CN106119625A - 一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体及其制备方法，将原料硅、铁、铜、镁、锌、铬、镍、锡、钛、铅、锰和铝按照重量配比混合，经过熔炼、压铸、将产品从压铸机中取出，切边、手工清理、X探伤、抛丸、加工ECM去毛刺、进行终清洗烘干、最终检验、包装、出厂，得到产品。本发明通过现代化模拟手段(模流分析)，极大降低了开发成本，产品合格率高，铝液通过变质处理气孔和产品机械性能高于市场同样产品5％以上，抗拉强度突破300Mpa，合理模具工艺设计使得产品充型过程稳定，不仅提高了质量，同时很大程度上提高模具的寿命。产品一次合格率为98％。

Description

一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体及其制备方法

技术领域

本发明涉及压铸领域，更具体地，涉及一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体及其制备方法。

背景技术

汽车转向器是保证汽车在行驶过程中需要按驾驶员的意志经常改变其行驶方向设计的结构。汽车动力转向系统从液压助力转向系统到电控液压转向系统，再发展到目前的电动动力转向系统，该技术的应用，使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度，因而当汽车在低速行驶时可使转向轻便、灵活；当汽车在中高速区域转向时，又能保证提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶操纵的稳定性，输出力矩合理调节，节省油耗。转向器的结构、材质与油耗有着密切的关系。

现有的转向机壳体，产品工艺控制单一，容易存在缺陷。重力浇铸缺点有：1)产品补缩困难，容易形成疏松或缩孔缺陷导致产品合格率低；2)产品重量远大于压铸工艺下的重量，造成原材料的浪费；3)生产节拍慢，不能满足产能要求。当前压铸生产存在如下缺点：1)生产效率低导致熔炼过程控制差，铝液没有精炼变质过程，晶粒粗大导致产品机械性能不达标；2)压铸模具排列结构交叉点，导致产品壁厚、气孔大，和表面缺陷较多。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术中存在的不足，提供一种汽车齿轮箱变速器铝合金壳体及其制备方法。通过将一模一腔的模具压铸技术改进为一模两腔倾冷室超高速压铸方式的优化，改善了原有薄壁壳体类产品气孔过大的弊端，该技术在国内为先进水平。得到的产品满足变速器气孔＜0.5mm的技术要求，因此，该产品具有良好的市场前景。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，由以下重量百分比的组分组成：硅8.0-11.0％，铁≤1.4％，铜2.5-4.5％，镁0.15-0.65％，锌≤1.3％，铬≤0.16％，镍≤0.56％，锡≤0.27％，钛≤0.30％，铅≤0.45％，锰≤0.65％，余量为铝。

优选地，由以下重量百分比的组分组成：硅8.0-11.0％，铁1.2-1.4％，铜2.5-4.5％，镁0.15-0.65％，锌≤1.3％，铬≤0.16％，镍≤0.56％，锡≤0.27％，钛≤0.30％，铅≤0.45％，锰≤0.65％，余量为铝。

优选地，由以下重量百分比的组分组成：硅9-10％，铁1.2-1.4％，铜3-4％，镁0.2-0.6％，锌1.0-1.3％，铬0.10-0.16％，镍0.2-0.56％，锡0.1-0.27％，钛0.1-0.3％，铅0.2-0.45％，锰0.3-0.65％，余量为铝。

优选地，由以下重量百分比的组分组成：硅8％，铁1.2％，铜2.5％，镁0.15％，锌0.5％，铬0.05％，镍0.05％，锡0.05％，钛0.1％，铅0.1％，锰0.05％，余量为铝。

优选地，由以下重量百分比的组分组成：硅11％，铁1.4％，铜4.5％，镁0.65％，锌1.3％，铬0.16％，镍0.56％，锡0.27％，钛0.30％，铅0.45％，锰0.65％，余量为铝。

优选地，由以下重量百分比的组分组成：硅10％，铁1.3％，铜3％，镁0.35％，锌1.1％，铬0.12％，镍0.23％，锡0.21％，钛0.18％，铅0.35％，锰0.45％，余量为铝。

