CN108237210A - 一种高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸成形方法 - Google Patents

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李大全
张帆
陈颂
王光宗
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Abstract

本发明涉及一种高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法，属于半固态成形技术领域，其步骤如下：(1)原材料为铝合金半固态浆料；(2)通过浇注系统的台阶设计与凸台设计，在压射过程中去除铝合金半固态浆料的表层氧化皮与顶端氧化皮；(3)在连接件几何中心附近设置浇口，缩短半固态浆料压射充型距离，减少充型流动的波动；(4)压铸过程中控制内浇口速度，保持半固态浆料的层流充型；(5)压铸结束后的凝固过程中，对内浇口持续施加压力，连接件在压力作用下顺序凝固，保证具有致密的凝固组织。采用该方法制备的铝合金汽车连接件性能优异，尺寸精度高，生产效率高，完全可以满足汽车工业对铝合金铆接接头的要求。

Description

一种高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸成形方法
技术领域
本发明涉及一种半固态压铸成形方法，具体涉及一种高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法，属于半固态成形技术领域。
背景技术
随着汽车工业节能减排需求的日益迫切，轻量化成为汽车工业的发展趋势。采用轻质高强铝合金零部件替代传统钢铁零部件是目前实现汽车轻量化的有效方法。越来越多的汽车车身结构件采用铝合金材料制备。而铝合金零部件之间的连接问题成为行业需要解决的问题之一。
采用传统的焊接工艺进行铝合金结构件之间的连接，焊缝区域性能会大幅度降低，成为汽车结构强度的薄弱环节。为了保证铝合金材料的结构强度，铝合金零部件之间的连接目前主要采用铆接方式。
铆接用接头既有高强度和高塑性要求，又有高尺寸精度要求，同时由于用量巨大，又有低成本与高生产效率需求。
采用锻造的方法制备铆接接头性能优异，但工艺流程长，成本太高。采用低压铸造的方法制备铆接接头尺寸精度不够，需要大量后续机加工，生产效率成为瓶颈。
采用普通压铸方法制备铆接接头，生产效率高，但性能太低，无法满足使用要求。铆接接头的生产制备技术越来越受到汽车工业的重视。
因此，提供一种连接件性能优异，尺寸精度高，生产效率高，满足汽车工业对铝合金铆接接头的要求的高强韧铝合金汽车连接件的半固态压铸成形方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强韧铝合金汽车连接件的半固态压铸成形方法，采用该方法制备的铝合金汽车连接件性能优异，尺寸精度高，生产效率高，完全可以满足汽车工业对铝合金铆接接头的要求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法，其步骤如下：
(1)原材料为铝合金半固态浆料；
(2)通过浇注系统设计，在压射过程中去除铝合金半固态浆料的表层氧化皮与顶端氧化皮，使得心部纯净铝合金半固态浆料进入零件成形；
(3)在连接件几何中心附近设置浇口，缩短半固态浆料压射充型距离，减少充型流动的波动；
(4)压铸过程中控制内浇口速度，保持半固态浆料的层流充型；
(5)压铸结束后的凝固过程中，对内浇口持续施加压力，连接件在压力作用下顺序凝固，保证具有致密的凝固组织；保压凝固时间为：5-90秒，保压压力为：40-120MPa。
优选地，在所述步骤(5)之后，进行热处理，热处理工艺范围：固溶温度：450℃-550℃，固溶时间：0.2-16小时，时效温度：150℃-250℃，时效时间：1-64小时。
优选地，所述步骤(2)中所述浇注系统设计为台阶与凸台设计，所述凸台的下面设有两个台阶。
优选地，所述步骤(1)中所述半固态浆料的固相分数在20％至80％之间。
优选地，所述步骤(5)中所述内浇口速度控制在0.1m/s至30m/s之间。
优选地，所述一模多腔为一模八腔的压铸方式。
优选地，所述步骤(2)中所述浇口的设计中，在零件的充型末端设置溢流槽与排气槽，排气槽在溢流槽末端与溢流槽相连。
本发明的优点在于：
本发明的方法制备的铝合金汽车连接件性能优异，尺寸精度高，生产效率高，完全可以满足汽车工业对铝合金铆接接头的要求。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的台阶式浇注系统的结构示意图。
图2为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的浇口设计与溢流槽和排气槽设计的结构示意图。
图3为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的一模多腔设计的结构示意图。
主要零部件名称：
1台阶 2凸台
3浇口 4溢流槽与排气槽
5一模四腔
具体实施方式
实施例1：
采用A357合金半固态压铸成形高强韧汽车连接件。半固态浆料的固相分数为20％。将半固态浆料倒入压铸机料筒。如图1所示，为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的台阶式浇注系统的结构示意图，图中，1为台阶，2为凸台，凸台2下面设有两个台阶2；在压射过程中去除铝合金半固态浆料的表层氧化皮与顶端氧化皮，使得心部纯净铝合金半固态浆料进入零件成形。采用一模四腔的压铸系统设计提高生产效率，如图3所示，本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的一模四腔设计的结构示意图，其中，5为一模四腔。一模制备四件连接件产品。在连接件几何中心位置设置浇口，如图2所示，为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的浇口设计与溢流槽和排气槽设计的结构示意图，图中，3为浇口，4为溢流槽与排气槽，排气槽在溢流槽末端与溢流槽相连；这种设计可以缩短半固态浆料压射充型距离，减少充型流动的波动。压铸过程中控制内浇口速度为30m/s。压铸结束后的凝固过程对内浇口持续施加压力120MPa，保压时间90秒。连接件在压力作用下顺序凝固，保证具有致密的凝固组织。在零件的充型末端设置溢流槽与排气槽4，保证型腔中气体与端部氧化皮在压射充型过程中有效排出。压铸成形后通过热处理强化提高零件力学性能。热处理工艺：固溶温度：450℃，固溶时间：0.4小时，时效温度：250℃，时效时间：2小时。
实施例2：
采用A356合金半固态压铸成形高强韧汽车连接件。半固态浆料的固相分数为50％。将半固态浆料倒入压铸机料筒。如图1所示，为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的台阶式浇注系统的结构示意图，图中，1为台阶，2为凸台；在压射过程中去除铝合金半固态浆料的表层氧化皮与顶端氧化皮，使得心部纯净铝合金半固态浆料进入零件成形。采用一模八腔的压铸系统设计提高生产效率。一模制备八件连接件产品。在连接件几何中心位置设置浇口，如图2所示，为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的浇口设计与溢流槽和排气槽设计的结构示意图，图中，3为浇口，4为溢流槽与排气槽；这种设计可以缩短半固态浆料压射充型距离，减少充型流动的波动。压铸过程中控制内浇口速度1m/s。压铸结束后的凝固过程对内浇口持续施加压力80MPa，保压时间40秒。连接件在压力作用下顺序凝固，保证具有致密的凝固组织。在零件的末端设置溢流槽与排气槽4，保证型腔中气体与端部氧化皮有效排出。压铸成形后通过热处理强化提高零件力学性能。热处理工艺：固溶温度：540℃，固溶时间：14小时，时效温度：190℃，时效时间：8小时。
实施例3：
采用319合金半固态压铸成形高强韧汽车连接件。半固态浆料的固相分数为75％。将半固态浆料倒入压铸机料筒。如图1所示，为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的台阶式浇注系统的结构示意图，图中，1为台阶，2为凸台；在压射过程中去除铝合金半固态浆料的表层氧化皮与顶端氧化皮，使得心部纯净铝合金半固态浆料进入零件成形。采用一模一腔的压铸系统设计。一模制备一件连接件产品。在连接件几何中心位置设置浇口，如图2所示，为本发明的高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法中所用的浇口设计与溢流槽和排气槽设计的结构示意图，图中，3为浇口，4为溢流槽与排气槽；这种设计可以缩短半固态浆料压射充型距离，减少充型流动的波动。压铸过程中控制内浇口速度10m/s。压铸结束后的凝固过程对内浇口持续施加压力40MPa，保压时间10秒。连接件在压力作用下顺序凝固，保证具有致密的凝固组织。在零件的末端设置溢流槽与排气槽4，保证型腔中气体与端部氧化皮有效排出。压铸成形后通过热处理强化提高零件力学性能。热处理工艺：固溶温度：500℃，固溶时间：6小时，时效温度：150℃，时效时间：64小时。
采用上述方法制备的铝合金汽车连接件性能优异，尺寸精度高，生产效率高，完全可以满足汽车工业对铝合金铆接接头的要求。

