CN109396359A - 一种空心薄壁铝合金控制臂金属型重力铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种空心薄壁铝合金控制臂金属型重力铸造工艺，它包括以下步骤：①工艺方案的选择a、浇注位置的确定：b、分型面的选择：c、采用金属型+砂芯工艺；②浇注系统设计，采用底注开放式浇注系统，保证各浇道截面积向着内浇道逐步增大，即直浇道截面积∑F直＜横浇道截面积∑F横＜内浇道截∑F内，其阻流截面设置在直浇道；本发明优点是：1、运用金属型重力倾转工艺生产中空薄壁铝合金控制臂，铸件内在质量稳定，抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等指标符合设计要求；2、采用底注开放式浇注系统，最小阻流截面在直浇道，同时直浇道与横浇道采用带有缓流作用的鹅颈式连接，降低了充型速度，防卷气及二次氧化夹渣的效果好。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体涉及一种空心薄壁铝合金控制臂金属型重力铸造工艺。
背景技术
目前，随着汽车节能减排要求不断提高，用铸铝材料取代传统钢材进行底盘结构件设计是最有效的方法之一。控制臂是底盘系统中安全性要求最高的部件，它一端连着副车架，一端连着转向节，一但失效将直接威胁乘员的生命安全，如何制造出满足刚度、强度及耐久性能好又符合轻量化要求的空心薄壁铸铝控制臂产品难度很大，国内外无成功先例借鉴。
发明内容
本发明的目的就是针对目前，随着汽车节能减排要求不断提高，用铸铝材料取代传统钢材进行底盘结构件设计是最有效的方法之一。控制臂是底盘系统中安全性要求最高的部件，它一端连着副车架，一端连着转向节，一但失效将直接威胁乘员的生命安全，如何制造出满足刚度、强度及耐久性能好又符合轻量化要求的空心薄壁铸铝控制臂产品难度很大，国内外无成功先例借鉴之不足，而提供一种空心薄壁铝合金控制臂金属型重力铸造工艺。
本发明包括以下步骤：
①工艺方案的选择
a、浇注位置的确定：
将有热结的部位向上，便于设置冒口补缩；
b、分型面的选择：
沿最大轮廓面、分型面，兼顾大的热节重要部位；
c、采用金属型+砂芯工艺，砂芯采用无机环保制作而成，砂芯结构为整体式；
②浇注系统设计，采用底注开放式浇注系统，保证各浇道截面积向着内浇道逐步增大，即直浇道截面积∑F直＜横浇道截面积∑F横＜内浇道截∑F内，其阻流截面设置在直浇道；
a、浇道设计
最小截面的计算公式为：
F直=G/K*t*√HP
=13.2/0.04*12*√31.95=4.87cm2
G-浇注重量
K-流量系数，铝合金取值0.04-0.07
t-浇注时间，
Hp-平均压头
求出圆形直浇道最小半径R12.5毫米 ，直浇道直径为φ25毫米，由此计算出浇道比为：
∑F直：∑F横：∑F内=490.6：2500：1260=1：5：2.65
b、冒口的设计
采用同时凝固的冒口补缩系统，壁厚为5-22毫米，且热节多而分散，采用冒口+水冷方式来调整模具温度，采用六个冒口和两处水冷，冒口按热节法初算并按实际经验进行修正；
式中，D为冒口直径，d为热节圆直径，H为冒口的高度；
③砂芯及排气系统设计
铸件的空心内腔由整体式砂芯成型，采用无机环保砂温芯盒制芯，砂芯的主要指标为热抗弯强度1.5MPa，常温抗弯强度5MPa，发气量≤8ml/g，铸件落砂工艺孔既是射砂口又是定位芯头也是砂芯排气孔，便于砂芯浇注过程气体的排出，同时冒口的上方也都开有排气孔槽，便于浇注过程中型腔中的气体排出；
④控制充型速度
为了避免充卷气和二次氧化夹渣，速度控制在45-55cm/s，为此采取两个措施，一是控制倾转的时间，二是将直浇道与横浇道的连接设计成鹅颈式，增加了阻流作用，降低了流速。
本发明优点是：1、运用金属型重力倾转工艺生产中空薄壁铝合金控制臂，铸件内在质量稳定，抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等指标符合设计要求；
2、采用底注开放式浇注系统，最小阻流截面在直浇道，同时直浇道与横浇道采用带有缓流作用的鹅颈式连接，降低了充型速度，防卷气及二次氧化夹渣的效果好；
3、为了达到同时凝固，除了设置冒口，在不宜设置冒口的热节部位增加水冷来调整模具温度来实现铸件的同时凝固，减小缩孔缩松缺陷产生；
4、铸件的内腔采用砂芯成型、工艺成熟、生产效率高。
具体实施方式
本发明包括以下步骤：
①工艺方案的选择
a、浇注位置的确定：
将有热结的部位向上，便于设置冒口补缩；
b、分型面的选择：
沿最大轮廓面、分型面，应尽量兼顾大的热节重要部位；
c、采用金属型+砂芯工艺，砂芯采用无机环保制作而成，砂芯结构为整体式；
②浇注系统设计，采用底注开放式浇注系统，保证各浇道截面积向着内浇道逐步增大，即直浇道截面积∑F直＜横浇道截面积∑F横＜内浇道截∑F内，其阻流截面设置在直浇道；
a、浇道设计
最小截面的计算公式为：
F直=G/K*t*√HP
=13.2/0.04*12*√31.95=4.87cm2
