CN109926557A - 一种铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法 - Google Patents

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李大全
张帆
陈颂
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Youyan metal composite technology Co.,Ltd.
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Abstract

本发明涉及一种铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，属于半固态成形技术领域。该方法是将Al‑Si‑Cu‑Mg系铝合金半固态流变浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，浇口位置设在卡钳最厚大的中心顶部位置，控制内浇口速度使半固态浆料实现层流充型，压铸充型后进行增压建压，最后将获得的卡钳件进行热处理。本发明是一种低成本高效率的铝合金卡钳制备工艺，通过本发明工艺制备的铝合金卡钳产品完全满足乘用车对卡钳产品的性能要求。

Description

一种铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，特别涉及一种高强度铝合金汽车卡钳产品的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。越来越多的汽车结构件采用铝合金材料制备。卡钳是汽车底盘的关键受力结构件，传统采用铸铁材料制备，产品重量大。汽车簧下质量对汽车的稳定性及操控性有重大意义。有数据显示，减轻1Kg簧下质量效能等同于减轻15Kg簧上质量。因此，卡钳轻量化需求迫切。目前，已经有锻造的铝合金卡钳产品应用于高端乘用车市场，但由于产品价格高，应用并不普及。尤其对于受力条件更苛刻的商用车还未见任何铝合金卡钳的应用报到。
发明内容
本发明的目的是开发一种高强度铝合金汽车卡钳产品的半固态压铸成形方法。采用该方法制备的铝合金汽车卡钳产品性能优异，气密性好，生产效率高，完全可以满足汽车工业对铝合金卡钳产品的性能要求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，即通过半固态流变压铸方法制备铝合金汽车卡钳，包括如下步骤：将Al-Si-Cu-Mg系铝合金半固态流变浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，浇口位置设在卡钳产品最厚大的中心顶部位置，控制内浇口速度使半固态浆料实现层流充型，压铸充型后进行增压建压，最后将获得的卡钳件进行热处理。
在Al-Si-Cu-Mg系铝合金熔体凝固过程中通过外场作用(机械振动)直接制备半固态浆料，半固态浆料的固相(体积)分数在40-60％之间。
本发明所使用的铝合金为Al-Si-Cu-Mg系合金，其中Si含量5-8wt％，Cu含量2-3wt％，Mg含量0.3-0.7wt％，其余为Al。
浇口位置选择在卡钳最厚大的中心顶部位置，进料方式可以是顶部进料也可以是侧面进料，即浇口开口可以位于顶部，也可以位于侧面。
所述内浇口速度控制在0.2m/s至5m/s之间，充型时间控制在0.1s至2s之间。
所述压铸充型后的增压建压时间<0.1s；保压压力控制在70MPa至100MPa之间。
半固态压铸成形后铝合金卡钳产品需要通过热处理进行强化，所述的热处理为多级固溶处理，具体工艺为：495-500℃固溶2-4小时，再升温至510-515℃固溶1-3小时。
本发明采用半固态流变压铸的方法制备铝合金卡钳产品，即在铝合金熔体凝固过程中通过外场作用直接制备半固态浆料，半固态浆料的固相分数在40-60％之间。流变制浆工艺流程短，成本低，适合汽车工业的低成本要求；且高固相分数浆料粘度高，流动易于控制，且浆料凝固收缩小，不易产生缩松缩孔等缺陷。
本发明应用高强度的Al-Si-Cu-Mg系铝合金材料制备卡钳产品，合金成分范围为：Si含量5-8％，Cu含量2-3％，Mg含量0.3-07％。Si含量在5-8％之间的铝合金易于实现半固态流变制浆，Cu元素和Mg元素是铝合金中的有效强化元素，通过热处理可以显著提高合金的强度和硬度。
本发明工艺中，浇口位置选择在卡钳最厚大的中心顶部位置，可以是顶部进料也可以是侧面进料。通过内浇口速度控制实现半固态浆料的层流充型，并控制卡钳产品的充型时间，内浇口速度控制在0.2m/s至5m/s之间，充型时间控制在0.1s至2s之间。充型速度过快易产生紊流，充型速度过慢容易产生充型不良缺陷。
本发明通过增压建压时间控制实现零件压力下凝固，压铸充型后的增压建压时间<0.1s，保压压力控制在70MPa至100MPa之间。增压建压时间过长不利于补缩，保压压力过低不能有效补缩，保压压力过大对设备要求高，增加成本。
本发明通过热处理强化提高零部件性能，其中固溶强化采用多级固溶，具体工艺为：500℃固溶2-4小时，再升温至510℃固溶1-3小时。通过多级固溶能够更好的发挥Cu和Mg元素的强化效果，提高产品性能，满足使用要求。
总之，本发明是一种低成本高效率的铝合金卡钳制备工艺，通过本发明工艺制备的铝合金卡钳产品，其屈服强度为250-330MPa，抗拉强度为350-400MPa，延伸率为6-10％，完全能够满足乘用车对卡钳产品的性能要求。
附图说明
图1为卡钳顶部进料浇口位置示意图。
图2为卡钳侧面进料浇口位置示意图。
具体实施方式
本发明采用半固态流变压铸的方法制备铝合金卡钳产品，包括如下步骤：
(1)制备半固态浆料：在铝合金熔体凝固过程中通过外场作用直接制备半固态浆料，半固态浆料的固相分数在40-60％之间。采用高强度的Al-Si-Cu-Mg系铝合金材料制备卡钳产品，合金成分范围为：Si含量5-8％，Cu含量2-3％，Mg含量0.3-07％。
(2)压铸成形：将Al-Si-Cu-Mg系铝合金半固态流变浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，浇口位置选择在卡钳产品最厚大的中心顶部位置，可以是顶部进料也可以是顶部侧面进料，如图1的浇口位置为顶部进料，图2的浇口位置为侧面进料。通过内浇口速度控制实现半固态浆料的层流充型，并控制卡钳产品的充型时间，内浇口速度控制在0.2m/s至5m/s之间，充型时间控制在0.1s至2s之间。压铸充型后增压建压，通过增压建压时间控制实现零件压力下凝固，压铸充型后的增压建压时间<0.1s，保压压力控制在70MPa至100MPa之间。
(3)热处理：开模取件后，将压铸的卡钳件放入热处理炉内，通过热处理强化提高零部件性能，其中固溶强化采用多级固溶，具体工艺为：500℃固溶2-4小时，再升温至510℃固溶1-3小时。
实施例1：
采用半固态流变压铸的方法制备铝合金卡钳产品，半固态浆料的固相分数控制在40-45％。合金成分为：Si含量5wt％，Cu含量2wt％，Mg含量0.3wt％，其余为Al。采用顶部直接进料的方式，如图1所示。内浇口速度0.2m/s，充型时间2s。压铸充型后的增压建压时间0.02s，保压压力控制在70MPa。多级固溶工艺为：500℃固溶2小时，再升温至510℃固溶1小时。采用此工艺制备的铝合金卡钳产品本体性能为：屈服强度250MPa，抗拉强度350MPa，延伸率10％，满足乘用车卡钳的性能要求。
实施例2：
采用半固态流变压铸的方法制备铝合金卡钳产品，半固态浆料的固相分数控制在50％左右。合金成分为：Si含量6.5wt％，Cu含量2.5wt％，Mg含量0.5wt％，其余为Al。采用顶部侧面进料的方式，如图2所示。内浇口速度5m/s，充型时间0.2s。压铸充型后的增压建压时间0.02s，保压压力控制在90MPa。多级固溶工艺为：500℃固溶3小时，再升温至510℃固溶2小时。采用此工艺制备的铝合金卡钳产品本体性能为：屈服强度290MPa，抗拉强度380MPa，延伸率7％，满足乘用车卡钳的性能要求。
实施例3：
采用半固态流变压铸的方法制备铝合金卡钳产品，半固态浆料的固相分数控制在55-60％左右。合金成分为：Si含量8wt％，Cu含量3wt％，Mg含量0.7wt％，其余为Al。采用顶部侧面进料的方式，如图2所示。内浇口速度2m/s，充型时间0.8s。压铸充型后的增压建压时间0.02s，保压压力控制在100MPa。多级固溶工艺为：500℃固溶4小时，再升温至510℃固溶3小时。采用此工艺制备的铝合金卡钳产品本体性能为：屈服强度330MPa，抗拉强度400MPa，延伸率6％，满足商用车卡钳的性能要求。

