CN110216269B

CN110216269B - 制造结构部件的方法

Info

Publication number: CN110216269B
Application number: CN201910145352.9A
Authority: CN
Inventors: R·N·萨耶; P·J·沃尔科特; K·J·萨里
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: DE102019105042A1; US10737318B2; US20190270133A1; CN110216269A

Abstract

一种制造结构支撑构件的方法，该方法包括提供供体铸件，将供体铸件分成至少第一段和第二段，提供模具，将第一和第二段设置于模具中，将液态金属合金倒入模具中，从模具中回收和清洁固化的结构支撑构件，并执行操作以在第一和第二段与固化的金属合金之间实现机械锁定特征。

Description

制造结构部件的方法

技术领域

本公开涉及金属成形制造过程，并且更具体地涉及使用金属合金的金属铸造过程。

背景技术

为任何应用设计和制造结构构件是一个漫长的过程，包括设计，原型，预生产和生产零件水平的多次重复。因此，新零件进入生产水平需要投入大量的工作，时间和金钱。此外，任何组件中都有几个(如果不是数百个)零件需要相同的投入。因此，在保持相同的设计和制造的质量的同时，人们一直在寻求减少所需投入的方法。

在某些情况下，新零件可以与另一先前设计的零件非常类似。例如，新零件可能只是稍长或者需要附加特征，如果没有那些特征，新零件与原始零件相同。目前，于新零件而言，现有过程需要全新的设计和开发周期。然而，如上所述，“从零开始”的设计过程非常昂贵并且需要宝贵的时间和资源。因此，本领域中需要一种改进的制造过程，该过程能以较低的，更有竞争力的成本以及显著较少的时间来生产高质量、高性能的零件。

发明内容

本公开提供一种制造结构支撑构件的方法。该方法包括提供供体铸件，将供体铸件分成至少第一段和第二段，提供模具，将第一和第二段设置于模具中，将液态金属合金倒入模具中，从模具中回收和清洁固化的结构支撑构件，并执行操作以在第一和第二段与固化的金属合金之间实现机械锁定特征。

在本公开的一个示例中，提供供体铸件还包括提供用于车架的结构支撑构件的供体铸件。

在本公开的另一个示例中，将该供体铸件分成至少第一段和第二段还包括将该供体铸件分成至少第一段和第二段，其中第一和第二段中的每一个都具有端部，对第一和第二段的端部进行机械加工，并且清洁第一和第二段的端部的表面。

在本公开的又一示例中，提供模具还包括提供包括用于形成结构支撑构件的模腔，门系统和冷铁的模具。

在本公开的又一示例中，提供模具还包括提供包括用于形成结构支撑构件的模腔，门系统和冷铁的砂模。

在本公开的又一示例中，将第一和第二段设置于模具中还包括将第一和第二段设置于模具中的指定位置，从而在第一和第二段之间形成空腔。

在本公开的又一示例中，将液态金属合金倒入模具中还包括将液态金属合金倒入模具的门系统中，并且液态金属合金是铁、铝合金和镁合金中的一种。

通过以下结合附图的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

在此描述的附图仅用于说明的目的，而非旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是使用根据本公开原理的方法制造的结构部件的侧视图；

