CN107723530A - 一种汽车变速箱体 - Google Patents

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马焕祥
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Abstract

本发明涉及一种箱体，具体涉及一种汽车变速箱体，属于机械材料领域。本发明汽车变速箱体采用铝合金材料制成，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mg：2.5‑3.5％，Si：1.1‑2.1％，Mn：0.2‑0.8％，Zr：0.2‑0.4％，纤蛇纹石纳米管：2‑2.5％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。本发明汽车变速箱体采用采用消失模壳型铸造法制备，并限定了涂料和撒砂方法，同时采用真空低压浇注，能使得到的汽车变速箱体尺寸精度高、表面粗糙度低，且强度高。

Description

一种汽车变速箱体
发明领域
本发明涉及一种箱体，具体涉及一种汽车变速箱体，属于机械材料领域。
背景技术
减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。变速器箱体在整个减速器总成中起支撑和连接作用，它把各个零件连接起来，支撑传动轴，保证各传动机构的正确安装，是传动零件的机座，应具有足够的强度和刚度，因此变速箱体质量的优劣，将直接影响到轴和齿轮等位零件位置的准确性，也会影响减速器的寿命和性能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、使用寿命长的汽车变速箱体。
本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车变速箱体，该汽车变速箱体采用铝合金材料制成，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mg：2.5-3.5％，Si：1.1-2.1％，Mn：0.2-0.8％，Zr：0.2-0.4％，纤蛇纹石纳米管：2-2.5％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
本发明铝合金的主要合金元素是Mg与Si，形成Mg2Si相，使铝合金具有较佳的加工性能、良好的抗腐蚀性、韧性高、加工后不变形、材料致密无缺陷、易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
本发明汽车变速箱体采用的铝合金材料中，Mn元素可使铝合金中原本粗大的汉字型或骨骼状的A1FeSi相变成颗粒状的A1FeMnSi相从而减小Fe对合金强度的不利影响。本发明铝合金中，Fe元素的存在容易使整个合金性能变脆，因此其是有害元素，本发明通过加入Mn元素，能消除Fe元素的危害，从而提高本发明变速箱体的机械性能。本发明采用上述含量的Mn元素，在本发明铝合金材料中如果Mn含量大于0.8％，则Mn元素不能完全溶解于铝合金材料中，导致其析出相增多，细化晶粒效果减小，则其本身成为杂质元素。
其中，本发明通过在铝合金材料中加入微量Zr元素，对变速箱体的机械性能有一定的强化作用。Zr元素的最显著的作用体现在抑制合金的再结晶行为，使合金变形加工过程中产生的高密度位错和纤维组织得以保存下来，从而为得到具有非再结晶组织的半成品提供了可能，合金半成品因存在非再结晶组织而具有更加优良的性能。本发明中，Zr元素含量大于0.4％，则会导致形成羽毛状晶体和粗大的金属间化合物，则会对本发明变速箱体产生不良影响，因此本发明采用上述成分的Zr元素。
在本发明汽车变速箱体中，通过加入纤蛇纹石纳米管，能够增强制得的铝合金材料的强度。纤蛇纹石为层状硅酸盐矿物,由于Si-O四面体片和Mg-(OH)O八面体片在平面二维方向上的尺寸差异,在形成结构层时,导致其以四面体片居内、八面体片居外的卷曲方式形成纳米管状结构。本发明通过加入纤蛇纹石纳米管，能够增强制得的铝合金的力学性能。
本发明另一个目的在于提供一种制备上述汽车变速箱体的方法，所述制备方法包括如下步骤：
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂；
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；
型壳造型：型壳干燥并用石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至720-760℃，用Ar气精炼，扒渣后静置10-15min，保温；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品。
本发明汽车变速箱体采用消失模壳型铸造法，消失模铸造是一种近无余量、精确成形的新型铸造技术。它采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，泡沫塑料模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。与其他铸造工艺相比，它具有许多优点：铸件的尺寸精度高、表面粗糙度低；增大了铸件结构设计的自由度；散砂紧实、无粘结剂，简化了铸件生产工序，提高了劳动生产率；容易实现清洁生产。本发明变速箱体采用上述方法，能得到精度、强度高的变速箱体，达到本发明的目的。