Claims (8)

1.一种高强韧铝合金汽车结构件半固态压铸成形制备方法，其步骤如下：
(1)原材料为铝合金半固态浆料；
(2)通过浇注系统设计，在压射过程中去除铝合金半固态浆料的表层氧化皮与顶端氧化皮，使得心部纯净铝合金半固态浆料进入零件成形；
(3)在连接件几何中心附近设置浇口，缩短半固态浆料压射充型距离，减少充型流动的波动；
(4)压铸过程中控制内浇口速度，保持半固态浆料的层流充型；
(5)压铸结束后的凝固过程中，对内浇口持续施加压力，连接件在压力作用下顺序凝固，保证具有致密的凝固组织；保压凝固时间为：5-90秒，保压压力为：40-120MPa。
2.根据权利要求1所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：所述铝合金半固态浆料的固相率在20％至80％之间。
3.根据权利要求2所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：所述浇注系统设计为台阶与凸台设计，所述凸台的下面设有两个台阶。
4.根据权利要求3所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：所述内浇口速度控制在0.1m/s至30m/s之间。
5.根据权利要求1所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：所述浇注系统采用一模多腔的压铸方式。
6.根据权利要求5所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：所述浇注系统采用一模八腔的压铸方式。
7.根据权利要求1所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：所述浇口的设计中，在零件的充型末端设置溢流槽与排气槽，排气槽在溢流槽末端与溢流槽相连。
8.根据权利要求1所述的高强韧铝合金汽车连接件半固态压铸制备方法，其特征在于：在所述步骤(5)之后，进行压铸成形后的热处理，热处理工艺为：固溶温度：450℃-550℃，固溶时间：0.2-16小时，时效温度：150℃-250℃，时效时间：1-64小时。
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