优选地，由以下重量百分比的组分组成：硅9.5％，铁1.4％，铜4.0％，镁0.6％，锌1.2％，铬0.14％，镍0.33％，锡0.26％，钛0.2％，铅0.3％，锰0.65％，余量为铝。

本发明还提供一种如上所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体的制备方法，包括以下步骤：

1)将熔炼炉加热升温至600℃以上，按照配比重量将硅、铁、铜、镁、锌、铬、镍、锡、钛、铅、锰和铝加入到炉膛内；

2)继续加热上述混合物料，待混合物料的温度上升至720℃±10℃时，加入用量为混合物料的0.1％-0.8％的精炼剂进行低温精炼，用钟罩将精炼剂压入混合物料液体中进行圆周搅拌5-15分钟，采用99.99％的氩气进行除气操作3-15分钟，静止10-15分钟准备压铸；

3)将一模两腔的模具固定在压铸机的动定模板上，将模具预热至160～250℃，在模具型腔内采用自动喷雾系统均匀喷上一层水基涂料，涂型厚度为0.005～0.008mm，加热并保持模具温度为200～300℃；

4)将步骤3)处理完成的混合物料液体将物料液压入模具内，采用10段压射速度精确控制铝液，进行充型压铸，开模由机器人取出铸件，制得所需的汽车齿轮箱变速器铝合金壳体产品的半成品；

5)将步骤(4)中的到的半成品冷却后进行切边、手工清理、X探伤、抛丸、加工ECM去毛刺、进行终清洗烘干和最终检验，得到产品。

进一步地，步骤(2)中的精炼剂为三合一精炼剂。

本发明制造的新型高精密汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，针对节能型、轻量型汽车中转向器壳体，做到产品壁薄，一体式结构，采用小型芯高压制冷设备压铸模具合理排列，将配制成的物料加入熔炼炉进行精炼，把一模两腔的模具固定在压铸机的动定模板上，进行压铸，使转向器壳体壁变薄，解决高温抽芯易变形情况，整个铸造过程一次成型，可规模化生产。

本发明制造的壳体通过铝合金成分设计与优化，铝合金熔炼过程加入精炼变质剂，在高速压铸时，可保证铝液纯净度和晶粒细小，提高产品强度。

本发明制造的壳体采用一模两腔倾冷室超高速压铸方式，模具涂料采用自动喷涂，机器人取件等工艺系统优化。

本发明制造的壳体利用模流分析软件对模具系统进行模具温度分布的设计和压铸系统以及排气系统的设计，对小型抽芯模具排列尽量减少交叉点。

本发明通过现代化模拟手段(模流分析)，极大降低了开发成本，产品合格率高，铝液通过变质处理，产品的气孔和机械性能优于市场同样产品5％以上，抗拉强度突破300Mpa，合理模具工艺设计使得产品充型过程稳定，不仅提高了产品质量，同时很大程度上提高了模具的寿命。产品一次合格率为98％。

本发明通过自动化的周边设备(例如自动喷雾系统)解决了生产效率低的问题，提高近20％产能，同时降低了劳动强度。

本发明要解决的技术问题是提供一种以自动化为基础的一套压铸加工工艺和对生产过程主要影响铸件缺陷的过程进行调整和控制的生产方法。

具体实施方式

实施例1

一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，由以下重量百分比的组分组成：硅9.5％，铁1.0％，铜3.5％，镁0.18％，锌0.5％，铬0.05％，镍0.15％，锡0.27％，钛0.3％，铅0.45％，锰0.65％，余量为铝。