在上述一种汽车变速箱体的制备方法中，所述光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉20-30份，乙醇60-70份，乙二醇乙醚酯12-15份，蓖麻油3-5份。本发明采用上述光洁剂对泡沫模进行表面处理，能在泡沫模表面形成一层很薄的光洁层，泡沫珠粒间的沟槽被完全填充，改善了泡沫模的表面质量。
在上述一种汽车变速箱体的制备方法中，所述面层涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：5-10份，硅溶胶：30-35份，表面润湿剂JFC：5-10份，消泡剂正辛醇：5-10份，悬浮剂锂基膨润土：2-3份；面层锆英粉硅溶胶粉液比为3.2-3.4；所述过渡层涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：5-10份，硅溶胶：30-35份，表面润湿剂JFC：5-10份，消泡剂正辛醇：5-10份，悬浮剂锂基膨润土：2-3份；过渡层铝矾土粉硅溶胶的粉液比为2.2-2.4；所述加固层涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：5-10份，水玻璃-35份，表面润湿剂JFC：5-10份，消泡剂正辛醇：5-10份，悬浮剂锂基膨润土：2-3份。
在本发明汽车变速箱体的制备方法中，采用上述形式的硅溶胶-水玻璃复合型壳，其中面层采用锆英粉硅溶胶，其高温强度好，化学稳定性高，膨胀系数小，型壳不易开裂；而过渡层采用铝矾土粉硅溶胶，其作为过渡层，高温强度最佳，制得的型壳坚固；加固层则采用铝矾土粉水玻璃，其表面质量好、强度高、制壳周期短、成本低及脱壳方便。本发明采用上述行复合型壳，能够使制得的型壳表面质量好、强度高，从而使本发明变速箱体制得的效果最佳。
在上述一种汽车变速箱体的制备方法中，所述撒砂采用雨淋撒砂。本发明汽车变速箱体的制备方法中采用雨淋撒砂，可以提高涂料的稳定性、增大型壳常温强度、缩短型壳干燥时间。
在上述一种汽车变速箱体的制备方法中，所述填充的石英砂粒度为40-50目。
在上述一种汽车变速箱体的制备方法中，所述真空低压浇注时的真空度为0.03-0.04MPa。本发明采用真空低压浇注法得到汽车变速箱体半成品，与重力浇注等普通浇注方法相比，能显著提高铸件的机械性能，其中延伸率提高幅度最大，同时采用真空低压铸造可以小幅提高铸件的机械性能。因此，真空低压消失模壳型铸造可以获得最好的性能，从而使本发明变速箱体的抗拉强度、延伸率、硬度分别得到提高。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明汽车变速箱体采用铝合金材料制备而成，且合理配伍了铝合金的组成成分及其质量百分比，能使得到的汽车变速箱体具有质量轻、强度高、耐腐蚀等效果。
2、本发明汽车变速箱体在铝合金材料中加入了纤蛇纹石纳米管，能增强铝合金的硬度。
3、本发明汽车变速箱体采用采用消失模壳型铸造法制备，并限定了涂料和撒砂方法，同时采用真空低压浇注，能使得到的汽车变速箱体尺寸精度高、表面粗糙度低，且强度高。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂，其中，光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉20份，乙醇60份，乙二醇乙醚酯12份，蓖麻油3份。
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；其中，面层的涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：5份，硅溶胶：30份，表面润湿剂JFC：5份，消泡剂正辛醇：5份，悬浮剂锂基膨润土：2份；过渡层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：5份，硅溶胶：30份，表面润湿剂JFC：5份，消泡剂正辛醇：5份，悬浮剂锂基膨润土：2份；加固层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：5份，水玻璃30份，表面润湿剂JFC：5份，消泡剂正辛醇：5份，悬浮剂锂基膨润土：2份；
型壳造型：型壳干燥并用粒度为40目的石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至720℃，用Ar气精炼，扒渣后静置10min，保温，所述铝合金材料包括如下质量百分比的成分：Mg：2.5％，Si：1.1％，Mn：0.2％，Zr：0.2％，纤蛇纹石纳米管：2％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品，真空低压浇注时的真空度为0.03MPa。
实施例2
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂，其中，光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉22份，乙醇62份，乙二醇乙醚酯13份，蓖麻油3份。
