ms内完成；该18ms时间确保了没有所谓的“冷点”，如材料过冷而不能结合的区域：为了实现如此短暂的注射时间，所述按压机的注射系统与其中之一的传统压铸机非常不同，不仅为了所述闭环控制系统的出现，而且为了注射单元的高更功率，依据所述按压闭合单元（约30%）；
-第三通过压膜该完成部分注射所述裁切端，以去除所有多孔性：为了获得这个，所述裁切端在压强为46t/cm2下保持约10s；
-通过提取装置13提取所述模具；
-将模具从所述提取装置13中放置在输送带15上；
-控制所获模具的质量，所述模具之后被送入下游机械加工和/或热处理。
为了使得上述工艺和设备能最优化使用，这也有必要提供合适材料，其可用铝合金为本发明车辆和大型家电制造部件，并由具有下述特点的铝合金构成：
-百分化学成分；以及
-触变结构，为球状类型的细粒金相结构。所述球状微观结构提供了有高流体动力特性的坯料，尽管当其为固态时有高物质分数。这使得在接近凝固温度下实现压膜工艺。
该铝合金为有触变系统的压膜，其主要特点（当他们为部分凝固状态）在于所谓“铸造错误（casting error）”大幅度减少，这个是来自收缩或气体的宏观和微观腔体。依据系统在坯料生产步骤中被用于混合操作和排气系统，与触变合金制造的部分的生产周期有不同结果。用于本发明的所述触变合金，除了是铝合金外，还可以是镁合金。用于本发明的触变铝合金和/或镁合金可在电磁搅拌系统（未示出）和化学添加剂中获得。
根据上述工艺和系统，并使用上述材料，有可能实现铝合金制成部件，其特性与那些类似现有市场上部件的特性等同或比那些类似现有市场上部件的特性更好。尤其是，当制造用于车辆部件时，S.S.M.工艺的压膜优点如下：
-产品具有高冶金特性和机械特性；
-创新方案，能够在运行条件下提高可靠性；
-部件卫生性高；
-废坯减少；
-机械加工少；
-可能的热处理后特殊机械特性:
最小牵引力：300mpa;
低极限抗拉强度：225mpa;
最小伸长率：12%;
（上述所有结果的获得参照A356.0合金）。
进一步有必要指出因S.S.M.工艺的积极结果，不能对产品直接测量，但与产品连接，如较低工作温度有能量节约的直接结果、烟粉较低排放和最终较好的环境条件。
依据现有技术，其他提高关于用于SSM模具工艺容器的材料，该材料现在由非磁性钢代替陶瓷制成。事实上，用陶瓷容器不能制造形状大的或重量大的部件，因为陶瓷容器之后有大的厚度，使得电磁场被破坏：这将使得坯中产生热量，且之后不能同样地加热材料。

Claims (31)

1.用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的制造工艺，包括步骤：
-提供铝合金制成的触变坯；
-依照制造部件的重量和大小制定坯尺寸，以获得材料的裁切端；
-在温度范围内加热所述裁切端，温度期间固态和液态共存且主要为固态（超过50%）在加热装置中（5）；
-通过所述装载装置（9）装载所述加热裁切端在由非磁性钢制成的注射容器内，用于进一步与具有半固体材料，SSM类型具体特点的机器运作；
-通过剥除所述裁切端外部部分的去除装置，当其从所述加热装置（5）通过所述装载装置（9）时，变冷却；
-第一通过按压机注入所述已剥皮裁切端；
-第二通过所述按压机注入所述裁切端，通过使用闭环控制系统并通过依据所述按压机的闭合单元而增加所述注射单元功率在18ms内完成；
-第三通过压膜该完成部分注射所述裁切端，以去除所有多孔性：
-通过提取装置（13）提取所述模具；
-将模具从所述提取装置（13）中放置在输送带（15）上；以及
-控制所获模具的质量，所述模具之后被送入下游机械加工和/或热处理。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述第三注射步骤在压强为46t/cm2下保持完成部分10s来完成。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述加热步骤利用传统炉子普通加热完成。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述加热步骤在感应加热后利用传统炉子普通加热完成。
5.用于车辆和大型家电的铝合金制成部件的设备，其特征在于，包括：
-用于加热裁切端的装置（5），所述裁切端由铝合金制成的触变坯形成，其中所述坯的尺寸制定是依照所述部件的重量和大小比，所述装置（5）在温度范围内加热所述裁切端，温度期间固态和液态共存且主要为固态（超过50%）；
-用于在非磁性钢制成的注射容器中装载受热裁切端的装置（9），利用机器的具体特点对半固体材料SSM）类型产品，进一步加工；
-通过剥除所述裁切端外部部分的去除装置，当其从所述加热装置（5）通过所述装载装置（9）时，变冷却；
-用于通过按压机第一注射所述已剥皮裁切端的装置（11）；
-用于使用闭环控制系统并通过依据所述按压机的闭合单元而增加所述注射单元功率，在18ms内第二注射所述裁切端的装置（11）；
-通过压膜该完成部分第三注射所述裁切端，以去除所有多孔性的装置（11）；
-提取所述模具的提取装置（13）；
-将所述模具从所述提取装置（13）中放置在输送带（15）上的装置；