Claims (9)

1.一种铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，包括如下步骤：将Al-Si-Cu-Mg系铝合金半固态流变浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，浇口位置设在卡钳最厚大的中心顶部位置，控制内浇口速度使半固态浆料实现层流充型，压铸充型后进行增压建压，最后将获得的卡钳件进行热处理。
2.根据权利要求1所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：所述的Al-Si-Cu-Mg系铝合金半固态流变浆料的固相分数为40-60％。
3.根据权利要求2所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：所述的Al-Si-Cu-Mg系铝合金中，Si含量为5-8wt％，Cu含量为2-3wt％，Mg含量为0.3-0.7wt％，其余为Al。
4.根据权利要求1所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：进料方式为顶部进料或侧面进料。
5.根据权利要求1所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：所述内浇口速度为0.2m/s至5m/s，充型时间为0.1s至2s。
6.根据权利要求1所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：压铸充型后的增压建压时间<0.1s。
7.根据权利要求6所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：保压压力为70MPa至100MPa。
8.根据权利要求1所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：所述的热处理为多级固溶处理。
9.根据权利要求8所述的铝合金卡钳半固态流变压铸成形方法，其特征在于：所述的多级固溶处理为在495-500℃固溶2-4小时，再升温至510-515℃固溶1-3小时。
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