CN109420745B - 一种空心薄壁铸铝控制臂金属型重力倾转模具 - Google Patents
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Abstract
一种空心薄壁铸铝控制臂金属型重力倾转模具，它包括上模脚(1)、上模板(2)、下模板(3)、下模脚(4)、顶针板(5)、推板(6)、上浇口杯(9)和下浇口杯(10)，上模板(2)和下模板(3)上分别设有底注开放式浇注系统，底注开放式浇注系统包括直浇道(11)、横浇道(12)和内浇道(13)，各浇道的截面比例为∑直(11)＜∑横(12)＜∑内(13)，本发明优点是：1、铸件内在质量稳定，抗拉强度、屈服强度、延伸率；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铸铝控制臂金属型重力倾转模具。
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铸铝控制臂金属型重力倾转模具。
本发明包括上模脚、上模板、下模板、下模脚、顶针板、推板、上浇口杯和下浇口杯，上模板和下模板分别安装在对应的上模脚和下模脚上，下模板底部设有一组导柱，顶针板和推板上分别开有一组导柱通过孔，顶针板安装在推板上，并在一组导柱上滑动，上模板和下模板上分别开有浇注口，上浇口杯和下浇口杯的出液口分别与对应的上模板和下模板的浇注口相通；上模板和下模板形成有控制臂型腔，上模板和下模板上分别设有底注开放式浇注系统，底注开放式浇注系统包括直浇道、横浇道和内浇道，各浇道的截面比例为∑直＜∑横＜∑内，直浇道和横浇道之间通过鹅颈式浇道相通，横浇道通过内浇道与控制臂型腔相通，位于铸件分型面热节处的上模板和下模板上分别设有冒口，以及与冒口对应的排气孔槽，上模板和下模板上均设有水冷管组、砂芯定位槽、多个冷铁和点冷管，直浇道上开有一对倾斜向上并与控制臂型腔相通的阻流口。
上模板和下模板的控制臂型腔内壁上分别设有脱模网纹。
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∑F直＜∑F横＜∑F内，其阻流截面在直浇道，最小截面的计算公式为：
F直=G/K×t×
=13.2/0.04×12×=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
基本符合铝合金开放式浇注系统设计规范；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，本案共用六个冒口和二处水冷，冒口按热节法初算并按实际经验进行修正，冒口的设计公式：
D=（1.2-1.5）dc，
H=（1.5-2）D
上述公式中，D为冒口直径，dc为热节圆直径，H为冒口的高度；合理的砂芯及排气系统——铸件的空心内腔由一整体砂芯成型，采用酚醛树脂热芯盒制芯，砂芯的主要指标为热抗弯强度1.5MPa，常温抗弯强度3MPa，灼烧减为2%，熔点为95-105℃，粒度70/140，处在分型面上的矩形工艺孔既是射砂口又是定位芯头也是砂芯排气孔，该工艺孔置于凝固时铸件上方，便于砂芯浇注过程气体排出，同时冒口的上方也都开有排气孔槽，使于浇注过程中型腔中的气体排出；合理控制充型速度——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。
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。
附图说明
图1是本发明分解结构示意图。
图2是本发明上模板结构示意图。
图3是本发明底注开放式浇注系统示意图。
图4是本发明模具扣合结构示意图。
实施方式