将熔炼炉加热升温至600℃以上，按照上述配比重量将硅、铁、铜、镁、锌、铬、镍、锡、钛、铅、锰和铝加入到炉膛内。继续加热上述混合物料，待混合物料的温度上升至720℃±10℃时，加入用量为混合物料的0.1％-0.8％的三合一精炼剂进行低温精炼，用钟罩将三合一精炼剂压入混合物料液体中进行圆周搅拌5-15分钟，采用99.99％的氩气进行除气操作3-15分钟，静止10-15分钟准备压铸；将一模两腔的模具固定在压铸机的动定模板上，将模具预热至160～250℃，在模具型腔内采用自动喷雾系统均匀喷上一层水基涂料，涂型厚度为0.005～0.008mm，加热并保持模具温度为200～300℃；将上述处理完成的混合物料液体将物料液压入模具内，采用10段压射速度精确控制铝液，进行充型压铸，开模由机器人取出铸件，制得所需的汽车齿轮箱变速器铝合金壳体产品的半成品。将上述得到的半成品冷却后进行切边、手工清理、X探伤、抛丸、加工ECM去毛刺、进行终清洗烘干和最终检验，得到产品。

其中，利用模流分析软件对模具系统进行模具温度分布的设计和压铸系统以及排气系统的设计，对小型抽芯模具排列尽量减少交叉点。

与现有的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体产品相比，本实施例制备的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过现代化模拟手段(模流分析)，产品一次合格率为98％，铝液通过变质处理，气孔和产品机械性能优于市场同样产品5％，抗拉强度为300Mpa，通过自动化的周边设备解决了生产效率低的问题，提高近20％产能。

实施例2

在本实施例中，汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，由以下重量百分比的组分组成：硅9.5％，铁1.4％，铜4.0％，镁0.6％，锌1.2％，铬0.14％，镍0.33％，锡0.26％，钛0.2％，铅0.3％，锰0.65％，余量为铝。。

上述汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过与实施例1相同的方法得到。

与现有的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体产品相比，本实施例制备的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过现代化模拟手段(模流分析)，产品一次合格率为99％，铝液通过变质处理，气孔和产品机械性能优于市场同样产品8％，抗拉强度为330Mpa，通过自动化的周边设备解决了生产效率低的问题，提高近20％产能。

实施例3

在本实施例中，汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，由以下重量百分比的组分组成：硅8％，铁1.2％，铜2.5％，镁0.15％，锌0.5％，铬0.05％，镍0.05％，锡0.05％，钛0.1％，铅0.1％，锰0.05％，余量为铝。。

上述汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过与实施例1相同的方法得到。

与现有的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体产品相比，本实施例制备的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过现代化模拟手段(模流分析)，产品一次合格率为98％，铝液通过变质处理，气孔和产品机械性能优于市场同样产品7％，抗拉强度为315Mpa，通过自动化的周边设备解决了生产效率低的问题，提高近20％产能。

实施例4

在本实施例中，汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，由以下重量百分比的组分组成：硅11％，铁1.4％，铜4.5％，镁0.65％，锌1.3％，铬0.16％，镍0.56％，锡0.27％，钛0.30％，铅0.45％，锰0.65％，余量为铝。

上述汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过与实施例1相同的方法得到。

与现有的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体产品相比，本实施例制备的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过现代化模拟手段(模流分析)，产品一次合格率为98％，铝液通过变质处理，气孔和产品机械性能优于市场同样产品6％，抗拉强度为320Mpa，通过自动化的周边设备解决了生产效率低的问题，提高近20％产能。

实施例5

在本实施例中，汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，由以下重量百分比的组分组成：硅10％，铁1.3％，铜3％，镁0.35％，锌1.1％，铬0.12％，镍0.23％，锡0.21％，钛0.18％，铅0.35％，锰0.45％，余量为铝。

上述汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过与实施例1相同的方法得到。

与现有的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体产品相比，本实施例制备的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体通过现代化模拟手段(模流分析)，产品一次合格率为99％，铝液通过变质处理，气孔和产品机械性能优于市场同样产品6％，抗拉强度为300Mpa，通过自动化的周边设备解决了生产效率低的问题，提高近20％产能。

实施例1-5中使用的三合一精炼剂可以是型号为HZ-LGJ、HZ-HSJ、HZ-WNJ的精炼剂，例如由徐州华中铝业有限公司生产。

采用上述实施例1-5中生产制备得到的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体与汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体的技术标准对比结果如下表1所示。