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；其中，面层的涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：6份，硅溶胶：31份，表面润湿剂JFC：6份，消泡剂正辛醇：6份，悬浮剂锂基膨润土：2份；过渡层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：6份，硅溶胶：31份，表面润湿剂JFC：6份，消泡剂正辛醇：6份，悬浮剂锂基膨润土：2份；加固层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：6份，水玻璃31份，表面润湿剂JFC：6份，消泡剂正辛醇：6份，悬浮剂锂基膨润土：2份；
型壳造型：型壳干燥并用粒度为42目的石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至728℃，用Ar气精炼，扒渣后静置11min，保温，所述铝合金材料包括如下质量百分比的成分：Mg：2.8％，Si：1.4％，Mn：0.4％，Zr：0.25％，纤蛇纹石纳米管：2.1％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品，真空低压浇注时的真空度为0.032MPa。
实施例3
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂，其中，光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉25份，乙醇65份，乙二醇乙醚酯13份，蓖麻油4份。
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；其中，面层的涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：8份，硅溶胶：33份，表面润湿剂JFC：7份，消泡剂正辛醇：7份，悬浮剂锂基膨润土：3份；过渡层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：8份，硅溶胶：33份，表面润湿剂JFC：7份，消泡剂正辛醇：8份，悬浮剂锂基膨润土：3份；加固层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：8份，水玻璃33份，表面润湿剂JFC：7份，消泡剂正辛醇：8份，悬浮剂锂基膨润土：3份；
型壳造型：型壳干燥并用粒度为45目的石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至740℃，用Ar气精炼，扒渣后静置13min，保温，所述铝合金材料包括如下质量百分比的成分：Mg：3％，Si：1.6％，Mn：0.5％，Zr：0.3％，纤蛇纹石纳米管：2.2％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品，真空低压浇注时的真空度为0.035MPa。
实施例4
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂，其中，光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉28份，乙醇68份，乙二醇乙醚酯14份，蓖麻油4份。
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；其中，面层的涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：8份，硅溶胶：34份，表面润湿剂JFC：8份，消泡剂正辛醇：9份，悬浮剂锂基膨润土：3份；过渡层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：8份，硅溶胶：34份，表面润湿剂JFC：9份，消泡剂正辛醇：9份，悬浮剂锂基膨润土：2份；加固层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：9份，水玻璃34份，表面润湿剂JFC：8份，消泡剂正辛醇：9份，悬浮剂锂基膨润土：3份；
型壳造型：型壳干燥并用粒度为48目的石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至750℃，用Ar气精炼，扒渣后静置14min，保温，所述铝合金材料包括如下质量百分比的成分：Mg：3.3％，Si：1.8％，Mn：0.7％，Zr：0.3％，纤蛇纹石纳米管：2.3％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品，真空低压浇注时的真空度为0.038MPa。
实施例5
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂，其中，光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉30份，乙醇70份，乙二醇乙醚酯15份，蓖麻油5份。
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；其中，面层的涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：10份，硅溶胶：35份，表面润湿剂JFC：10份，消泡剂正辛醇：10份，悬浮剂锂基膨润土：3份；过渡层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：10份，硅溶胶：35份，表面润湿剂JFC：10份，消泡剂正辛醇：10份，悬浮剂锂基膨润土：3份；加固层的涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：10份，水玻璃35份，表面润湿剂JFC：10份，消泡剂正辛醇：10份，悬浮剂锂基膨润土：3份；