G-浇注重量（此件浇注总重量为13.2Kg）
K-流量系数，铝合金取值0.04-0.07（本案取值0.04）
t-浇注时间，（本案设定浇注时间为12s）
Hp-平均压头（本案平均压头高度31.95cm）
求出圆形直浇道最小半径R12.5毫米 ，直浇道直径为φ25毫米，由此计算出浇道比为：
∑F直：∑F横：∑F内=490.6：2500：1260=1：5：2.65
b、冒口的设计
采用同时凝固的冒口补缩系统——由于结构的需要，该产品壁厚不均，最小5毫米、最大22毫米，且热节多而分散，为了尽量做到同时凝固，避免因凝固收缩产生缩孔缩松采用冒口+水冷方式来调整模具温度，采用六个冒口和两处水冷，冒口按热节法初算并按实际经验进行修正；
顶明冒口直径 （当热节水平尺寸大时）
顶冒口高度（侧冒口时）
暗冒口时（当热节水平大时）
暗冒口高度
式中，D为冒口直径，d为热节圆直径，H为冒口的高度；
③砂芯及排气系统设计
铸件的空心内腔由整体式砂芯成型，采用无机环保砂温芯盒制芯，砂芯的主要指标为热抗弯强度1.5MPa，常温抗弯强度5MPa，发气量≤8ml/g，铸件落砂工艺孔既是射砂口又是定位芯头也是砂芯排气孔，便于砂芯浇注过程气体的排出，同时冒口的上方也都开有排气孔槽，便于浇注过程中型腔中的气体排出；
④控制充型速度
为了避免充卷气和二次氧化夹渣，速度要控制在合理范围，一般认为充型速度最佳在50cm/s左右，为此采取两个措施，一是控制倾转的时间（本案设定为12s），二是将直浇道与横浇道的连接设计成鹅颈式，增加了阻流作用，降低了流速。
浇注前模具经过预热、喷涂等前处理，型腔涂料层厚度0.15-0.2mm，冒口保温涂料层厚度1-2mm，模具温度在350℃-400℃，铝液浇铸温度710℃-730℃，水冷处于接通状态。模具的起始位置为浇口杯处在水平位置。浇注开始时，上模板打开，首先将检验合格的砂芯下入下模板中，吹净型腔后合模、浇注机器人将定量的经过精炼变质合格铝液浇入内浇口杯，然后模具在设备的带动下开始倾转，铝液经过直浇道、横浇道、内浇道迅速充满型腔。设备倾转到与起始位置成90°时，停止转动，这时冒口大多处在需要补缩的热节上方，在重力的作用下对热节进行补缩，上模水冷和下模水冷，在倾转开始2s时打开，在倾转结束4s后关闭，凝固结束后设备回到起始点，上模打开，顶出油缸带动推板及顶针板向上移动，将铸件顶出型腔，机器人取件，完成第一个浇注循环。
当初步的浇冒系统设计好后，选用AnyCasting模拟软件进行铸造工艺的CAE分析，通过分析发现铸件热节部分由于冒口的作用，都得到了较好的补缩，产生缩孔、缩松的概率不大；热节孤立、不在分型面上，都无法设置冒口补缩的，这时可在相应位置设置水冷装置，来加快铸件厚大部位的冷却速度，达到与其它部位同时凝固来消除缩孔的产生，具体操作为浇注2s时，冷却循环水开，倾转浇注结束后4s水冷关闭。同时，还要发挥涂料层作用，壁厚处涂薄，壁薄处涂厚。
Claims (1)
1.一种空心薄壁铝合金控制臂金属型重力铸造工艺，其特征在于它包括以下步骤：
①工艺方案的选择
a、浇注位置的确定：
将有热结的部位向上，便于设置冒口补缩；
b、分型面的选择：
沿最大轮廓面、分型面，兼顾大的热节重要部位；
c、采用金属型+砂芯工艺，砂芯采用无机环保制作而成，砂芯结构为整体式；
②浇注系统设计，采用底注开放式浇注系统，保证各浇道截面积向着内浇道逐步增大，即直浇道截面积∑F直＜横浇道截面积∑F横＜内浇道截∑F内，其阻流截面设置在直浇道；
a、浇道设计
直浇道阻浇截面
横浇道截面积
内浇道截面积
浇道比：
最小截面的计算公式为：
F直=G/K*t*√HP
=13.2/0.04*12*√31.95=4.87cm2
G-浇注重量
K-流量系数，铝合金取值0.04-0.07
t-浇注时间，
Hp-平均压头
求出圆形直浇道最小半径R12.5毫米 ，直浇道直径为φ25毫米，由此计算出浇道比为：
∑F直：∑F横：∑F内=490.6：2500：1260=1：5：2.65
b、冒口的设计
采用同时凝固的冒口补缩系统，壁厚为5-22毫米，且热节多而分散，采用冒口+水冷方式来调整模具温度，采用六个冒口和两处水冷，冒口按热节法初算并按实际经验进行修正；
顶明冒口直径
顶冒口高度
暗冒口时
暗冒口高度
式中，D为冒口直径，d为热节圆直径，H为冒口的高度；
③砂芯及排气系统设计
铸件的空心内腔由整体式砂芯成型，采用无机环保砂温芯盒制芯，砂芯的主要指标为热抗弯强度1.5MPa，常温抗弯强度5MPa，发气量≤8ml/g，铸件落砂工艺孔既是射砂口又是定位芯头也是砂芯排气孔，便于砂芯浇注过程气体的排出，同时冒口的上方也都开有排气孔槽，便于浇注过程中型腔中的气体排出；
④控制充型速度
为了避免充卷气和二次氧化夹渣，速度控制在45-55cm/s，为此采取两个措施，一是控制倾转的时间，二是将直浇道与横浇道的连接设计成鹅颈式，增加了阻流作用，降低了流速。
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