图2A是在根据本公开原理的制造零件的方法的开始阶段的结构部件的侧视图；

图2B是在根据本公开原理的制造零件的方法的中间阶段的经过切割和分离的结构部件的侧视图；

图2C是在根据本公开原理的制造方法的结束阶段的结构部件的侧视图；

图3是根据本公开原理的模具的下半部的透视图；

图4是描绘制造金属合金零件的方法的流程图；

图5A是根据本公开原理的方法制造的结构构件的示意图；

图5B是根据本公开原理的方法制造的结构构件的示意图；

图6是根据本公开原理的方法制造的结构构件的侧视图；

图7是根据本公开原理的方法制造的结构构件的一部分的透视图；

图8是根据本公开原理的方法制造的结构构件的一部分的透视图；

图9是根据本公开原理的方法制造的结构构件的一部分的透视图；

图10A是根据本公开原理的方法制造的结构构件的一部分的透视图；

图10B是根据本公开原理的方法制造的如图10A中所示的结构构件的一部分的截面图；

图11A是根据本公开原理的方法制造的结构构件的一部分的透视图；

图11B是根据本公开原理的方法制造的如图11A中所示的结构构件的一部分的截面图；

图12A是根据本公开原理的方法制造的结构构件的一部分的透视图，并且

图12B是根据本公开原理的方法制造的如图12A中所示的结构构件的一部分的截面图。

具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示出并描述了根据本公开示例的铝合金结构支撑构件10。结构支撑构件10可以在汽车车架中用作车辆支撑构件或悬吊构件。在不脱离本公开的范围的情况下，结构支撑构件10可用于其它应用。结构支撑构件10包括来自供体铸件14的第一段或部12(如图2A所示)，来自供体铸件14的第二段或第二部16，和来自供体铸件14的第三段或部18。此外，结构支撑构件10还包括第一桥接或拼接部20、第二桥接或拼接部22以及顶或安装部24。更具体地，第一桥接部20将第一段12的切割端部26机械地连接到第二段16的第一切割端部28。第二桥接部22将第二段16的第二切割端部30机械地连接到第三段18的切割端部32。顶部24设置在第二段16的经处理过的表面34上。

现参考图2A-C、图3和图4，示出并描述了用于制造结构支撑构件10的过程或方法100。更具体地，图4是描述方法100的步骤的流程图，而图2A-C和图3示出了方法100的一些步骤。第一步骤110提供供体铸件14(图2A)，其与成品结构支撑构件10的设计类似。第二步骤112将供体铸件14分成第一段12、第二段16和第三段18(图2B)。根据供体铸件的状态和将供体铸件转变成结构支撑构件所需的变化，其它结构支撑构件可具有更少或更多的分段。第三步骤114处理第一、第二和第三段12、16、18的端部，以在段12、16、18和桥接或拼接部20、22以及顶或安装部24之间并入机械紧固件或锁定装置。段12、16和18的附加处理除去了可能对段和金属合金之间的反应产生不利影响的任何氧化物，润滑剂或其它污染物。另外，虽然金属合金优选是轻质金属合金，例如铝或镁，但在不偏离本公开范围的情况下，可以使用更致密的合金，例如铁基合金。

方法100的第四步骤116提供具有上型或上半部(未示出)和下型或下半部42的模具40(图3)。理想的模具40是用于高砂造型过程的湿砂模。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以考虑其它铸模过程。例如，可以使用永久或半永久的模铸过程，并且还可以将用于形成内部特征的砂型芯并入到铸造过程中。模具40包括模腔44、合金进料门系统46、冷铁48和冒口(在上型部中)。当模具40打开时，将第一、第二和第三段12、16、18放入模腔44中。定位表面用于将段12、16、18精确地保持在适当的位置。当模具40的上型部在下型部42上闭合时，模腔44对于大气而言是封闭的，并且包括通过门系统46有液态合金进入的第一、第二和第三空腔部50、52、54。一旦模腔44被填充，第一、第二和第三空腔部50、52、54形成桥接或拼接部20、22和顶或安装部24。

方法100的第五步骤118在冷却后将新铸件从模具中脱离。修整新铸件，去除多余的金属溅射，否则进行清洁。第六步骤120包括用于完成机械锁定特征的操作。例如，如果机械锁定特征是紧固件，则第六步骤120为紧固件的拧低和扭转设置。本公开的另一个实施例可包括锤平铆钉作为锁定特征的完成步骤。在不脱离本公开的范围的情况下，可以考虑其它机械锁定结构。新铸件可以通过热处理，机械加工或其它精加工操作进一步加工，以生产成品结构支撑构件10。通过比较图2A的供体铸件14和图2C所示的新铸件或结构支撑构件10可以看出，结构支撑构件的尺寸(例如长度X)与供体铸件的长度Y相差很大。方法100是在新应用中使用现有零件设计的推动者。

现在转向图5A和5B，示出并描述了结构支撑构件10的第一桥接部20的示意图。如上所示，环绕桥接部20的结构支撑构件10的区域包括第一段12的端部26、第二段16的第一端部28和桥接部20。在第一段12和第二段16从供体铸件14分离后，对段12、16的端部26、28进行机加工或以其它方式准备用于机械锁定机构64。在图5A所示实施例中，机械锁定机构包括在第一段12的端部26中的钻孔60，液态合金穿过该孔并固化，从而形成桥接部20和第一段12界面的机械锁定机构。在桥接部20和第二段16之间的界面上的机械锁定机构包括在第二段16的第一端部28中的钻孔62，固化的液态合金穿过该孔。

如图5B所示，示出了机械锁定机构66的另一个实施例。在该示例中，销或铆钉68、70设置在段12、16的端部26、28的钻孔60、62中。销68、70可放置成使得销70完全被桥接部20覆盖，或者销68可部分地暴露以进行附加机械处理，例如锤平或其它成形操作。此外，可以在倒入液态合金之前将销68、70放置在模具中，以在桥接部20和段12、16之间的界面中提供进一步的稳定性。