型壳造型：型壳干燥并用粒度为50目的石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至760℃，用Ar气精炼，扒渣后静置15min，保温，所述铝合金材料包括如下质量百分比的成分：Mg：3.5％，Si：2.1％，Mn：0.8％，Zr：0.4％，纤蛇纹石纳米管：2.5％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品，真空低压浇注时的真空度为0.04MPa。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体采用普通铝合金材料，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体的铝合金材料Mn的含量为0.9％，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体的铝合金材料Zr的含量为0.5％，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体的铝合金材料中不加入纤蛇纹石纳米管，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体采用普通铝合金熔炼方法制成，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例6
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体制备过程中不采用硅溶胶-水玻璃复合型壳，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例7
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体制备过程中不采用光洁剂，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例8
与实施例1的区别仅在于，该对比例变速箱体制备过程中采用重力浇注，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对上述实施例1-5及对比例1-8中变速箱体进行性能测试，测试结果如表1中所示。
表1：实施例1-5及对比例1-8中变速箱体性能测试结果
由上述结果可以看出，本发明汽车变速箱体采用消失模壳型铸造法制备，并限定了涂料和撒砂方法，同时采用真空低压浇注，能使得到的汽车变速箱体尺寸精度高、表面粗糙度低，且强度高。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种汽车变速箱体，其特征在于，所述汽车变速箱体采用铝合金材料制成，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mg：2.5-3.5％，Si：1.1-2.1％，Mn：0.2-0.8％，Zr：0.2-0.4％，纤蛇纹石纳米管：2-2.5％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
2.一种如权利要求1所述的汽车变速箱体制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
制备泡沫模：利用可发性聚苯乙烯珠粒为原料制备泡沫模，并涂覆光洁剂；
制备型壳：将制得的泡沫模浸入涂料，并翻转，再经撒砂、干燥后得型壳面层，重复一次得型壳过渡层，再重复一次得型壳加固层；
型壳造型：型壳干燥并用石英砂填充，振动紧实后覆盖塑料薄膜及砂箱盖；
合金熔炼：将制备变速箱体的铝合金材料进行熔炼，升温至720-760℃，用Ar气精炼，扒渣后静置10-15min，保温；
浇注：采用真空低压浇注法将合金液充型得汽车变速箱体成品。
3.根据权利要求2所述的一种汽车变速箱体的制备方法，其特征在于，所述光洁剂包括如下重量份的组分：硝化棉20-30份，乙醇60-70份，乙二醇乙醚酯12-15份，蓖麻油3-5份。
4.根据权利要求2所述的一种汽车变速箱体的制备方法，其特征在于，所述面层涂料包括如下重量份的组分：锆英粉：5-10份，硅溶胶：30-35份，表面润湿剂JFC：5-10份，消泡剂正辛醇：5-10份，悬浮剂锂基膨润土：2-3份。
5.根据权利要求2所述的一种汽车变速箱体的制备方法，其特征在于，所述过渡层涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：5-10份，硅溶胶：30-35份，表面润湿剂JFC：5-10份，消泡剂正辛醇：5-10份，悬浮剂锂基膨润土：2-3份。
6.根据权利要求2所述的一种汽车变速箱体的制备方法，其特征在于，所述加固层涂料包括如下重量份的组分：铝矾土粉：5-10份，水玻璃-35份，表面润湿剂JFC：5-10份，消泡剂正辛醇：5-10份，悬浮剂锂基膨润土：2-3份。
7.根据权利要求2所述的一种汽车变速箱体的制备方法，其特征在于，所述填充的石英砂粒度为40-50目。
8.根据权利要求2所述的一种汽车变速箱体的制备方法，其特征在于，所述真空低压浇注时的真空度为0.03-0.04MPa。
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