如附图所示，本发明包括上模脚1、上模板2、下模板3、下模脚4、顶针板5、推板6、上浇口杯9和下浇口杯10，上模板2和下模板3分别安装在对应的上模脚1和下模脚4上，下模板3底部设有一组导柱7，顶针板5和推板6上分别开有一组导柱通过孔，顶针板5安装在推板6上，并在一组导柱7上滑动，上模板2和下模板3上分别开有浇注口，上浇口杯9和下浇口杯10的出液口分别与对应的上模板2和下模板3的浇注口相通；上模板2和下模板3形成有控制臂型腔，上模板2和下模板3上分别设有底注开放式浇注系统，底注开放式浇注系统包括直浇道11、横浇道12和内浇道13，各浇道的截面比例为∑直11＜∑横12＜∑内13，直浇道11和横浇道12之间通过鹅颈式浇道14相通，横浇道12通过内浇道13与控制臂型腔相通，位于铸件分型面热节处的上模板2和下模板3上分别设有冒口18，以及与冒口18对应的排气孔槽，上模板2和下模板3上均设有水冷管组19、砂芯定位槽、多个冷铁20和点冷管，直浇道11上开有一对倾斜向上并与控制臂型腔相通的阻流口15。
上模板2和下模板3的控制臂型腔内壁上分别设有脱模网纹。
工作方式原理：上模板2和下模板3分别通过上模脚1和下模脚4安装在重力倾转浇注机上，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，冒口涂料层厚度1mm左右，模具温度在350℃左右，上模板2和下模板3的反面随形，使得控制臂型腔在上模板2和下模板3上厚度均匀，水冷管组19根据模具的形状分布，方便散热，上模板2和下模板3上的水冷管组19和点冷管处于接通状态，模具的起始位置为下浇口杯10处在水平位置。浇注开始时，上模板2在上模脚1及设备的带动下向上打开，首先将预先制好的检验合格的砂芯放入下模板3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下浇口杯10中，然后模具在设备的带动下开始倾转，铝液经过直浇道11、横浇道12和内浇道13后迅速充满型腔。设备倾转到与起始位置成90°时，停止转动，这时冒口18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，在安放空气弹簧部位，由于结构需要壁厚增加，形成了一个集中的热节，该热节不在分型面上，都无法设置冒口补缩，这时可在相应位置设置冷铁20，上模板2和下模板3的点冷管分别为对应的冷铁20降温，上模板2和下模板3的水冷管组19和点冷管在倾转开始2s时打开使内部水循环，在倾转结束4s后关闭，为铸件各个部位进行降温，使各部位能够同时凝固，凝固结束后设备回到起始点，上模板2打开，顶针板5上设有一组顶针，下模板3上开有顶针通过孔，重力倾转浇注机的顶出油缸带动推板6及顶针板5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。
Claims (2)
1.一种空心薄壁铸铝控制臂金属型重力倾转模具，其特征在于它包括上模脚(1)、上模板(2)、下模板(3)、下模脚(4)、顶针板(5)、推板(6)、上浇口杯(9)和下浇口杯(10)，上模板(2)和下模板(3)分别安装在对应的上模脚(1)和下模脚(4)上，下模板(3)底部设有一组导柱(7)，顶针板(5)和推板(6)上分别开有一组导柱通过孔，顶针板(5)安装在推板(6)上，并在一组导柱(7)上滑动，上模板(2)和下模板(3)上分别开有浇注口，上浇口杯(9)和下浇口杯(10)的出液口分别与对应的上模板(2)和下模板(3)的浇注口相通；上模板(2)和下模板(3)形成有控制臂型腔，上模板(2)和下模板(3)上分别设有底注开放式浇注系统，底注开放式浇注系统包括直浇道 (11)、横浇道 (12)和内浇道 (13)，各浇道的截面比例为∑直＜∑横＜∑内，直浇道 (11)和横浇道 (12)之间通过鹅颈式浇道(14)相通，横浇道 (12)通过内浇道 (13)与控制臂型腔相通，位于铸件分型面热节处的上模板(2)和下模板(3)上分别设有冒口(18)，以及与冒口(18)对应的排气孔槽，上模板(2)和下模板(3)上均设有水冷管组(19)、砂芯定位槽、多个冷铁(20)和点冷管，直浇道 (11)上开有一对倾斜向上并与控制臂型腔相通的阻流口(15)。
2.根据权利要求1所述的一种空心薄壁铸铝控制臂金属型重力倾转模具，其特征在于上模板(2)和下模板(3)的控制臂型腔内壁上分别设有脱模网纹。
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