-用于控制所获模具质量的装置（27,29,31,33,35,37），所述模具之后被送入下游机械加工和/或热处理。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述加热装置（5）由包括能组成的模块化站的电磁感应炉构成。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述装载装置（9）由第一处理机器人组成，所述第一处理机器人为拟人机器人，被配置有机械紧握手用于操作内置有坯料的容器，以使其被加热和运输。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，用于形成的所述装置（11）由压模机组成，所述压膜机（11）被配置有用于产生S.S.M部件的压膜（8），所述压模(8)在通过固体分离剂对每个金属注射前，通过润滑装置（12)润滑。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述压模机（11）配置有受闭环系统控制的注射单元，所述闭环系统允许三个注射步骤的实时控制。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述润滑装置（12）由润滑机器人组成，配置有受油器，适于喷射水、空气和分离剂至所述压模（8），或通过手动喷嘴。
11.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述提取装置（13）由第二处理机器人或手动提取装置组成。
12.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，用于之前冷却的装置（16）由含有加热和热调节水的水槽（16）构成。
13.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，安装在所述按压机上用于制造部件（1）的所述压膜（8），配置有一个或多个具有所述部件通道的车架（carriage），并配置有通气孔。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述压膜（8）进一步配置有为从所述模具上去除进料口的剪切板或撕裂板。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述压膜（8）进一步配置有内部热调节通道。
16.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备进一步配置有用于热调节所述压膜（8）的单元（25）。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述热调节单元为模块化系统，其配置有用于加热水或导热油的阻抗或燃气锅炉，以及配置有用于从在所述压模8的热调节通道内的单元泵流动水或油的管道系统。
18.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述按压机为肘杆式压力机版本或在非肘杆式压力机版本具有两个平面（with two planes）中的液压和/或电磁类型。
19.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述按压机适于先完成挤压步骤，然后完成注射步骤，所述挤压机配置有带有两个或多个注射器是两个或多个注射点。
20.用于车辆和大型家电的铝合金制成部件，其特征在于，它是通过依据权利要求1-4之一的工艺和通过权利要求5-19之一的设备制造。
21.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括车辆主体部件，如内部车体、门板、工具支持仪表板，座椅结构、方向盘结构和其他内部车辆部件。
22.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括集成门驱动移动功能的内部门板。
23.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括汽车主体和/或摩托车底盘的结构美学部件、发动机组和摩托车部件。
24.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括汽车和摩托车部件，诸如前后汽车悬架、发动机支架和其他部件部分。
25.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括车辆发动机。
26.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括航空部件，如用于航空器的轮子、座椅和面板。
27.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括铁路部件，如用于火车的座椅和面板。
28.根据权利要求20所述的部件，其特征在于，它包括在大型家电部门的机器部件，如洗衣机、洗碗机、小的大型家电等。
29.根据权利要求20-28之一所述的部件，其特征在于，制造的触变合金为镁合金。
30.根据权利要求20或29所述的部件，其特征在于，使用的触变铝和/或镁合金由电磁搅拌系统获得。
31.根据权利要求20或29所述的部件，其特征在于，使用的触变铝和/或镁合金由化学添加剂获得。
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