现在转向图6，示出并描述了铝合金结构支撑构件80的另一示例。结构支撑构件80可以在汽车车架中用作车辆支撑构件或悬吊构件。在不脱离本公开的范围的情况下，结构支撑构件80可用于其它应用。结构支撑构件80包括来自供体铸件的第一段或部82(未示出)和来自供体铸件的第二段或部84。此外，结构支撑构件10还包括桥接或拼接部86。更具体地，桥接部86将第一段82的切割端部88机械地连接到第二段84的切割端部90。

继续参考图6、图7-9和图10A-12B，示出了结构支撑构件80的桥接或拼接部86的几个示例，以及桥接部86如何机械地连接到第一和第二段82、84的切割端部88、90。例如，图7示出了连接第一段182和第二段184的桥接部186。各段182、184具有多个薄壁肋192，这些肋布置成向结构支撑构件180提供刚度。桥接部186还包括薄壁肋194，其协调和重叠段182、184的薄壁肋192。如图8所示，桥接部186的另一示例包括形成在段182、184的端部188、190中的多个互锁表面196。互锁表面196提供具有与肋192、194的表面不同取向的表面，以允许端部188、190和桥接部186之间的附加接合。

如图9的结构支撑构件180的桥接部186的示例所示，第一和第二段182、184的薄壁肋192还包括多个钻孔或孔198。钻孔198为在铸造桥接部186时填充液态金属合金提供了流动路径。当金属合金固化时，填充孔198提供附加机械锁定表面来提高结构支撑构件180的整体强度和刚度。

在图10A-12B所示的本公开的示例中，段182、184的端部188、190包括垂直设置在段182、184的端部188、190处的隔板肋200。单独地，如图10A和10B所示，隔板肋200还提供另一相对表面，以在桥接部186与第一和第二段182、184之间提供附加机械锁定。图11A和11B所示的示例还包括螺纹穿过和扭转穿过隔板肋200的紧固件202，从而在需要它的应用中提供了更高的强度和刚度。在图12A和12B中，双隔板箱204补充有钻孔或孔206，以便为内部砂芯的其他已捕获的砂提供溢出路线，并且在节省重量的同时保持最大强度。

虽然已经详细描述了示例，但是熟悉本公开所涉及领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内用于实践所公开的方法的各种可选设计和示例。

Claims

1.一种制造结构支撑构件的方法，所述方法包括：

提供供体铸件；

将所述供体铸件分成至少第一段和第二段，至少第一段和第二段中的每一段具有多个薄壁肋，所述多个薄壁肋布置成向结构支撑构件提供刚度；第一和第二段的薄壁肋还包括多个孔；提供模具；

将所述第一和第二段布置于所述模具中；和

将液态金属合金倒入所述模具中；

从所述模具回收并清洁固化的结构支撑构件，连接第一段和第二段的桥接部，所述桥接部还包括薄壁肋，其协调和重叠所述至少第一段和第二段的薄壁肋；

执行操作以在所述至少第一和第二段与所述固化的金属合金之间实现机械锁定特征，形成在所述至少第一和第二段的端部中的多个互锁表面，互锁表面提供具有与薄壁肋的表面不同取向的表面。

2.如权利要求1所述的制造结构支撑构件的方法，其中提供供体铸件进一步包括提供用于车架的结构支撑构件的供体铸件。

3.如权利要求1所述的制造结构支撑构件的方法，其中将所述供体铸件分成至少第一段和第二段进一步包括将所述供体铸件分成至少第一段和第二段，其中所述第一和第二段中的每一个都具有端部，对所述第一和第二段的所述端部进行机械加工，并且清洁所述第一和第二段的所述端部的表面。

4.如权利要求1所述的制造结构支撑构件的方法，其中提供模具进一步包括提供包括用于形成所述结构支撑构件的模腔，门系统以及冷铁的模具。

5.如权利要求1所述的制造结构支撑构件的方法，其中提供模具进一步包括提供包括用于形成所述结构支撑构件的模腔，门系统以及冷铁的砂模。

6.如权利要求1所述的制造结构支撑构件的方法，其中将所述第一和第二段设置于所述模具中进一步包括将所述第一和第二段设置于所述模具中的指定位置，从而在所述第一与第二段之间形成空腔。

7.如权利要求4所述的制造结构支撑构件的方法，其中将液态金属合金倒入所述模具中进一步包括将液态金属合金倒入所述模具的所述门系统中，并且所述液态金属合金是铁、铝合金和镁合金中的一种。