表1本发明制备的汽车转向器齿轮箱变速器铝合余壳体性能与其技术标准的对比

由此可见，本发明的生产制备得到的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体在各项指标上均已达到并超越技术标准，且与标准相比气孔关键面更小，更加卓越的满足产品设计和使用需求。

本发明的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体不仅能够达到壁薄，一体式，不易变形的效果，而且能够保证各轴孔表面光洁度良好。通过分析能影响产品质量的原料选择、生产设备对生产工艺参数进行调整，以生产过程中相关因素对产品质量的影响为调整思路和方法，对铝合金材料配合比、压铸工艺及模具进行开发设计。生产过程自动操作相关技术数据，通过小试和中试论证各相关因素以及各参数的合理、协调，实现本发明的电动转向壳体的生产工艺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅8.0-11.0％，铁≤1.4％，铜2.5-4.5％，镁0.15-0.65％，锌≤1.3％，铬≤0.16％，镍≤0.56％，锡≤0.27％，钛≤0.30％，铅≤0.45％，锰≤0.65％，余量为铝。

2.根据权利要求1所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅8.0-11.0％，铁1.2-1.4％，铜2.5-4.5％，镁0.15-0.65％，锌≤1.3％，铬≤0.16％，镍≤0.56％，锡≤0.27％，钛≤0.30％，铅≤0.45％，锰≤0.65％，余量为铝。

3.根据权利要求2所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅9-10％，铁1.2-1.4％，铜3-4％，镁0.2-0.6％，锌1.0-1.3％，铬0.10-0.16％，镍0.2-0.56％，锡0.1-0.27％，钛0.1-0.3％，铅0.2-0.45％，锰0.3-0.65％，余量为铝。

4.根据权利要求2所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅8％，铁1.2％，铜2.5％，镁0.15％，锌0.5％，铬0.05％，镍0.05％，锡0.05％，钛0.1％，铅0.1％，锰0.05％，余量为铝。

5.根据权利要求2所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅11％，铁1.4％，铜4.5％，镁0.65％，锌1.3％，铬0.16％，镍0.56％，锡0.27％，钛0.30％，铅0.45％，锰0.65％，余量为铝。

6.根据权利要求2所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅10％，铁1.3％，铜3％，镁0.35％，锌1.1％，铬0.12％，镍0.23％，锡0.21％，钛0.18％，铅0.35％，锰0.45％，余量为铝。

7.根据权利要求3所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：硅9.5％，铁1.4％，铜4.0％，镁0.6％，锌1.2％，铬0.14％，镍0.33％，锡0.26％，钛0.2％，铅0.3％，锰0.65％，余量为铝。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将熔炼炉加热升温至600℃以上，按照配比重量将硅、铁、铜、镁、锌、铬、镍、锡、钛、铅、锰和铝加入到炉膛内；

2)继续加热上述混合物料，待混合物料的温度上升至720℃±10℃时，加入用量为混合物料的0.1％-0.8％的精炼剂进行低温精炼，用钟罩将精炼剂压入混合物料液体中进行圆周搅拌5-15分钟，采用99.99％的氩气进行除气操作3-15分钟，静止10-15分钟准备压铸；

3)将一模两腔的模具固定在压铸机的动定模板上，将模具预热至160～250℃，在模具型腔内采用自动喷雾系统均匀喷上一层水基涂料，涂型厚度为0.005～0.008mm，加热并保持模具温度为200～300℃；

4)将步骤3)处理完成的混合物料液体将物料液压入模具内，采用10段压射速度精确控制铝液，进行充型压铸，开模由机器人取出铸件，制得所需的汽车齿轮箱变速器铝合金壳体产品的半成品；

5)将步骤(4)中的到的半成品冷却后进行切边、手工清理、X探伤、抛丸、加工ECM去毛刺、进行终清洗烘干和最终检验，得到产品。

9.根据权利要求8所述的汽车转向器齿轮箱变速器铝合金壳体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的精炼剂为三合一精炼剂。